除渣器排出物的再循環方法
2023-09-22 06:23:40
專利名稱：除渣器排出物的再循環方法
技術領域：
本發明涉及對紙張、紙板和卡片製備過程中的除渣器排出物的再循環方法，以及所述再循環的除渣器排出物在造紙的紙漿中或造紙工業塗布漿液中的用途。
背景技術：
在紙張製備中，還將原料(即木漿、木材、精細的草漿或破布漿)與再漿化的半成品紙漿、填料和顏料混合，以便取得密實的表面並因此改善紙張的性能，尤其是白度、不透明和適印性。
幾乎所有的紙張，尤其是印刷紙和書寫紙均摻有填料，這些填料提供均勻的成形、改善的柔軟度、白度和觸覺等。這些填料，通常稱為「灰分」，這是因為在燃燒分析中它們以灰分的形式保留，其被添加至纖維懸浮液中或在塗布步驟中施用。
非塗布紙包含高達35重量％的填料，塗布紙包含25-50重量％的填料。填料的用量主要取決於紙張預定的用途。高加填紙具有較低的強度和較差的施膠性能。
在紙漿中的填料含量通常在5-35重量％之間，並且由原始顏料或再循環的塗布顏料組成，所述再循環的塗布顏料可以得自塗布殘餘物或塗布排出物。除了對增白紙張很重要的填料白度之外，填料粒徑也起著重要的作用，這是因為粒徑對紙張的加填效率和物理性能特別是孔隙性有著很大的影響。添加至纖維懸浮液中的填料約有20-80％保留在紙張中。
以消耗量為衡量標準，現今作為填料和塗布顏料下列產品是相當重要的高嶺土、碳酸鈣、沉澱碳酸鈣(PCC)、人造矽酸鋁和水合氧化物、二氧化鈦、緞光白、滑石和矽酸鈣。
在塗覆塗布漿液並乾燥後，用刮刀將紙張修平。由此獲得的所謂的除渣器(cleaner)排出物(也稱為塗布排出物)主要由礦物和纖維組成，並且其還可以佔到所生產紙張總量的1-4％。在大多數情況下，它們拋棄在垃圾場。因此，已有人建議使用螺旋擠壓機對除渣器排出物進行壓縮和壓實，以便減小其體積。然而，所獲得的待處理的除渣器排出物的總量卻沒有減少。
在過去，對除渣器排出物進行處理的另一種可能的情況是利用離心除渣器對其進行部分處理，以便一方面分離纖維和/或塗布顏料和填料，另一方面至少部分地將它們重新利用。
因此，本發明的目的是提供一種除渣器排出物特別是離心除渣器的排出物的新的環境友好的處理方案，並使其能夠儘可能完全地再循環。
特別是，本發明的目的在於提供一種對除渣器排出物進行再循環的方法，該方法同時還可以節省能源成本和原料成本、運輸費用以及傾倒成本。
根據本發明，在紙張、紙板和卡片的製備過程中，通過對除渣器排出物、尤其是離心除渣器排出物的再循環方法實現了上述目的，所述方法的特徵在於將包含纖維、塗布顏料和/或填料的除渣器排出物研磨至希望的粒徑分布，任選地添加水、塗布顏料、新鮮填料和/或填料漿液；並作為原料用於紙漿和/或塗布漿液。
除渣器排出物(通常為固體)包含有價值的原料，其通過本發明的方法能夠回收，並且在研磨之後能夠再循環至造紙的各個過程中。尤其是從製備塗布紙或卡片的造紙廠得到的除渣器排出物包含大量塗布顏料絮片體。塗層的厚度越厚，通過現有技術的技術回收絮片體就越困難。雙面塗布級或塗布卡片級在本發明中可以作為具體的例子提及。造紙工業的另一類是SC-紙張的生產工廠，其通過除渣器排出物丟失大量的填料。
現在，藉助本發明，對除渣器排出物進行研磨，並且任選地將其與水、塗布顏料、填料和/或填料漿液混合。然後將除渣器排出物漿液或研磨的粉末再循環至造紙過程中，用作紙漿和/或塗布漿液。在對除渣器排出物進行仔細監測時，可以發現填料成分、塗布顏料絮片體、纖維懸浮液殘留物(如纖維團塊或碎塊)，以及外來雜質(例如沙子)。
在對除渣器排出物進行研磨之後，除渣器排出物的粒子大小分布基本上與塗布顏料、填料或填料/顏料漿液的原始分布相同。因此，通過本發明，能夠回收除渣器排出物總量的95％以上，甚至全部回收，並再循環至生產過程中。
例如，將根據本發明處理的除渣器排出物用作填料，藉此使新鮮填料或顏料的消耗量明顯降低。
根據本發明，對除渣器排出物的研磨優選安排在通常的離心除渣器的若干階段中最後一段的下遊的離心除渣器系統中。從該增加的除渣器系統得到的漿料被再循環至先前的階段中，並使殘餘量的除渣器排出物形成最終的排出物。
在現存的除渣器系統中，最簡單的應用範圍包括在倒數第二的除渣器階段後面安排研磨，並將最後的淨化過程用作最終階段。
當進行本發明的方法時，業已發現，塗布顏料絮片體的粒徑分布已經得到改良，並且已經達到顏料顆粒的初始分布。這可由細小顆粒，尤其是從不同分布的細小顆粒的量看出。纖維結被提取出並明顯地得到了精製。
在造紙中，對於紙漿或塗布漿液的製備，通常採用粉末形式或固體含量優選30-85重量％的濃縮漿液形式的填料和塗布顏料。新鮮的填料和顏料通常由廠家以漿液或粉末(具備希望的白度和粒度分布)的形式提供。
在除渣器排出物處理過程中，肯定要分離並丟掉由碎塊、砂粒及其他雜質組成的粗雜質成分。為此，通常採用多級離心式除渣器。如此獲得的篩餘物由纖維、填料、顏料、細砂、黑色顆粒和填料和顏料的聚集體、或顏料、纖維和填料組成。″填料″通常表示在紙漿中使用的細顆粒；″顏料″表示在塗料中使用的細顆粒。
顯而易見的可用於分離除渣器排出物中不希望的內含物的已知方法是絮凝和沉積、過濾、篩選和/或離心分離。在這種情況下，通常存在不同顏料的混合物，其中經常包含高嶺土、碳酸鈣和滑石。在分離過程中，由於絮凝和電荷逆轉，經常形成聚集體；根據本發明現在可以對它們進行研磨。
根據本發明，可以使用常用的乾式研磨機或溼式研磨機，尤其是例如具有700-5000 L或更大容量的攪拌球磨機(agitator ball mill)，能夠連續或不連續地將其研磨成粉末或漿液。所用研磨介質，優選是研磨球，尤其是具有1-4毫米直徑的研磨球。
為進行處理，通常使用用於分離雜質(球狀破碎物、分離材料、鐵鏽等等)的篩，優選弧形篩(sieve bends)。在研磨過程中，使用雷射測量儀來測量和控制研磨的細度，並使用計算機對攪拌球磨機進行控制。
因此，為製備新的塗布漿液，或者還任選地將其用於紙漿，需要通過本身已知的方法來提高白度。優選對聚集體進行解離，這些聚集體通過形成刀口痕紋在刮刀處對塗布漿液的流動性產生負面影響，並由此對塗層產生負面影響。在研磨過程中分散助劑、填料和顏料的使用將降低這些材料的總消耗。
在除渣器排出物中，填料和/或顏料與纖維的比例可在大範圍內變化。根據本發明，特別優選的是使用任選地富含填料和/或塗布顏料的除渣器排出物，以固體含量計，所述濃度範圍在5-90重量％之間，特別是在30-70重量％之間。因此，纖維含量，或填料和/或塗布顏料的含量可以很大範圍內改變，例如在1-99重量％，或在99-1重量％之間。在本發明中「富含」尤其包含添加新鮮的填料和/或新鮮的顏料。
因此，根據本發明，優選在研磨之前、之後和/或期間，將高嶺土、天然或沉澱碳酸鈣、人造或天然矽酸鋁和氧化物水合物、二氧化鈦、緞光白、白雲石、雲母、金屬絮片體(特別是鋁的絮片體)、皂土、金紅石、氫氧化鎂、石膏、層狀矽酸鹽、滑石、矽酸鈣及其他巖石和泥土用作新鮮的顏料和/或新鮮的填料。
所述新鮮的顏料或新鮮的填料優選是，在除渣器排出物和任選的常用研磨助劑和/或分散助劑存在下，以粉末、包含含水新鮮顏料和/或新鮮填料的漿液的形式使用，從而給出固體含量例如在30-85重量％之間，尤其是在40-75重量％之間的漿液。
以除渣器排出物計，優選纖維、塗布顏料和/或填料(再循環的或新鮮的)的添加量為1-100重量％。
特別優選的是添加水，以便將根據本發明研磨的除渣器排出物用於紙漿流的稀釋漿液中。優選使用固體含量為5-50重量％，尤其是為10-20重量％的漿液。因此，在本發明優選的實施方案中，以固體含量計，在1-1000重量％，尤其是100-1000重量％的水的存在下進行研磨。
優選將除渣器排出物研磨成具有下面粒度分布的漿液或粉末10-99重量％的顆粒＜1微米，尤其是10-95重量％的顆粒＜1微米，其中分別以等效直徑計。
根據EP 0 625 611 A1，塗布顏料的粒度分布是已知的，其優選還通過本發明方法進行調節。因此，根據本發明，特別優選顏料具有下面的粒度分布A)95-100重量％的顆粒＜10微米；B)50-100重量％的顆粒＜2微米，尤其是50-95重量％的顆粒＜2微米；C)27-95重量％的顆粒＜1微米，尤其是27-75重量％的顆粒＜1微米；和D)0.1-55重量％的顆粒＜0.2微米，尤其是0.1-35重量％的顆粒＜0.2微米；其中均以顆粒的等效直徑計。
另外，根據本發明，白度和粒度分布可能有大的變動，其特別是可通過研磨方式和時間來加以控制。因此，有可能就地將相對粗的新鮮的填料和水與大量的除渣器排出物混合，以便在研磨之後將該漿液引入紙漿中。同樣地，有可能使用少量除渣器排出物，並與新鮮的顏料就地進行精細的研磨，然後將其用作塗布顏料，尤其是預塗層。
正如例如由EP0 625 611A1已知的那樣，儘管根據本發明，在除渣器排出物混合和研磨期間，可以使用本身已知的潤溼劑、穩定劑、研磨助劑和分散助劑，但其所需量與現有技術相比明顯減少。除渣器排出物中已經含有一定量的根據本發明循環至造紙過程中的所述製劑。
根據本發明獲得的粉末或漿液特別適用於造紙工業，尤其是用於製備紙張塗層的塗料或用於紙漿。當纖維含量較低時，根據本發明研磨的除渣器排出物優選用於塗布漿液中，而當纖維含量高時，優選用於紙漿中。根據本發明，在篩上獲得了良好的留著率(retention)。特別優選的是，將根據本發明研磨的除渣器排出物用於製備膠版紙。另外，根據本發明的漿液還適合於製備用於輕質塗布紙、尤其是高塗布速度的塗布漿液，和用於製備輪轉(rotary)膠版紙、特別是用於製備輕質塗布的輪轉膠版紙、卡片和特種紙(如標籤、壁紙、矽酮基紙張、自-拷貝紙張)的塗層，以及用於凹版印刷紙。因此，根據本發明獲得的塗布顏料漿液特別適用於單張(sheet-fed)膠版紙，尤其是用於單張膠版紙的單塗層、單張膠版紙的雙塗層單張膠版紙預塗層和單張膠版紙頂塗層；用於輪轉膠版紙，尤其是用於LWC輪轉膠版紙單塗層、輪轉膠版紙的雙塗層輪轉膠版紙預塗層和輪轉膠版紙頂塗層；用於凹版印刷紙，尤其是用於LWC凹版印刷紙單塗層、LWC凹版印刷紙雙塗層凹版印刷紙預塗層和凹版印刷紙頂塗層；用於卡片，尤其是卡片雙塗層卡片預塗層和卡片頂塗層；以及用於特種紙，尤其是用於標籤和軟包裝。
該方法給使用本發明製備的顏料漿液提供了機會，而且不使原紙、塗料的質量，尤其是用其製得的最終產品的質量受到損失。
在下文中，為了進行說明，給出了可根據本發明獲得的一些塗布配方(所有數值轉換成固體的重量份數(atro/活性成分))。填料和/或顏料漿液的用量可部分或全部地被相應用量的根據本發明研磨的除渣器排出物所替代。
1.單張(sheet-fed)膠版紙1.1單張(sheet-fed)膠版紙單塗層70重量份的市售CaCO3(90型)30重量份的市售粘土(優質，例如US No.1)11重量份的市售乳液(丙烯酸酯)0.6重量份的市售羧甲基纖維素(CMC)0.8重量份的市售硬化劑(脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、環氧樹脂)0.5重量份的市售增亮劑(任選的)0.5重量份的市售硬脂酸鈣固體含量64％布氏粘度(100/分)1200mPa.sPH值8.51.2單張(sheet-fed)膠版紙雙塗層
1.2.1單張(sheet-fed)膠版紙預塗層100重量份的市售CaCO3(75或60型)10重量份的市售乳液4重量份的市售澱粉(天然或氧化的玉米或馬鈴薯澱粉)0.8重量份的市售硬化劑(脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、環氧樹脂)0.5重量份的市售增亮劑(任選的)固體含量 66％布氏粘度(100/分) 1100mPa.sPH值 9.01.2.2單張(sheet-fed)膠版紙頂塗層70重量份的市售CaCO3(90型)30重量份的市售粘土(優質，例如US No.1)。
10重量份的市售乳液(丙烯酸酯)0.6重量份的市售羧甲基纖維素(CMC)0.8重量份的市售硬化劑(脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、環氧樹脂)0.5重量份的市售增亮劑(任選的)0.7重量份的市售硬脂酸鈣固體含量 64％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 8.52.輪轉膠版紙2.1LWC輪轉膠版紙單塗層50重量份的市售CaCO3(90型)
50重量份的市售粘土(優質/英國粘土)2重量份的市售澱粉(天然或氧化的玉米或馬鈴薯澱粉)12重量份的市售乳液(XSB)0.8重量份的市售硬化劑(脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、環氧樹脂)0.7重量份的市售增亮劑(任選的)0.5重量份的市售硬脂酸鈣固體含量 62％布氏粘度(100/分) 1400mPa.sPH值 8.52.2輪轉膠版紙雙塗層2.2.1輪轉膠版紙預塗層100重量份的市售CaCO3(75或60型)4重量份的市售澱粉(天然或氧化的玉米或馬鈴薯澱粉)12重量份的市售乳液(XSB)0.8重量份的市售硬化劑(脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、環氧樹脂)0.5重量份的市售增亮劑(任選的)固體含量 66％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 9.02.2.2輪轉膠版紙頂塗層60重量份的市售CaCO3(95型)40重量份的市售粘土(優質/英國粘土)10重量份的市售乳液(XSB)
0.6重量份的市售羧甲基纖維素0.8重量份的市售硬化劑(脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、環氧樹脂)0.5重量份的市售增亮劑(任選的)0.5重量份的市售硬脂酸鈣固體含量 64％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 8.53.凹版印刷紙3.1LWC凹版印刷紙單塗層70重量份的市售粘土(普通/英國粘土)30重量份的市售滑石5.0重量份的市售乳液(丙烯酸酯粘合劑)0.2重量份的市售增稠劑(合成的)1.0重量份的市售硬脂酸鈣固體含量 58％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 8.53.2凹版印刷紙雙塗層3.2.1凹版印刷紙預塗層100重量份的市售CaCO3(75型)6.0重量份的市售乳液(丙烯酸酯粘合劑)0.3重量份的市售增稠劑(合成的)0.5重量份的市售硬脂酸鈣固體含量 66％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 9.03.2.2凹版印刷紙頂塗層85重量份的市售粘土(英國粘土)15重量份的市售粘土(煅燒粘土)5.0重量份的市售乳液(丙烯酸酯粘合劑)0.2重量份的市售增稠劑(合成的)0.8重量份的市售硬脂酸鈣固體含量 57％布氏粘度(100/分) 1300mPa.sPH值8.54.卡片4.1卡片雙塗層4.1.1卡片預塗層100重量份的市售CaCO3(75型)3重量份的市售澱粉(天然或氧化的玉米或馬鈴薯澱粉)14重量份的市售乳液(XSB)0.8重量份的市售硬化劑(脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、環氧樹脂)0.5重量份的市售增亮劑(任選的)固體含量 66％布氏粘度(100/分) 1000mPa.sPH值 9.0
4.1.2紙板頂塗層50重量份的市售CaCO3(90型)50重量份的市售粘土(優質/英國粘土)13重量份的市售乳液(丙烯酸酯)2重量份的市售助粘合劑(丙烯酸酯)0.8重量份的市售硬化劑(脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、環氧樹脂)0.6重量份的市售硬脂酸鈣固體含量 60％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 8.55.特種紙5.1.標籤70重量份的市售粘土(普通/英國粘土)10重量份的市售二氧化鈦(金紅石)20重量份的市售CaCO3(90型)16重量份的市售乳液(XSB)0.5重量份的市售硬化劑(EH)(脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、環氧樹脂)0.6重量份的市售硬脂酸鈣固體含量 60％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 8.55.2軟包裝
80重量份的市售粘土(普通/英國粘土)20重量份的市售CaCO3(90型)14重量份的市售乳液(丙烯酸酯)0.8重量份的市售羧甲基纖維素0.5重量份的市售硬化劑(脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、環氧樹脂)0.6重量份的市售增亮劑(任選的)1.0重量份的市售硬脂酸鈣固體含量 58％布氏粘度(100/分) 1200mPa.sPH值 8.5實施例將從現有技術的市售造紙機的方法得到的除渣器排出物在15重量％的懸浮液中研磨成粒徑＜10微米的漿液，並添加至紙漿流中。
在研磨裝置與根據本發明研磨的除渣器排出物連通之後不久，便可使紙張中灰分增加。
由於所述灰分含量增加，因此可減少填料的劑量。由研磨裝置，大約以16-18L/min的流量將由研磨的除渣器排出物組成的顏料漿液供至紙漿池(pulp chest)。為將灰分含量保持在預定的恆定值，新鮮填料的用量可從10L/h降至6.0L/h。
在試驗期間，研磨裝置的運行沒有問題。漿流的灰分含量在通常範圍內改變。開始時留著率稍有下降，但在實驗過程中將增加至通常值。所節省的新鮮顏料漿液的量約為240L/h。
約10小時的試運行表明通過本發明的方法，在不損失留著率的情況下，能夠再次將處理過的除渣器排出物作為填料用於紙漿中。
有關除渣器排出物漿液組分的說明固體含量約24.0％顏料比例約85.0％，以固體含量計纖維比例約15.0％，以固體含量計
權利要求
1.一種對紙張、紙板和卡片製備過程中的除渣器排出物的再循環方法，其中所述除渣器排出物尤其是指離心除渣器排出物，所述方法的特徵在於將包含纖維、塗布顏料和/或填料的除渣器排出物研磨至希望的粒度分布，任選地添加水、塗布顏料、新鮮填料和/或填料漿液；並將其作為原料用於紙漿和/或塗布漿液。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，通過絮凝和沉積、過濾、篩選和/或離心分離來分離除渣器排出物。
3.根據權利要求1的方法，其特徵在於，所用除渣器排出物的填料和/或塗布顏料的含量，以固體含量計為1-99重量％，特別是30-70重量％。
4.根據權利要求3的方法，其特徵在於，所用除渣器排出物的纖維含量，以固體含量計為1-99重量％，特別是30-70重量％。
5.根據權利要求1-4任一項的方法，其特徵在於，以固體含量計，在1-1000重量％，尤其是100-1000重量％的水的存在下，對所述除渣器排出物進行研磨。
6.根據權利要求1-5中的一項或多項的方法，其特徵在於，添加塗布顏料和/或填料，所述塗布顏料和/或填料選自高嶺土、天然或沉澱碳酸鈣、人造的或天然的矽酸鋁和氧化物水合物、二氧化鈦、緞光白、白雲石、雲母、金屬絮片體，尤其是鋁的絮片體、皂土、金紅石、氫氧化鎂、石膏、層狀矽酸鹽、滑石、矽酸鈣及其他巖石和泥土。
7.根據權利要求1-6任一項的方法，其特徵在於，添加新鮮的顏料和/或新鮮的填料，所述新鮮的顏料和/或新鮮的填料選自高嶺土、天然或沉澱碳酸鈣、人造的或天然的矽酸鋁和氧化物水合物、二氧化鈦、緞光白、白雲石、雲母、金屬絮片體，尤其是鋁的絮片體、皂土、金紅石、氫氧化鎂、石膏、層狀矽酸鹽、滑石、矽酸鈣及其他巖石和泥土。
8.根據權利要求1-7中的一項或多項的方法，其特徵在於，以包含新鮮顏料和/或新鮮填料及任選的常用研磨助劑和/或分散助劑的粉末和漿液的形式添加纖維、塗布顏料和/或填料，從而形成固體含量為30-85重量％，尤其為40-75重量％的漿液。
9.根據權利要求1-8任一項的方法，其特徵在於，以包含新鮮顏料和/或新鮮填料及任選的常用研磨助劑和/或分散助劑的粉末和漿液的形式添加纖維、塗布顏料和/或填料，以除渣器排出物計，添加量為1-100重量％。
10.根據權利要求1-9中的一項或多項的方法，其特徵在於，將除渣器排出物研磨成具有下面粒度分布的漿液或粉末10-99重量％的顆粒＜1微米，尤其是10-95重量％的顆粒＜1微米，均以等效直徑計。
11.根據權利要求1-10中的一項或多項的方法，其特徵在於，將除渣器排出物研磨成具有下面粒度分布的漿液和/或粉末A)95-100重量％的顆粒＜10微米；B)50-100重量％的顆粒＜2微米，尤其是50-95重量％的顆粒＜2微米；C)27-95重量％的顆粒＜1微米，尤其是27-75重量％的顆粒＜1微米；D)0.1-55重量％的顆粒＜0.2微米，尤其是0.1-35重量％的顆粒＜0.2微米；其中均以顆粒的等效直徑計。
12.根據權利要求1-11中的一項或多項的方法，其特徵在於，通過除渣器排出物與新鮮塗布顏料、新鮮填料和/或新鮮顏料漿液的定量比例來調節粉末和/或漿液的白度。
13.根據權利要求1-12中的一項或多項的方法，其特徵在於，除渣器排出物的研磨在乾式研磨機或溼式研磨機中，尤其是在垂直的攪拌球磨機中進行。
14.根據前述權利要求中的一項或多項的除渣器排出物漿液用於造紙工業中製備預塗層漿液的用途，尤其是在製備用於各種片材，如單張膠版紙、輪轉膠版紙、凹版印刷紙、卡片及特種紙的塗布漿液中的用途。
15.根據權利要求1-13任一項的漿液或粉末狀除渣器排出物用於造紙紙漿中的用途。
全文摘要
本發明涉及對紙張、紙板和卡片製備過程中的除渣器排出物的再循環方法，以及所述再循環的除渣器排出物在造紙的紙漿中或造紙工業塗布漿液中的用途。
文檔編號D21H17/67GK1524145SQ02809641
公開日2004年8月25日 申請日期2002年1月24日 優先權日2001年5月8日
發明者迪特爾·明肖, 迪特爾 明肖 申請人:阿爾發-凱爾塞特填料有限公司