一種用於造紙黏性物控制劑滑石產品及其製造方法

2023-05-01 17:40:31 2

專利名稱：：一種用於造紙黏性物控制劑滑石產品及其製造方法
技術領域：
：本發明涉及一種專用於造紙黏性物控制劑的複合改性滑石產品及其製造方法，包括(1)產品表觀特徵為直徑6.Omm、高5.0-10.Omm的白色圓柱體。產品白度(ISO)80%_93%;比表面積(BET)15.0-17.0m7g;吸油值^40.0g/100g;平均粒徑1.5-3.0微米，最大粒徑小於15微米；產品中含水分1.0%-5.0%;產品的水相分散體懸浮液呈現弱陽離子特性，zate電位值小於30mv。(2)產品主要礦物組成為細度800-1500目，75%_98%的純度為70%-99%的天然片狀粒子形態滑石。產品中復配了膨潤土、硅藻土等天然礦物粉體的一種或兩種，其復配質量百分比分別為膨潤土2.0%-5.0%，硅藻土8.0%-30%。並含有30-120卯m，分子量為500-1200分子量的陽離子型聚丙烯醯胺。本發明涉及的產品製造方法，包括(1)將滑石組分大於95%的高品質滑石或滑石組分70%_80%的低品質天然塊狀原料，經初破碎至直徑小於5mm，在輥壓式或衝擊式研磨機中幹法一次粉碎研磨至200目-500目細粉。再經過帶有分級機的氣流磨或衝擊式研磨機進行二次粉碎研磨，並通過分級機分級到細度為800目至1500目超細粉。(2)將達到細度要求的滑石細粉與膨潤土、硅藻土進行復配混合，並進行陽離子化改性。產品的複合方法是將超細滑石與2.0%-5.0%(對滑石)的膨潤土和10.0%-30.0%(對滑石)的硅藻土中的一種或兩種，置於復配改性器中充分攪拌均勻；同時噴入預先稀釋至O.1_0.5%濃度，分子量為500-1200萬單位的陽離子型聚丙烯醯胺聚合物，共混；聚丙烯醯胺聚合物對復配粉體的添加量為30-120ppm。(3)經復配改性後的粉體產品進行造粒處理，以得到高堆積密度的粒狀產品。其造粒方法是將複合改性後的粉體輸送至礦物粉體幹法擠壓式或滾壓式造粒機中造粒。造粒機擠出模具孔模量為壓縮端①,08.Omm，hA06.Omm;輸送段。6.07.Omm，H20.022.Omm;輸出端。26.08.Omm，h224.026.Omm。本發明是基於不同天然礦物粉體特有的理化特性，通過超細加工、複合並與有機高分子聚合物進行陽離子化改性方法製造的一種專用於造紙黏性物控制的滑石產品。本製造方法不僅可改善和提升以高純度滑石為主要原料製造的產品的使用性能，且適用於低品質滑石為主要原料的滑石製成品。製漿造紙過程產生的陰離子黏性沉積物造成的運行和抄造障礙的有害成份的化學組成十分複雜，它包括了木材等植物纖維原料中的游離脂肪酸、樹脂酸、甘油三酸脂和不皂化物等。也包括二次纖維(回收廢紙)中的粘狀物，如油墨殘餘物、焦油、乳膠、壓敏膠和其它有機物所引起的沉積物，以及造紙過程中加入的消泡劑、松香膠、塗料中的膠粘劑和細小無機填料的殘留物等。這些有害物質在製漿造紙設備系統中的積累，會造成紙品質量的下降和生產操作的困難，降低生產運行效率。滑石的化學名稱水合矽酸鎂；分子式3MgO4Si02H20;四面體結構。純淨滑石的理論化學組成Si0263.47%;MgO31.68%;H204.75%。滑石分子結構中Mg(OH)2的類八面體結構，位於分子內層；滑石邊緣Mg(0H)2暴露出的羥基結構使滑石呈陰離子性，具有弱親水性。Si02暴露在層狀結構平行面表面，Si02的類四面體結構形成親油疏水性。滑石用於造紙陰離子黏性物控制的原理，主要是利用暴露在滑石層片狀結構平行面表面上的類四面體結構Si02形成的較強親油特性，它可以附著造紙系統中憎水性陰離子膠狀樹脂等黏性物，降低黏性物表面能量，使其失去特有粘性，從而抑制黏性物的粘附、聚結和沉積。另一方面已經發生聚結的膠狀黏性分散物，也可以吸附滑石粉體，從而降低黏性物表面粘度，避免進一步聚結和沉積。在紙張或漿板的抄造過程，沉積於滑石表面的細小黏性物-滑石聚結體粒子，在不影響紙張或漿板質量情況下，協同滑石作為填料抄入紙頁或漿板中，從而避免了陰離子黏性物在生產設備系統中因沉積造成的輸送管道粘壁、堵塞篩網和網部、黏輥等生產運行性的下降，以及紙張質量的下降。滑石純度、細度、比表面積和粒子的微觀形態直接影響控制紙漿中黏性物的應用效果，如表1實驗數據表明滑石純度愈高，粒子愈細，比表面積愈大，親油性愈強；對控制紙漿中黏性物效果越顯著。而低品質的滑石使用效果差，不適用製造造紙黏性物控制劑產品。表1不同品質滑石對造紙黏性物的應用效果tableseeoriginaldocumentpage5硅藻土是一種具有孔隙結構的天然非晶質矽化物，化學分子式為Si02;具有比重小，高的孔體積和比表面積，高吸附性和親油特性。用於造紙黏性物控制的機理，主要是利用硅藻的多孔結構對黏性物的親油吸附作用來達到降低和消除紙漿中黏性物的積累目的。產品中配入硅藻土可明顯提升複合粉體的吸油值指標，提高對漿料中黏性物的捕集效果並起到淨化白水作用。膨潤土是一種以蒙脫石礦物成分為主的天然粘土巖，理論結構式為(1/2Ca，Na)。.7(Al，Mg，Fe)4(Si，A1)802。(0H)4.nH20，其中的Ca、Na為可交換的陽離子，對陽離子和極性分子呈強吸附性和異價類質同象置換性。本發明選擇了一種細度小於500nm，具有高親油疏水特性的有機改性鈉基商品原料，主要是藉助膨潤土具有的強吸附性和陽離子交換性能來實現造紙黏性物的控制。膨潤土在造紙業通常也作為一種助留助慮劑使用，將其與滑石混配不僅有助於複合粉體對漿料中黏性物的捕集，同時有助於細小纖維和捕集黏性物粒子的留著，起到淨化白水和提高生產運行性的效果。聚丙烯醯胺是一種有機高分子聚合物，本發明選擇陽離子型聚合物對呈陰離子性的滑石_膨潤土_硅藻土複合粉體進行陽離子化改性。由於紙漿中的有害黏性物呈陰離子特性，經陽離子化的複合粉體可以更有效的附著和吸附黏性物質，從而大大提升去除造紙漿料體系中有害黏性物效果。本發明製造的產品由於充分利用了不同結構特性礦物粉體對造紙漿料系統中的複雜黏性物組分所具有的不同選擇性吸附和附著特性原理，進行合理的復配與複合，可相互取長補短。同時對複合粉體進行有機陽離子化改性。與未進行複合改性的單一高品質滑石黏性物控制產品比較，明顯提高了綜合應用效果。表2例出了兩種本發明產品與單一採用未進行複合高品質國產滑石和進口專用商品造紙黏性物控制劑滑石的實驗室對比應用效果。其中AHPC-01型產品選擇了經X衍射分析滑石組分為98.6X的高品質滑石，與2.5%的商品膨潤土和50ppm的800萬單位聚丙烯醯胺進行複合改性的陽離子型滑石產品。AHPC-02型產品選擇了經X衍射分析滑石組分為73.6%的低品質滑石，與3.5%的商品膨潤土、25%硅藻土和70卯m的1000萬單位聚丙烯醯胺進行複合改性的陽離子型滑石產品。實驗結果表明，採用高品質滑石原料製造的本發明AHPC-01型產品，與採用同一原料的未複合改性產品比較，漿料中的黏性物去除率由8590%提升到9095%，與進口Mistron3S專用商品滑石比較，黏性物去除率提搞了10%。採用低品質滑石原料製造的AHPC-02型產品其黏性物去除率與採用高品質滑石原料的未複合改性產品和進口Mistron3S專用商品滑石比較，分別提高了5%和10%，達到與本發明AHPC-01型產品同等效果。表2複合改性滑石產品與商品造紙黏性物控制劑滑石產品的應用效果比較產品性質滑石粒子形態滑石組分(%)平均粒徑〈Wb)比表面積(m7g)吸油值(g/100g)Zate電位(mv)黏性物去除率(%)Si02MgO滑石純度(X衍射)國產未複合改性滑石小片狀61.631.898.62.715.643—228590本發明產品AHPC-012.315.852+1290~95本發明產品AHPC-02無定形片狀56.328.973.62.116.368+269095進口專用商品滑石Mistron3S小片狀58.732.797.33.115.037一198085實驗條件闊葉材化學漿，有機溶劑抽出物(DCM)平均含量0.87%，滑石填加量1%。圖1為本發明的產品製造工藝流程示意圖。圖2為本發明造粒機擠出模具的孔模量尺寸圖。根據附圖1工藝流程描述，塊狀滑石原料的初破碎可以選擇商品通用型號的鄂式或錘式破碎機進行破碎。破碎後小於5mm的滑石，經過配置有內置或外置分級機的商品型號衝擊式研磨機或輥式研磨機，例如雷蒙磨、衝擊磨、震動磨，進行一級粉碎研磨；並通過分級機進行一次分級。根據客戶對不同細度產品要求，經一次分級後的微細粉進入微細粉儲倉。一級粉碎研磨出的200-500目粗粉和一次分級出的粗粉進入二次超細粉碎研磨。二次超細粉碎研磨設備可以選擇商品型號的氣流磨或珠磨機或震動磨等研磨設備。二次研磨後的超細粉經過帶有內置或外置分級機進行二次分級，其中分級出的大於600目超細粉進入微細粉儲倉；二次分級後的粗粉重新進入二次超細粉碎研磨，以提高微細粉產率。達到細度要求的微細滑石粉的複合改性是本發明的製造技術關鍵。滑石粉體的複合改性是在復配改性器中進行。復配改性設備可以選擇商品型號的高攪混合機或螺杆混合器或密煉機等設備中的任何一種設備間隙或連續生產，也可採用兩種以上的設備組合，串聯連續生產。先將微細粉儲倉中的滑石粉體，計量輸送至復配改性器；根據客戶對不同造紙黏性物控制滑石產品的細度要求，將2.0%-5.0%(對滑石質量百分比)的商品膨潤土和10%_30%(對滑石質量百分比)的商品硅藻土中的一種或兩種，通過計量輸送至復配改性器中共混，充分攪拌均勻。聚丙烯醯胺是一種有機高分子聚合物，本發明選擇的是分子量為500-1200萬單位的商品陽離子型聚合物，使用前先將其用水按0.1-0.5%濃度稀釋溶解，通過輸送泵計量噴入復配改性器中的滑石_膨潤土_硅藻土複合粉體中共混，進行陽離子化改性。對復配粉體的添加量為30-120ppm;並保持複合改性粉體在水相分散體懸浮液的電荷呈現弱陽離子特性，zeta電位值小於30mv。稀釋後的聚丙烯醯胺溶解液的加入部位也可選擇在造粒前6與噴入螺旋混合器的補充水混合後加入。本發明製造的造紙黏性物複合改性滑石產品是一種經過造粒處理的顆粒狀產品。其目的是降低產品的包裝和運輸成本，以及有助於客戶使用時的分散解離和減少對生產環境的粉塵汙染。造粒產品的製造是將複合改性後的粉體半成品輸送至螺旋混合器中並與噴入的適量水或水與聚丙烯醯胺溶解液的混合液，充分混合均勻，並控制最終產品水分《5%。將與水混合均勻的粉體，經計量輸送至造粒機中造粒。造粒設備可以選擇商品型號的礦物粉體幹法擠出式造粒機或輥壓式造粒機進行造粒，例如卡爾公司製造的幹法擠壓式造粒設備。造粒機擠出模具孔模量為壓縮端①,08.0mm，h^6mm;輸送段。6.07.Omm，H20.022.Omm;輸出端。26.08.Omm，h224.026.Omm。(見圖2所示)。製備出的圓柱狀產品的外形尺寸為直徑6.Omm、高5.010.Omm。經造粒後的粒狀產品通過乾燥一篩分器篩選，成品進入包裝機包裝；篩分後的破碎不合格品和細粉返回螺旋混合器重新造粒。具體實施例方式實施例1選擇一種經X衍射分析，滑石組分為99%的高純度片狀粒子形態的滑石為主要原料，經超細加工至1000目，並與2.5%的商品膨潤土和4550卯m的800萬單位聚丙烯醯胺進行複合改性的陽離子型滑石產品。產品的平均粒徑為2.3ym，吸油值為52g/100g，其水中分散體zate電位值為+10mv+15mv。將最終造粒產品設為AHPC-01型產品。選擇另外一種經X衍射分析，滑石組分為72.4X的低品質無定形狀粒子形態的滑石為主要原料。將滑石原料加工到1200目，配入了3.0%的膨潤土，20%的硅藻土，並將8590卯m的800萬單位聚丙烯醯胺進行複合改性，產品的平均粒徑為2.2ym，吸油值為63g/100g，在水中的分散體zate電位值為+20mv+25mv。將最終造粒產品設為AHPC-03型產品。某日產量3700噸硫酸鹽紙漿廠，木材原料為不同比例的桉木、相思樹、楊木等闊葉木材種；漂白前紙槳有機溶劑抽出物(DCM)平均含量0.43%;採用D0、E/0、D1、D2四段化學漂白工藝；漿板機抄造車速150200m/min。該廠原使用一種進口商品牌號為Mistron3S的造紙漿料陰離子黏性物控制劑滑石粉產品，主要目的是對製漿過程的樹脂黏性物進行控制。選擇上述兩種採用不同滑石原料和不同複合改性工藝條件製造的本發明產品，並與進口Mistron3S產品進行工業應用比較。三種滑石產品的主要技術特徵列入表3;分別進行連續3個月的應用對比實驗；複合改性滑石產品在化學漂白-洗滌工段，分兩個部位加入；滑石的總加入量和對樹脂黏性物控制應用效果列入表4。表3三種滑石產品主要技術特徵tableseeoriginaldocumentpage8表4不同滑石產品對樹脂黏性物控制的應用效果比較tableseeoriginaldocumentpage8表4應用效果表明，本發明產品與進口產品比較，滑石總加入量由原來使用進口產品的4.55.0kg/噸漿，降低到使用本發明產品的2.53.0kg/噸漿。不僅延長了漿篩和漿板抄造機等生產設備的洗滌時間，而且明顯降低了抄造白水中的DCM抽出物含量。大大提高了抄造白水的潔淨程度，提高了生產運行效率，降低了黏性物控制劑滑石產品的使用量和使用成本。選擇低品質滑石原料製造的本發明AHPC-03產品的使用性能同樣達到了與高品質滑石製造的AHPC-01產品相近的綜合使用效果，且漿料中黏性物去除率由88.4%提高到90.7%。實施例2選擇一種經X衍射分析，滑石組分為71X的低品質的片狀粒子形態為主的滑石礦石。經超細加工至1250目細度的滑石粉體，與4.0%的商品膨潤土、28%的硅藻土進行複合，並加入80100ppm的1000萬單位聚丙烯醯胺進行陽離子化改性。其產品的平均粒徑為2.lym，吸油值為74g/100g，在水中的分散體zate電位值為+25mv+27mv。設為AHPC-04型產品。以廢舊新聞紙為主要原料的某再生新聞紙廠，紙機車速480m/min，平均日產48g/m2新聞紙47噸。紙槳原料配比為自製國產脫墨回收新聞紙紙槳85%，回收白紙邊15%。混合紙漿的有機溶劑抽出物(DCM)平均含量2.36%。由於紙漿中含有較高含量的細小油墨、樹脂及其他添加的抄造助劑殘留物，造成較嚴重的生產抄造障礙和紙張產品斑點等質量問題。使用本發明製造的AHPC-04型產品進行了30天的連續生產，其生產應用效果列入表5。將滑石產品分別在製漿工段的配漿池和抄造工段的網前箱分兩次加入，總加入量平均為9.5kg/噸漿。其中配漿池加入量為總加入量的60%70%，其餘在網前箱部位加入。表5本發明產品用於再生新聞紙黏性物控制的應用效果tableseeoriginaldocumentpage9應用結果表明，使用本發明產品後，紙機抄造車速由未使用前的480m/min提高到540m/min，新聞紙日產量由48噸提升到55噸。不僅提高了產量，且白水中DCM含量由原來的1.57%下降至0.43%，淨化了白水水質，延長了生產設備的洗滌周期，明顯提高了生產效率。權利要求一種用於製漿造紙生產過程陰離子黏性物控制的複合改性滑石產品及其製造方法，其特徵在於產品表觀特徵為直徑6.0mm、高5.0-10.0mm的白色圓柱體。產品白度(ISO)80％-93％；比表面積(BET)≥15m2/g；吸油值≥40.0g/10g；平均粒徑1.5-5.0微米；最大粒徑小於15微米；水分1.0％-5.0％；產品的水相分散體懸浮液電荷呈現弱陽離子性，zate電位值小於30mv。2.如權利要求l所述的滑石產品，其特徵在於產品主要礦物組成為細度800-1500目，70%-98%的片狀晶體形態的天然滑石。產品中復配了膨潤土、硅藻土等天然礦物粉體的一種或兩種，其復配質量百分比分別為膨潤土2.0%-5.0%，硅藻土10.0%-30.0%。並含有30-120卯m，分子量為500-1200的陽離子型聚丙烯醯胺聚合物。3.如權利要求1所述的滑石產品，其特徵在於滑石粉體的加工首先將塊狀滑石原料經初破碎至直徑小於5mm粒狀，在輥壓式或衝擊式研磨機中幹法研磨至200目-500目細粉。再經過配置有分級機的氣流磨或衝擊式研磨機或震動磨機粉碎，並分級到細度為800目至1500目的超細粉。4.如權利要求1所述的滑石產品，其特徵在於產品的複合改性方法是將600目至1500目的超細滑石粉與2.0%-5%(對滑石)的膨潤土和10%-30%(對滑石)的硅藻土中的一種或兩種，置於高速攪拌機或螺旋攪拌機中充分攪拌均勻；同時噴入預先稀釋至0.1%-0.5%濃度，分子量為500-1200萬單位的陽離子型聚丙烯醯胺聚合物，共混；聚丙烯醯胺聚合物對滑石的添加量為30-120ppm。5.如權利要求1所述的直徑6.Omm、高5.0-10.Omm的白色圓柱體，其特徵在於白色圓柱體產品的造粒方法是將複合改性後的粉體輸送至幹法擠壓式或輥壓式造粒機中造粒。造粒機擠出模具孔模量為壓縮端①,08.Omm，6mm;輸送段。6.07.Omm，H20.022.Omm;輸出端。26.08.Omm，h224.026.Omm。全文摘要本發明涉及一種將滑石原料經破碎、超細粉碎、分級、複合改性、造粒等工藝製造的專用於製漿造紙生產過程陰離子黏性物控制的滑石產品。產品特徵為70％-98％滑石；2.0％-5.0％膨潤土和10％-30％硅藻土中的一種或兩種；並經過30-120ppm的陽離子型聚丙烯醯胺進行改性；其水相分散體懸浮液電荷呈現弱陽離子性，zate電位值小於30mv。與單一使用未經複合改性工藝製造的高純度黏性物控制劑滑石產品比較，可顯著降低抄造白水中陰離子黏性物含量，提升製漿造紙生產運行性。文檔編號D21H21/02GK101768894SQ2008101880公開日2010年7月7日申請日期2008年12月30日優先權日2008年12月30日發明者萬迎,姜丹,宋寶祥,狄宏偉,王彪,齊穎申請人:遼寧艾海滑石有限公司;中國製漿造紙研究院