用於在纖維料懸浮液中包含的纖維裝填的方法

2023-04-26 01:59:11 2

專利名稱：用於在纖維料懸浮液中包含的纖維裝填的方法
用於在纖維料懸浮液中包含的纖維裝填的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在纖維料懸浮液中包含的纖維，特別是用於造紙 或紙板的纖維素纖維的裝填方法。
在造紙時，填料，特別如沉澱的碳酸鈣(PCC—兄澱的碳酸鈣)或粉碎的 或碾磨的碳酸釣(G(X^研磨的碳酸釣)是常用的物質，在此用以減少纖維量 以及改善紙的光學性能。
在商業上常用的PCC-或GCC-填料涉及的物料，其以特殊的製備裝置 製備，該裝置在造紙工廠作為附屬裝置設置。然而PCC的在線製備在造紙 工業中從來沒有進行過，這歸因於其特別的過程性能，其是用於製備PCC 所必需的。代替的是PCC或GCC作為散裝的貨物或以懸浮液的形式輸送到 造紙廠中。
用物料，如填料裝填例如可通過化學沉澱反應，也就是特別通過所謂 的"纖維裝填，"過程進行，如在US-A-5 223 090中描述的那樣。在一個 這樣的"纖維裝填tm"過程時在纖維材料的溼潤的纖維表面處至少填充一 種添加物，特別是填料。對此纖維例如可用碳酸鈣裝填。在此對溼的、粉 碎的纖維材料要這樣添加氧化4丐和/或氫氧化4丐，致使其中至少 一部分與在 纖維材料中存在的水結合。這樣處理的纖維材料隨後用二氧化碳衝擊。
在添加含有氧化4丐和/或氬氧化4丐的介質時在纖維懸浮液上進行一種具
有放熱的性能的化學反應，其中氫氧化鈣優選以液態的形式(石灰乳)添加。 這意味著，這不是絕對的，其可以對纖維懸浮液的纖維物料中或在纖維懸
從FR 2831565獲知一種方法，用該法由機械生成的漂白的木材纖維 (pate & papier m6canique blanchie)的懸浮液用碳酸鉤裝填。由此形成纖維懸浮 液中添加石灰乳並調節稠度至10%以上。在懸浮液稀釋後通過添加氣態二 氧化碳而溶解碳酸4丐的結晶。
WO 03/066962指出了另 一種用填料裝填的方法。由此例如通過一個專 門的研磨過程而進一步改善。
在例如用填料對纖維裝填時也可以例如在溼潤的纖維表面充填碳酸鈣
(CaC03)，其中，向溼的纖維材料中添加氧化鈣(CaO)和/或氬氧化4丐 (Ca(OH)2),這點上從其中至少部分可與纖維量的水結合。這樣處理的纖維 材料然後可用二氧化碳(C02)衝擊。
概念"溼潤的纖維表面"可以包括所有的單一的纖維的溼潤的表面。 由此特別也理解為這種情況，在該情況下纖維不僅在其外表面而且在其內 部(內腔)以碳酸4丐或任意的其他的沉澱產物裝填。
所以例如纖維例如可用填料碳酸鉤裝填，由此在溼潤的纖維表面上的 充填通過所謂的"纖維裝填TM"-過程而進行的，正如其在US-A-5 223 090 中所描述的那樣。在這種"纖維裝填TM，，-過程中例如二氧化碳與氫氧化碳 反應生成水和碳酸碳。
氫氧化鈣可以以液態的形式或以乾燥的形式加入纖維中。
本發明的目的在於，提出一種前文所述技術的方法，其比已知方法更 經濟。
這任務根據本發明在權利要求1中所給出的方法通過其在特徵部分所 述的特徵而解決。
用於實施本發明的起始物料，基本上適合的是所有造紙或製備紙板所 應用的纖維素纖素。特別優選的可以是用化學法生成的纖維素或脫墨的廢 紙進行。後者，以"浸漬"說明的材料可以類似於纖維素或廢紙那樣送到 造紙廠時空氣乾燥並且然後根據本發明溶解。隨後進行裝填。在整體化的 浸漬-生產時印刷的廢紙根據本發明溶解、脫墨和裝填(參見圖2)。
根據本發明的方法提供了可以使氧化鈣(CAO)和/或氫氧化鈣(CAOH2) 以這種狀態添加到纖維材料中，其中使其具有較高的稠度，如空氣乾燥的 或溼潤了的。在加入到物料溶解裝置和加入其中之前纖維料是較有吸附能 力的，也就是說在此所添加的化學試劑較容易地和較快速地到達纖維的溼 潤的表面。進入到纖維的空腔也是相應的較快和較有利的。因為在溶解裝 置中，如物料溶解器或溶解滾筒原來添加液體，特別是水，這過程步驟保 持簡單和清楚的。只是氧化鈣或氫氧化鈣的計量加入通常是必需的。也可
能的是，溶解裝置這樣設置，致使其中碳酸鈣的沉澱已可以溶解，其中， 在設備中至少提供一部分二氧化碳。其例如也可以溶解在水中。或溶解裝 置暫時關閉並用氣態二氧化碳裝料。在這種情況下考慮在溶解裝置前的浸 漬件，其中氳氧化鈣(石灰乳)噴出或加入在浸漬滾筒中。
根據本發明的方法的另 一個優點在於，也許在機器壓縮的情況下可以 節省，也就是溶解的紙漿在溶解過程時僅稀釋到如此程度，使其可以實施 隨後的裝填。在另一種情況下，特別是當對物料的淨化有較高的要求時(廢 紙張)或當個別纖維不能足以達到時，則當然又必需以螺杆壓縮機的方式進 行壓縮。這種壓縮的濾液可在一個短的循環中直接回到溶解裝置中，在此 也用於稀釋。這具有決定性的優點，即最佳地應用氬氧化4丐或氧化鉤，也 即不只有水，而且化學試劑也可循環利用。
已知的是，在許多情況下，溶解過程不僅只用水，而且還通過添加溶 解試劑，特別是氫氧化鈉而進行，以得到鹼性的介質。在此這方法還有優 點，因為氫氧化鈉可由氫氧化鈣代替，而氫氧化鈣對於以後實施的碳酸鈣 的沉澱過程總是必需的。
根據附圖來解釋本發明和它的優點，在此


圖1 以示意圖的形式示出根據本發明的方法；
圖2 用於加工印刷廢紙的專門的實施方案；
圖3 用於實施根據本發明的方法的簡化的裝置示意圖。
圖1示出，在實施本方法時纖維P,其例如是廢紙或也可以是新的纖維 素，在溶解l中加工處理。在此藉助於機械力在與水W的混合下以已知的 方式形成纖維懸浮液S 。在這實施例中氫氧化鈣作為石灰乳7在溶解時添加， 例如其通過石灰在石灰乳製備5中的溶解而進行調節。必要時，纖維懸浮 液S可通過在此未圖示的淨化體系導入，其中，例如去除重的成分和塑料 或其他的廢物。這是否是必需，主要取決於原料的質量。也許隨後可進行 濃縮2,然而這並不是總是必需的並因此以虛線表示。濃縮2的濾液9是用 於溶解l。細小物質，特別是碳酸鈣的沉澱3的過程步驟是通過添加氣態二 氧化碳8而溶解，二氧化碳來自二氧化碳製備6。
然後這樣加工處理的纖維懸浮液S，可輸送到造紙4,在此通常還有一 系列其他的在此未圖示的必需的處理步驟。在造紙4時沉澱出已知的所謂 的篩分水(siebwasser),其首先適於，部分地作為循環水9'在溶解1再次使 用。這樣不僅又應用水，而且在其中還含有未消耗的氬氧化鈣。
根據圖2經印刷的廢紙的溶解1所獲得的纖維懸浮液S通過浮選過程 31要這樣處理，使印刷顏料顆粒和可能的其他的細小的有害物質作為廢物 去除。然而至今在溶解l中通常在溶解中以過氫氧化鈣代替氫氧化鈉。
在圖3中示例性地說明具有最重要的方法步驟和裝置的設備。在該裝
置中纖維P與水W—起加入到一個物料溶解器10中。這物料溶解器10可 以是傳統組建的，也可以在其底部區域含有一物料溶解器濾網11,以及一 物料溶解器轉子12,其用於在物料溶解器中的轉動並使物料溶解器濾網11 沒有堵塞。這樣溶解的纖維在此所示出的實施例中輸送到多個淨化裝置中， 其編號標明為物料淨化器14和物料分類器15。然後接著的螺杆壓縮器16， 以再提高纖維懸浮液的稠度。螺杆壓縮器16的壓縮濾液18可有利地輸送 回物料溶解器10中以進行溶解。然後濃縮的纖維19送到結晶器20，其作 用是，藉助於所輸入的二氧化碳氣體24溶解以精細分布的填料的碳酸鈣所 期望的沉澱。二氧化碳氣體通過二氧化碳供給器21調節和可以在熱交換器 22中藉助於製冷劑或加熱劑23而調節到所要求的溫度。然而也有其他的調 節溫度的可能性，例如在期望提高溫度時直接加入蒸汽。必要的情況下， 一部分二氧化碳氣體24，也可以在結晶後藉助於混合裝置25添加，以使裝 填過程完整。在儲料鬥26中匯集裝載的纖維懸浮液，可以用稀釋水27稀 釋並然後作為造紙機29的纖維懸浮液28以使用。
在圖3中所示出的是用於以填料，特別是碳酸鈣裝填的裝置部分，其 僅作為簡化的實施例。在許多情況下也可以整合進一漂白器。用於實施裝 填的許多詳情可從上文提到的出版物中獲知。裝填過程具有作為在造紙廠 中的在線過程而運作的優點。
在此至少下列的裝置和/或試劑使用在線過程HC-淨化器、靜態混合 器、石灰去除裝置、壓力機，特別是螺杆壓力機或皮帶壓力機、平衡反應 器、結晶器、其他的靜態混合器、C02-供給裝置或附加的COr再生裝置、 選擇性的C02-加熱器、選擇性的化學漂白劑加料物、高壓水箱。
結晶的沉澱產物小顆粒的形成具有另外的優點，只要有需要對於最終 產物可達到更高的光澤值。
根據一個按本發明的方法的實際布置壓濾濾液9在結晶器20中至少部
分用作稀釋水。
混合裝置2 5可以是靜態的混合器並特別地應用以精細調節纖維懸浮液 的pH-值，優選為6-8之間。
優選地至少一部分所必需的C02是通過C02-再生體系製備的。所以例
如可由鍋爐的煙氣或機動車的煙氣再次獲得。
例如菱面體形式的沉澱產物小顆粒可產生具有約0.05-約2jam的範圍 的各自的立方體顆粒粒度。在某種情況下，這也具有優點，偏三角面體 (skalenoedrischen)形式的沉澱產物小顆粒具有約0.05-約2 |i m的範圍的各長 度和約0.01-約0.05 jum的範圍的各直徑。
根據優選的按本發明方法的一個實際布置，其用於沉澱所製備的纖維 懸浮液的纖維濃度選擇為約5至約60%和優選為約10至35%。
根據一個裝填方法的適宜的實際布置是纖維懸浮液的二氧化碳在約 -15至約12(TC的溫度下，優選為約20至約90。C的溫度下加入。
製備的紙也可以含有顆粒粒度為約0.05-約5jum的填料，由此提高了 最終產物的光學性能。這時填料可特別涉及碳酸鈣，其在自然界例如以方 解石(Calcit)或方解石(Kalkspat)、霰石和以稀少的Vaterit形式存在。填料主 要可由方解石構成，其中應存在超過300種不同的結晶形式。所使用的填 料小顆粒可例如具有約0.05-約2Mm的範圍的各自的立方體顆粒粒度的菱 面體或例如具有約0.05-約2jum的範圍的各長度和約0.01-約0.05 Mm的範 圍的各直徑的偏三角面體，這取決於各個要製備的紙張的種類。
填料是良好地分布在纖維的上面、周圍和內部，這意味著，不以成束 的結晶聚集。各填料小顆粒，即結晶在纖維上是各個有間隔或分開的。填 料小顆粒通過在纖維上積聚而覆蓋纖維，這樣就改善了最終產物的光學特 性。所以小顆粒粒度主要是用於達到最佳的不透明性的目的。當可見光線 的光譜是良好的散射時，則就達到高度不透明性。假如吸收色譜，則顏色 呈黑色。沉澱的填料小顆粒的粒度在0.2-0.5 jam以下，則就得出透明性和 較高的光澤的趨向。
為了獲得良好的裝填結果的目的用來產生填料結晶的相關的過程可以 如下設置和具有下列的變化因素
-潮溼的或在溶解中所處的纖維
-以液態形式或乾燥形式的氫氧化鈉
-C02
-氣體區域
-轉子(結晶器)
-定子(結晶器)
-在不引入混合能下在氣體氣氛中生成結晶
-在較小的剪切力下的混合 -沒有壓力容器
首先使與Ca(OH)2混合的纖維懸浮液在稠度或纖維濃度為約5-約60% 範圍下，優選為約10-約35%的範圍下加入到結晶器20中，如在疏解機、 精製機、分散機或類似的機器中進行。纖維懸浮液用C02衝擊。這C02例 如可在約-15至約12(TC的範圍的溫度下和優選為在約20至約90。C的範圍 的溫度下加入。
纖維懸浮液到達結晶器20的氣體區中，在此每單 一 的纖維處於氣體氣 氛中，隨後進行沉澱反應，直接地生成CaC03。 CaC03結晶的形式例如可 以是菱面體的、偏三角面體或球形的，其中結晶量取決於所選擇的用於纖 維懸浮液的溫度範圍和取決於C02-含量以及在纖維懸浮液中的Ca(OH)2-含 量。在纖維懸浮液與所形成的結晶已經通過氣體區後，所形成的PCC或纖 維懸浮液與結晶通過轉子和靜子而輸送在內腔、在纖維上或在纖維之間， 在此結晶在懸浮液中的分布是在以較小的剪切力下混合而完成。
在纖維/結晶懸浮液通過轉子期間，出現剪切分布，其引起約0.05-約 0.5 jum,和優選為約0.3-約2.5 jum的結晶顆粒粒度分布。
所應用的填料小顆粒的形式例如是具有約0.05-約2jim範圍內的各立 方體顆粒的菱面體的或具有長度為約0.05-約2um範圍內和直徑為約0.01-約0.5 m m範圍內的各偏三角面體，這取決於所要製備的紙張種類。
纖維懸浮液離轉子盤的距離越遠，剪切力越小，這取決於稀釋所用的 &0。通過轉子盤的纖維懸浮液的濃度為約0.1-約50%,優選為約35-約50%。
C02-輸送線路的衝擊壓力特別為約0.1-約6 bar的範圍，優選為約0.3-約3bar,以保證用於所期望的化學反應的氣體環的恆定的002-供給。正如 在通過花園管道供給水時在高的水需求時要提高壓力，以通過管道輸送更 多的水。因為C02是一種可壓縮的氣體，在此也可以提高所必需的量，以 保證一個完全的反應。C02-供給並從而引起的CaC03沉澱反應可通過pH-值來控制和/或調節。
例如注意用於CaCo3結晶的最後反應的pH-值為6.0-約10.0,優選為約 7.0-約8.5。用於這過程的能量可以特別為約0.3-約8kWh/t和優選為約0.5-約4kWh/t。可以添加稀釋水並與纖維懸浮液混合，以得到最終的稀釋，其 中，所生成的具有填料的纖維懸浮液的稠度或固體物濃度例如為約0.1-約
16%，優選為約2-約6%。然後將纖維懸浮液放置在機器、容器或下一個大 氣氣氛的過程機器中。
轉子盤的轉動速度在外徑處可以特別約20-100m/s和優選為約40-約 60m/s。
轉子和定子之間的縫隙例如為約0.5-約100mm和優選為約25-約 75mm。
轉子和定子的直徑可以特別為約5-約2m。 反應時間優選為約0.001-1 min，優選為約0.1-約10 sec。 上述的方法可以使製備單個的d、顆粒，小顆粒互相之間有間距並鋪設 在纖維上，其中其以必要的種類和方式覆蓋纖維，以滿足對所期望的高的 白度或光澤的紙張的要求。顆粒粒度優選為約0.05-約5Mm，其中對於菱面 體的立方體形式的優選的顆粒粒度為約0.05-約2jum或對於偏三角面體形 式的相關的長度為約0.05-約2pm和相關的直徑為約0.01-約0.5 nm。對於 高光澤的應用小顆粒粒度適宜的為0.2-0.5 jum以下。
權利要求
1.一種用碳酸鈣對纖維懸浮液(S)所含的纖維素纖維裝填的方法，其具有下列的方法步驟-以液態的或乾燥的形式的氫氧化鈣或氧化鈣引入到纖維料中，-形成纖維懸浮液(S)，-引入氣體形式的二氧化碳加入到纖維懸浮液(S)中，-碳酸鈣通過二氧化碳沉澱(3)，其特徵在於，氧化鈣或氫氧化鈣是在用於形成纖維懸浮液的纖維(P)進行溶解(1)時或之前加入。
2. 根據權利要求1的方法，其特徵在於，溶解(l)是連續進行的。
3. 根據權利要求的方法，其特徵在於，溶解(l)是非連續進行的並且溶 解(l)開始時按計量加入至少部分液態形式的氫氧化鈣。
4. 根據權利要求1, 2或3的方法，其特徵在於，溶解(l)在物料溶解 器(10)中實施。
5. 根據權利要求1, 2或3的方法，其特徵在於，溶解(l)在溶解滾筒 中實施。
6. 根據權利要求5的方法，其特徵在於，氧化鈣或氫氧化鈣在溶解滾 筒的供料區加入。
7. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，溶解(l)是在3-30%的 稠度範圍中，優選10-20%的稠度範圍下實施的。
8. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，纖維(P)在溶解(1)之前 用水和氫氧化鈣浸漬。
9. 根據權利要求8的方法，其特徵在於，應用浸漬滾筒浸漬纖維(P)。
10. 根據權利要求8的方法，其特徵在於，在浸漬時氬氧化鈣噴射到纖 維(P)上。
11. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，以石灰乳的形式添加 氯氧化釣而石灰乳的稠度調節到已有的乾燥的紙張物料的固體成分的 0.01-60%。
12. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，對氬氧化鈣的反應調 節反應時間為0.01-10分鐘，優選為l秒至3分鐘。
13. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，應用纖維(P)作為起始材料，其稠度為40-100%。
14. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，在溶解(l)步驟後進行的是用於從有害物質中淨化纖維懸浮液。
15. 根據權利要求14的方法，其特徵在於，為了淨化纖維懸浮液，以 至少 一 種浮選過程(31 )去除印刷顏料顆粒。
16. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，纖維懸浮液(S)在加 入氣體形式的二氧化碳(24)之前再進行濃縮。
17. 根據權利要求16的方法，其特徵在於，在濃縮(2)中產生的濾液(9) 引入溶解(l)中。
18. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，纖維懸浮液在沉澱(3) 時或之後在一個粉碎步驟中轉變成細小的纖維碎屑並分散。
19. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，碳酸鈣的沉澱(3)在 其稠度為5-60%,優選為10-35%時進行。
20. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，用於沉澱(3)的能量 消耗為0.3-8 kWh/t,優選為0.5-4kWh/t。
21. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，在沉澱(3)時的溫度 調節至-15和120。C之間，優選調節至20-90。C。
22. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，沉澱(3)在0-15巴， 優選為0-6巴的壓力下進行。
23. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，在沉澱(3)時調節pH-值為6-10，優選為6.5-8.5。
24. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，沉澱(3)的反應時間 調節至0.01-1分鐘，優選為0.5-10秒。
25. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，由含有裝填的纖維素 纖維的纖維懸浮液(S，)生產紙張或紙板並因而在此生成的含氫氧化鈣的篩 分水作為用於纖維的溶解(1 )或稀釋的回水(9 ，)。
26. 根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，用於溶解(l)所引入 的纖維素纖維至少部分由脫墨的廢紙(浸漬)構成。
全文摘要
本發明用於用碳酸鈣裝填纖維懸浮液(S)。在此例如在進行形成纖維的溶解(1)時或之前以石灰乳(7)加入液態的氫氧化鈣。通過加入氣態二氧化碳(8)到這樣處理的纖維懸浮液中而引起化學反應，在該反應中沉澱出精細分布的碳酸鈣。本方法通過預先添加入氧化鈣或氫氧化鈣而是特別的經濟和有效。
文檔編號D21H17/00GK101208476SQ200680023156
公開日2008年6月25日 申請日期2006年5月24日 優先權日2005年7月12日
發明者克勞斯·多伊勒, 洛瑟·法爾澤 申請人:沃依特專利有限責任公司