專利名稱：用于生產(chǎn)紙張和纖維素的脫墨試劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理和由廢紙制備原料紙張的脫墨試劑。
由于生態(tài)和經(jīng)濟(jì)的原因，回收的廢紙、紙板和粘貼板漸漸成為制備纖維素和紙張的原料。在濕法廢紙溶解的過程中，除了純機(jī)械分離出不需要的組分，如金屬、塑料，優(yōu)選通過加入化學(xué)助劑洗掉不能機(jī)械分離的污染物和雜質(zhì)，并除去印刷的顏料。這些化學(xué)助劑中，皂化的脂肪酸和表面活性劑是作為具有洗滌活性的物質(zhì)，它們同時還支持浮選除去污染物。為了防止原料的再污染，加入氫氧化鈉和水玻璃可加強(qiáng)洗滌溶液并且提高洗滌溶液的去污能力。為了從原料皂中除去不需要的污染物，表面活性劑、水玻璃、過氧化氫和其他化學(xué)物質(zhì)也被用在脫墨過程中。漂白助劑和絡(luò)合試劑可以改善所得到的纖維素和纖維物質(zhì)懸浮液的亮度和白度。
含有如堿金屬硅酸鹽或水玻璃形式的硅酸鹽的用于脫墨的化學(xué)助劑在下文中被稱為“脫墨試劑”。
經(jīng)濟(jì)的脫墨方法的一個特征是實際上消費(fèi)者要求高質(zhì)量的紙張類型，這種要求只有在使用非常昂貴的純纖維素或非常昂貴的閉合循環(huán)的方法并在脫墨時消耗比較大用量的化學(xué)物質(zhì)和較大的損失時才可能滿足。
用于脫墨方法中的水玻璃優(yōu)選含有硅酸鈉、硅酸鉀或混合的硅酸鹽，它可以作為可變濃度的水溶液被提供并使用。
基于丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸以及其兩個碳原子之間具有可聚合雙鍵的衍生物的聚電解質(zhì)具有與水玻璃相似的去污能力。通過單一種類的單體聚合，形成均聚物，或者幾種不同種類的單體聚合，得到所謂的共聚物。聚合產(chǎn)物的化學(xué)和物理性質(zhì)是由使用的單體、聚合和反應(yīng)的條件決定的。
參數(shù)可能的變化是
——單體的電荷，如陰離子、陽離子或不帶電荷的；——離子型單體的類型，如丙烯酸、甲基丙烯酸等；——非離子型共聚單體的類型，如疏水性共聚單體或親水性共聚單體；——不同單體間的用量比；——聚合度和分子結(jié)構(gòu)，如線性的、支化的或交聯(lián)的。
由于不需要的副反應(yīng)使這些物質(zhì)沒有充分發(fā)揮作用，而且由于在閉合循環(huán)中的循環(huán)水中額外輸入的污染物以及高成本，在脫墨過程中單獨(dú)使用這些物質(zhì)都沒有獲得成功。
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的脫墨試劑。
所述的目的是通過提供一種含有硅酸鹽和部分或全部中和的、或分別部分或全部皂化的基于丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸和/或它們的酯、腈或酰胺衍生物的均聚物或共聚物的脫墨試劑來實現(xiàn)的。
包含在本發(fā)明脫墨試劑中的硅酸鹽(特別主要是堿金屬硅酸鹽)和均聚物或共聚物的組合改進(jìn)了對釋放的污染物質(zhì)和印刷顏料的分散能力，而且還避免其重新黏附在纖維上。
本發(fā)明的用于制備本發(fā)明脫墨試劑的方法中使用的水玻璃包含水和優(yōu)選含有硅酸鈉、硅酸鉀或混合的硅酸鹽。它可以作為可變濃度的水溶液被提供并使用。所使用的水玻璃(含有堿金屬硅酸鹽)是一種水溶液，優(yōu)選堿金屬硅酸鹽的活性物質(zhì)以水玻璃為基準(zhǔn)計的重量比為20-60重量％，更優(yōu)選30-50重量％，特別優(yōu)選38-45重量％。本發(fā)明所用的水玻璃中優(yōu)選含有硅酸鈉、硅酸鉀或混合的硅酸鹽，其中的二氧化硅與金屬氧化物的摩爾比為1.0∶1到4.0∶1，優(yōu)選1.0∶1到3.0∶1，特別優(yōu)選1.8∶1到2.2∶1。Na2O與SiO2的比例要根據(jù)所希望的效果和成本的因素獨(dú)立地適應(yīng)于脫墨過程。本發(fā)明特別優(yōu)選的硅酸鈉溶液的密度為1.53克/毫升而且含有14.7重量％的Na2O和28.6重量％的SiO2。
基于丙烯酸或甲基丙烯酸或其如上所述的衍生物的水溶性聚電解質(zhì)，或以與堿性水玻璃的分散液形式存在的這種聚電解質(zhì)，經(jīng)過中和或皂化，得到有利地作用于脫墨過程的本發(fā)明脫墨試劑。
可以用于本發(fā)明的均聚物的例子有聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸，完全酯化的聚丙烯酸酯或完全酯化的聚甲基丙烯酸酯，它們具有的MW優(yōu)選為大約20000克/摩爾到大約200000克/摩爾，特別優(yōu)選大約100000克/摩爾到大約200000克/摩爾，由此在酯化的均聚物中，酯化殘基優(yōu)選選自具有1到4個碳原子的直鏈烷基，如甲基和/或乙基?？梢杂糜诒景l(fā)明的共聚物的例子有丙烯酸和甲基丙烯酸的共聚物，優(yōu)選丙烯酸和甲基丙烯酸的摩爾比為10∶1到1∶10，而且MW為大約20000克/摩爾到大約200000克/摩爾，特別優(yōu)選大約100000克/摩爾到大約200000克/摩爾。共聚物的例子也有部分酯化的丙烯酸的均聚物或甲基丙烯酸的均聚物，由此該共聚物的分子量和酯化殘基優(yōu)選和上述完全酯化的均聚物具有相同的指標(biāo)，而且因此未酯化的羧基基團(tuán)與酯化的羧基基團(tuán)的摩爾比在約10∶1到1∶10之間。共聚物的進(jìn)一步例子是游離丙烯酸單體或甲基丙烯酸單體的混合聚合產(chǎn)物，而且它們已經(jīng)與丙烯腈和/或與甲基丙烯腈和/或丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺共聚。對于后者例子的優(yōu)選分子量范圍和上述示例的均聚物具有相同的指標(biāo)。丙烯酸/甲基丙烯酸單元和另一方面丙烯腈/甲基丙烯腈/丙烯酰胺/甲基丙烯酰胺單元的摩爾比優(yōu)選在約10∶1到1∶10的范圍內(nèi)。
如果所用的水玻璃(例如，其中含有堿金屬硅酸鹽)的量少于以下官能團(tuán)的等摩爾的量，均聚物或共聚物中存在的羧酸基團(tuán)是只被“部分”中和，而且酯基、腈基或酰胺基只是被“部分”皂化，因此可以認(rèn)為是堿金屬硅酸鹽特別是和能快速脫質(zhì)子的羧酸基團(tuán)以及能快速皂化的酯基團(tuán)的定量反應(yīng)。然而，存在于均聚物或共聚物中的羧酸基團(tuán)優(yōu)選是完全被中和的，也就是所用的水玻璃是充分大量過量的，使含水介質(zhì)的pH達(dá)到至少大約為9，優(yōu)選大約為12-14。根據(jù)本發(fā)明，存在于均聚物或共聚物中的酯基、腈基或酰胺基不是必須需要完全被皂化的。然而，優(yōu)選在如果希望時可以通過使用充分大量過量的水玻璃、提高溫度和采用足夠長的反應(yīng)時間使這些基團(tuán)也被完全皂化，由此最終狀態(tài)的pH值再次被調(diào)整到至少大約為9，優(yōu)選大約為12-14。在特別優(yōu)選的情況下，均聚物或共聚物被完全中和或完全皂化，直到形成聚電解質(zhì)(聚羧酸酯)而且溶液顯示的pH值大約為12-14。
在伴隨有均聚物或共聚物中羧酸基團(tuán)部分或完全脫質(zhì)子的部分中和或完全中和的過程中，或在酯基、腈基或酰胺基的部分或完全皂化過程中，水玻璃中的部分堿金屬硅酸鹽被質(zhì)子化而且因此可以形成硅膠，而且不再是堿金屬硅酸鹽。所有這些變化的可檢測到的特征是它們含有硅酸鹽。
對于中和和皂化，在反應(yīng)器中存在著完全反應(yīng)或部分反應(yīng)的可能性而且受到溫度和壓力的支持。優(yōu)選均聚物或共聚物的溶液或分散液在攪拌的同時加到水玻璃中。大體上是輕微放熱的反應(yīng)導(dǎo)致了溫度的降低，這有助于正向反應(yīng)。作為另一個選擇，用均聚物或共聚物的稀水溶液或分散液也可溶解固體堿金屬硅酸鹽?；诒┧?、甲基丙烯酸、馬來酸和/或它們的酯、腈或酰胺衍生物的均聚物或共聚物的含量以水玻璃為基準(zhǔn)計優(yōu)選是0.5-10重量％，更優(yōu)選1-5重量％，特別優(yōu)選1.5-3重量％。
為了進(jìn)行廢紙原料的溶解，將本發(fā)明的脫墨試劑和其它助劑加到溶解容器中。在溶解過程和純化過程之后，分離出來的污染物和印刷顏料大部分通過浮選法可以機(jī)械除去，而且得到的纖維素和填料懸浮液可以作為制備高質(zhì)量紙張類型的紙張原料。本發(fā)明脫墨試劑可以減少助劑的需要量和損失?？梢愿纳萍垙埖馁|(zhì)量，而使用其它方法只有使用更大量的化學(xué)物質(zhì)和進(jìn)而成本更高時才能達(dá)到同樣的程度。本發(fā)明的脫墨試劑減少了化學(xué)物質(zhì)的消耗，提高了可用的紙張原料的產(chǎn)量，減少了損失和處理損失物質(zhì)的成本，減少了在密閉循環(huán)水管道形成污垢沉積的趨向。本發(fā)明的脫墨試劑，例如基于有機(jī)聚合酸的部分或完全被水玻璃中和的脫墨試劑，提高了可反復(fù)利用的纖維素纖維和填充材料的產(chǎn)量而且減少了損失。提高了原料的亮度和白度。同時具有的螯合和臨界特點(diǎn)減少了在水密閉循環(huán)中形成水垢和有害的污垢沉積。也可以減少不期望的水溶性印刷顏料的紅顏料。用在本申請上下文中關(guān)于水溶性紅色印刷顏料的術(shù)語“減少”應(yīng)當(dāng)作降低理解，而不是作為化學(xué)還原理解。
實施例1制備脫墨試劑在20℃下攪拌100克濃度為50％的水玻璃溶液，其中含有比例為14.7％的Na2O與28.6％的SiO2。將3克的濃度為50％、MW為150000克/摩爾的聚丙烯酸連續(xù)加入。反應(yīng)結(jié)束后，將脫墨試劑轉(zhuǎn)用于脫墨過程中。
實施例2在原位制備脫墨試劑將廢紙和制備脫墨試劑的起始材料連續(xù)加入到脫墨裝置的溶解罐中。水玻璃的比例為1.2％。其中3％的水玻璃在靜態(tài)混合器和反應(yīng)管道中被具有50％聚合物含量而且MW為150000克/摩爾的聚丙烯酸所置換，然后直接轉(zhuǎn)用于脫墨過程中。
實施例3在原位制備脫墨試劑在脫墨裝置的原料溶解(制漿機(jī)或MFF裝置)中，將廢紙和脫墨助劑連續(xù)加入。水玻璃的比例為1.2％。其中3％的水玻璃在靜態(tài)混合器和反應(yīng)管道中被具有50％聚合物含量而且MW為150000克/摩爾的聚丙烯酸所置換，然后直接轉(zhuǎn)用于脫墨過程中。
實施例4脫墨過程中使用的本發(fā)明脫墨試劑和水玻璃之間的比較在脫墨過程中，將傳統(tǒng)的水玻璃和實施例1中的本發(fā)明脫墨試劑進(jìn)行比較。脫墨混合物中含有0.4％的脂肪酸、0.25％皂化氫氧化鈉、0.5％的氫氧化鈉、分別1.2％的傳統(tǒng)水玻璃或本發(fā)明的脫墨試劑，以及0.7％的過氧化氫。
浮選后，校正損失以后得到的數(shù)值傳統(tǒng)的水玻璃 本發(fā)明的脫墨試劑墨的消除量71.37％81.82％亮度 59.02％68.31％白度R 45760 55.78％64.48％損失減少3.5％
權(quán)利要求
1.一種制備脫墨試劑的方法，其特征在于基于丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸和/或它們的酯、腈或酰胺衍生物的均聚物或共聚物分別地是被水玻璃部分或完全中和，或者部分或完全皂化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的水玻璃含有堿金屬硅酸鹽，該堿金屬硅酸鹽選自以下物質(zhì)SiO2與Na2O的摩爾比例在1∶1到4∶1之間的硅酸鈉，SiO2與K2O的摩爾比例在1∶1到4∶1之間的硅酸鉀，和SiO2與Na2O和K2O之和的摩爾比例在1∶1到4∶1之間的混合鈉/鉀硅酸鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所述的水玻璃是堿金屬硅酸鹽的水溶液，其中堿金屬硅酸鹽的含量以水玻璃為基準(zhǔn)計是20-60重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之一的方法，其特征在于所用的均聚物或共聚物與水玻璃的重量比例為0.5∶100到10∶100。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4之一的方法，其特征在于將固體堿金屬硅酸鹽溶解在基于丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸和/或它們的酯、腈和酰胺衍生物的均聚物或共聚物的稀釋的水溶液或分散液中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5之一的方法，其特征在于中和和/或皂化在非連續(xù)反應(yīng)容器中進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6之一的方法，其特征在于中和和/或皂化是在用于脫墨之前直接在原位完成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7之一的方法，其特征在于所述均聚物或共聚物是丙烯酸和/或甲基丙烯酸的均聚物或共聚物。
9.一種水溶液脫墨試劑，含有硅酸鹽和分別基于丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸和/或它們的酯、腈或酰胺衍生物的被部分或完全中和的、或者被部分或完全皂化的均聚物或共聚物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的脫墨試劑，其特征在于所述的均聚物或共聚物是丙烯酸和/或甲基丙烯酸的均聚物或共聚物。
11.權(quán)利要求9或10的脫墨試劑或根據(jù)權(quán)利要求1到8之一的方法得到的脫墨試劑用于處理廢紙的用途。
12.權(quán)利要求9或10的脫墨試劑或根據(jù)權(quán)利要求1到8之一的方法制備得到的脫墨試劑用于減少水溶性紅色印刷顏料的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造紙張和纖維素的脫墨試劑，其含有硅酸鹽和基于丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸和/或它們的酯、腈或酰胺衍生物的被部分或完全中和或皂化的均聚物或共聚物。該脫墨試劑是通過用水玻璃中和和/或皂化所述類型的均聚物或共聚物得到的。
文檔編號D21C5/02GK1646763SQ03808047
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月10日
發(fā)明者A·斯科爾迪亞洛, P·穆格勒 申請人:范巴爾勒及西股份有限公司