CN101479427A - 用填料充填纤维质材料悬浮物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用填料特别是用碳酸钙充填纤维质材料悬浮物S的方法(充填纤维)。按本发明，将该经充填的纤维质悬浮物S’分级成至少两种级份，即轻级份(1)和重级份(2)，为此，在有利的实施方案中采用水力旋流器(13)。该不同的级份有不同的充填度，即附着在纤维上的沉淀填料量是不同的。一种可能性是较弱充填纤维返回到充填工序，以进一步提高该级份的充填度。

Description

用填料充填纤维质材料悬浮物的方法
本发明涉及如权利要求1前序部分所述的充填纤维质材料悬浮物的方法。
已知多种用碳酸钙充填纸浆纤维的充填纤维工艺方法。在US 5223090中描述了一种方法，在该方法中应用含具有围绕空腔的纤维壁的拉长纤维的纤维材料，该纤维的湿度足以形成纸浆的脱水纸浆。该纤维的含湿量相当于纤维重量的40至50％。水主要存在于纤维内部和纤维壁内部。接着可选地向纸浆加入氧化钙或氢氧化钙，以使至少一部分引入的氧化钙或氢氧化钙与纸浆中存在的水结合。然后将纤维状纤维素物质与二氧化碳起作用，同时经剪切-混合工艺处理，以通过沉淀产生在空腔内和纤维素纤维的纤维壁内部含明显量碳酸钙的纤维材料。
由DE 10204254 A1已知另一种充填纤维质材料悬浮物的方法。该方法包括下列步骤：将液态或干式氢氧化钙或氧化钙加到纤维质材料悬浮物中，在纤维质材料悬浮物中引入二氧化碳气体，通过二氧化碳沉淀碳酸钙。
本发明的目的在于提供一种充填纤维质材料悬浮物的方法，该方法中强化了充填工序的优点，也可明显达到较高的充填效果。
本发明的目的通过如权利要求1所述的措施实现。
通过该方法可制备以碳酸钙充填的纤维材料(FLPCC＝充填沉淀碳酸钙的纤维)，特别是在造纸中用于制备纸浆或应用纸浆。待充填的纤维原料例如来自再生纸、DIP(＝脱墨纸)，二次纤维材料、漂白的或未漂白的纸浆、各类木质材料、各类纸原料纸浆、漂白的或未漂白的硫酸盐纸浆、废产品材料、亚麻纤维、棉纤维和/或***纤维(主要用于制备香烟纸)和/或各种在造纸机中可用的其它纸原料。该方法的应用与充填的纤维原料无关。
本发明的应用范围可扩展到造纸和纸浆制备以及包括制备填料的工艺技术，并且包括所有纸类的应用范围，其中所有纸类包括包装纸和生产中产生的废品，该废品的填料含量为1％至60％和/或具有填料含量为1％至60％的白色盖层。该填料优选为5％至50％。
如果在造纸中用充填纤维工艺处理纤维质材料悬浮物，则由此产生一种与市售的已知产品相比具有新颖性和改进特性的全新产品。这种工艺可在造纸厂的材料制备中直接沉淀出仅均匀分布和淀积在纤维上和纤维中特别是纸纤维上和纸纤维中的填料(碳酸钙)。
在本发明方法中，可以有利地用能产生与例如200倍重力场对应的高离心场的水力旋流器进行分级。
另一种可能在于应用压力筛选器，特别是当它设计成具有细筛孔的纤维分级器。当然，也可用多级分离装置和/或各种分离原理的组合。
如此实施本发明方法是特别有利的，即利用充填纤维质悬浮物的不同效果或通过相应的措施部分或完全地重新协调该不同效果。在一种本发明使用的充填工序中，会形成一种例如由各种纤维组合而成的纤维质悬浮物。基于不同特性，可使在所有参与的纤维中充填均不同。此外，可考虑到一种统计的影响，即在沉淀过程中基于参数波动，如时间或地点不同，使沉淀不均匀。不同的充填度，即在纤维上附着的沉淀晶体的量的不同，可产生紧接充填工序的分级作用，这时形成至少两种不同充填度的级份。因为经较强充填的纤维重于经较弱充填的纤维，这里将有较强充填度的纤维称为重级份，有较弱充填度的纤维则称为轻级份。
依据对方法的不同要求，可考虑两种用于进一步处理不同级份的可能性。
第一种可能性在于，将轻级份返回到位于充填前的装置部件中以重新实施充填工序，这样做例如特别有利的是，这时通过再次充填可使在轻级份中的纤维达到明显较高的充填度。原因可能是，基于纤维特性，较长时间的充填或较高浓度的化学试剂会更有利。在这类情况下，不依“最复杂的纤维”确定工艺而从整体经济地最佳化工艺是较为合算的。
该第二种可能性在于，将所形成的级份在造纸或制纸板时有针对性地区别应用。己知在造纸中对各类纸和也可能对纸机上的各部位有不同的质量要求。通过分级以改进造纸的整个工艺也是可能的。
与通常用于制备纤维质悬浮物的工艺相比，通过充填可在节能条件下达到较高的研磨度；例如可节省达50％的研磨能。这对其制备中要经过研磨工序的各类纸均特别有效，主要是那些具有高或很高研磨度的纸，例如FL-香烟纸(FL＝充填纤维)、FL-B&P-纸、FL-牛皮袋纸和FL-过滤纸。在这些纸不需要填料的情况下，可在研磨工序后或将纤维质悬浮物引入料槽之前或加到纸机前去除游离的填料。但该纤维本身的内部和/或内部和外部均含有填料，因而保持了充填纤维工艺的有利效果。
充填对各类纸的制备均有利，因为通过在纸机各区段如压制部位、干燥部位或在卷纸幅的区域中由工艺产生的机械应力，所制备的中间产品和待制的成品通过应用卷绕机、卷包机、滚翻机和转换机而承受高机械负荷。
在上述纸类中应用本发明工艺的另一优点在于，这些纸类还可在延压机中继续加工。通过应用纤维充填工艺在纤维中、纤维周围和纤维上淀积纤维充填颗粒，可避免黑化，即黑釉光整理。
下面描述充填纤维质悬浮物的典型实施例。
使用含水纤维质材料，特别是含水纸料作原料，其稠度为0.1至20％，优选2至8％。以水料或干态的氢氧化钙或氧化钙以存在纤维量的0.01至60％混入含水纸纤维中。混合过程中使用静态混合器、接受槽或物质溶解装置；这时pH值调到7至12，优选9至12。氢氧化钙的反应性为0.01至10分钟，优选1秒至3分钟。按规定的反应参数混入稀释水。
依反应参数将二氧化碳混入湿的纸料中。这时碳酸钙在二氧化碳气体中沉淀。
工艺温度优选为-15℃至120℃，特别是20℃至90℃。优选产生菱形六面体、偏三角面体和球形晶体，晶体大小为0.05至5μm，特别是0.3至2.5μm。
为制备用碳酸钙充填的纤维质悬浮物，使用静态和/或动态的混合构件，特别是旋转式搅拌件。
该方法优选在压力为0至15bar，特别是0至6bar下进行。该方法也有利地在pH值为6至10，特别是6.5至9.5下进行。这时反应时间为0.03秒至1分钟，特别是0.05至10秒。
例如可产生其各立方体的尺寸约为0.05至2μm的菱形六面体的充填产物颗粒。在某些情况下，产生各长度约为0.05至2μm和各直径约为0.01至0.05μm的偏三角面体的充填产物颗粒也是有利的。
按本发明方法的一个优选实施方案，用于沉沉所制备的纤维质悬浮物的固料浓度约为0.1至60％，优选15至35％。
按该充填方法的一个适用的实施方案，在约-15至120℃，优选约20至90℃温度下将二氧化碳加入纤维质悬浮物中。
下面借助附图说明本发明和其优点。其中：
图1示出了用于介绍按本发明方法的一个实施例的设备示意图；
图2示出方法的另一方案。
图1中示例性地示出了包括一些最重要方法步骤和装置的设备。在该设备中，纤维质料P，例如纸浆或脱墨废纸，与水W一起送入物料溶解器10。该物料溶解器10可呈常规结构，如在其底部有物料溶解器筛网11以及在物料溶解器中起转动作用并防止物料溶解器筛网11堵塞的转动件12。在该实施例中将所溶解的纤维料送入多个净化装置中，图中用物料净化器14和物料分级器15表示。净化装置之后是蜗杆压滤机16以再提高纤维质悬浮物S的稠度。该蜗杆压滤机16的压滤液18可返回物料溶解器10用于溶解。然后增稠的纤维料19进入结晶器20，该结晶器借助于导入的二氧化碳气体24析出呈细填料状的碳酸钙沉淀。二氧化碳气体通过二氧化碳料罐21供料，并在热交换器22中借助冷却剂或加热剂23调至所需温度。但也可使用另外的调温方法，例如当需升高温度时可直接加入蒸汽。在收集槽26中收集经充填的纤维质悬浮物，也许还可用稀释水27稀释。
然后直接或经中间处理如研磨后对经充填的纤维质悬浮物S’进行分级处理。为此在这里示例性和有利地使用具有高效水力旋流器13的清洁设备。它们形成重级份2和轻级份1。经附着的填料较强充填的纤维的比经较弱充填的纤维更重，也更刚性。本发明实施的分级就利用了这种差别，特别是在应用沉降或离心力的情况下。因此该重级份2比轻级份1含更强的经填料充填的纤维。
轻级份1在此再返回到充填工序，即导入蜗杆压滤器16中。重级份2作为纤维质悬浮物28例如供纸机(未示出)用。
图1所示的用于以填料特别是以碳酸钙充填的装置部分仅看作是简化的实例。在许多情况下，也可将漂白工艺整合进去。实施充填的细节可参阅开头提及的文献。该充填工序宜作为造纸厂中的在线工序运行。
如上所述，该充填纤维料的分级也可用于产生不同的物料品质，或在造纸中提供不同的纸品质。图2示出一个设备示意图作为对该工序的例子，但纤维质悬浮物的溶解和净化不再示出。其可与图1或可比较的已知装置部分一致。借助于本发明的方法，例如可将轻级份1，即经较少充填的纤维与重级份2分别导入纸机或纸板机的物料集料部件32中，这时通常加入其它成分30、31(纤维料或添加剂)。也可(未示出)不同地处理级份，如研磨。
在该实施例中，集料部件32形成三层。特别是应利用较高强度和/或该较强充填的纤维的更好滞留时，轻级份1宜导入内部，重级份2宜导入外部。也可借助多个集料部件构成多层。
纸机的恒定部件在此未示出。

Claims (20)

1.一种用填料特别是用碳酸钙充填纤维质材料悬浮物(S)的方法，其中将液态或干态的氢氧化钙加到纤维质材料悬浮物(S)中，并通过化学反应在纤维质材料悬浮物中沉淀出填料，其特征在于，将该经充填的纤维质悬浮物(S’)分级成至少两种充填度不同的级份，并对这些级份作不同处理。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，通过采用离心力来实施分级。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，在水力旋流器(13)中实施分级。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述水力旋流器(13)产生至少200倍重力加速度的离心场。
5.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，形成至少一种具有较小充填度的轻级份(1)和至少一种具有较高充填度的重级份(2)。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，重新充填所述轻级份(1)。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述轻级份(1)返回到其曾经充填的同一充填工序中。
8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述轻级份(1)在另一充填工序中充填。
9.按照权利要求5至8之一所述的方法，其特征在于，所述轻级份(1)和重级份(2)经不同方式研磨。
10.按照权利要求5至9之一所述的方法，其特征在于，所述轻级份(1)和重级份(2)用于不同的纸产品或纸板产品。
11.按照权利要求5至10之一所述的方法，其特征在于，所述轻级份(1)和重级份(2)用于纸产品或纸板产品的不同部位。
12.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使用稠度为0.1至20％，优选2至8％的含水纤维质材料，特别是含水纸料作为原料。
13.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，沉淀的工序温度为-15℃至120℃，特别是20°至90℃。
14.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过气态二氧化碳进行填料的化学沉淀。
15.上述权利要求之一的方法，其特征在于，产生菱形六面体、偏三角面体和球形的晶体。
16.权利要求15的方法，其特征在于，所述晶体大小为0.05至5μm，特别是0.3至2.5μm。
17.上述权利要求之一的方法，其特征在于，在压力为0至15bar，特别是0至6bar下进行充填。
18.上述权利要求之一的方法，其特征在于，在pH值为6至10，特别是6.5至9.5下进行充填。
19.上述权利要求之一的方法，其特征在于，在固含量为0.1％至60％，优选15％至35％下进行充填。
20.上述权利要求之一的方法，其特征在于，沉淀的反应时间为0.03秒至1分钟，特别是0.05至10秒。
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