专利名称：在造纸工艺中去除和防止污染物积累的方法
技术领域：
本发明涉及用于造纸工艺的清洗溶液，更具体地说涉及去除和防止在造纸湿压毡毯(wet press felts)和成型网上积累污染物的方法。
背景技术：
纸张是通过将纤维素纤维从很低粘稠度的水悬浮液中沉积到比较细的已知作为成型网或成型织物的纺织合成筛网上而制造的。成型网是一个由单丝制造的布网(cloth woven)，此布网是经缝合而成的无接头连续带。在造纸工艺中既使用单层成型网，也使用多层成型网。此成型网的网眼能够滤过水同时保留住纤维。可通过成型网滤水而去除95％以上的水分。
在成型网上形成纸页是一个复杂的过程，该过程通过三个基本的流体动力学工艺来完成滤水、定向剪切和湍流。必须以不同的程度应用流体动力学的作用，以使在纸机上运行的每个等级纸页的质量达到最佳。
在纸浆和造纸系统中使用了许多添加剂和加工助剂。在注入水(incoming water)和木片进入蒸煮器时就开始加入添加剂。此时，污染物也可能随之进入造纸系统。实际上，在纸浆和造纸系统添加任何物质都可能引入一些物质，最终成为造纸机储料(stock)系统中污染物的一个组分。污染物和添加剂会在表面积累或聚集在成型网的多层结构之间。在湿纸离开成型网之后，用高压水喷淋和低压化学清洗剂喷淋以去除沉积物。成型网上的任何沉积物都可能因干扰三个基本流体动力学过程的一个或多个过程而破坏纸的成型过程。
湿纸的纸幅在造纸机的成型区形成后，就通过引纸辊被转移到压榨区。通过压榨区的主要目的是尽可能在进入干燥区之前去除湿纸所含的水分。湿纸页在进入压榨区时的含水量大约为80％，离开时大约为55％。在压机中尽可能地除去水分，可降低干燥区的操作成本。而且，压榨区还可以改善纸的性能，如纸页的松厚性(bulkiness)和平滑度。
在压榨区，是通过让纸页通过一系列压力辊(nip press)来去除水分的。具有中心辊的典型造纸机具有三个压机，每个压机有两个辊和两个湿压毡毯。当湿的纸幅通过压机时，通过将纸页挤压通过两个辊的辊隙来完成除水。当纸页通过压机时，两个湿压毡毯(上毡毯和下毡毯)在湿纸通过压机时，传送并支撑湿纸页，同时吸收辊隙处从湿纸页上压榨出的水分。
由于污物和添加剂嵌入毡毯主体，降低了毡毯的空隙率和渗透性，从而降低了毡毯吸收压机辊隙处从纸幅中压出来的水的能力，导致了毡毯的堵塞。几乎所有作为废纸回收的纸张都含有各式各样的系统污染物。
例如在湿压毡毯和成型网上会沉积上无机污染物，如锰、铁、铜和铝，因此降低了其滤水性能，造成造纸厂的运转性问题。一般用高浓度的无机酸，如用硫酸基清洗化合物去除所述沉积物。然而，有时污染物沉积得十分严重，即使用很高浓度的无机酸也不能有效地去除它们。而且，高浓度的无机酸可能会严重破坏压榨毡毯和成型网。
为解决将有用的纤维与无机污染物和聚合物污染物分离这个复杂难题，已试用了各种不同的方法和设备。然而，无论分离效果如何理想，许多微小和稍大的粒子还是进入了接受物流(accept stream)中，最终残留在造纸机系统里，造成了造纸机毡毯的污染。其中一类粒子就是在制造纸巾级软纸和其它湿强级纸张过程中使用的聚酰胺湿强度树脂。
经过一段时间的积累，树脂会沉积在湿压毡毯的孔隙中，并导致其渗透性能下降，毡毯的滤水能力降低。目前，一些纸厂用次氯酸钠分批地清洗毡毯，但使用次氯酸钠的主要缺点是它可能对尼龙毛层(batt)纤维有降解作用。当长时间使用浓度超过1ppm的次氯酸钠时，会使毡毯提前受损(寿命缩短)。而且，一般要停产用次氯酸钠对毡毯进行分批清洗，这也会到来经济损失。
除比较常见的污垢外，毡毯上还可能积累孢子和形成孢子的细菌。这可引起孢子在食品级纸板上的再沉积，最终增加了孢子的数量。如果孢子数量太大，纸板就必须降级，作为非食品级纸板在市场上销售。与丝状细菌有关的外鞘(sheath)材料也会聚集在毡毯的孔隙区，也会导致其除水能力下降。各类造纸厂都可能遇到由于鞘材料积累带来的问题。
因此，希望能提供一种去除和防止在造纸湿压毡毯和成型网上积累污染物，而又不会严重损害毡毯和成型网的改进的方法。特别希望使用清洗液来去除和防止在造纸湿压毡毯和成型网上积累污染物，以及去除和防止在正常的连续清洗操作中湿强树脂、孢子和外无接头环带鞘材料在湿压毡毯上的积累的方法。
发明概要本发明涉及一种用含有至少一种酸性清洗化合物和过乙酸的清洗溶液处理造纸湿压毡毯和成型网的方法。这种处理方法可有效地去除和防止污染物，特别是锰类污染物在湿压毡毯和成型网上的积累，而不会严重地损坏该毡毯(felt)和成型网(forming wire)。此处理方法还有效地去除和防止在正常的连续清洗操作中湿强树脂、孢子和外鞘材料在湿压毡毯上的积累。
发明的详细说明本发明涉及一种在造纸湿压毡毯和在成型网上去除和防止污染物积累的方法。按照本发明，用含有一种或多种酸性清洗化合物和过乙酸(PAA)的清洗溶液处理压榨毡毯和成型网。该酸性清洗化合物可以是有机酸，也可以是无机酸。
在实施本发明时可以使用任何有机酸，然而优选羟基乙酸、乙酸、柠檬酸、甲酸、草酸和氨基磺酸。羟基乙酸和柠檬酸是最优选的有机酸。
在实施本发明时可以使用的无机酸包括硫酸、磷酸、硝酸和盐酸。但由于硝酸和盐酸的强腐蚀性，优选硫酸和磷酸。
所使用的酸性清洗化合物和PAA的浓度，要在造纸湿压毡毯和成型网上能够有效地去除和防止污染物积累。清洗溶液中PAA的含量优选为大约0.0001～1％(重量百分比)。清洗溶液中PAA的含量更优选约为0.001～0.05％(重量百分比)，最优选约为0.003～0.02％。
当在清洗溶液中与PAA一起使用有机酸时，有机酸的用量约为0.2～30％(重量百分比)，优选约为1～10％(重量百分比)。
当在本发明的清洗溶液中使用无机酸时，无机酸的用量约为0.001～20％(重量百分比)，优选用量约为0.01～10％(重量百分比)。
清洗溶液还可以包括一种或几种表面活性剂。表面活性剂可以是阴离子、阳离子、非离子或两性离子表面活性剂。可以使用在湿压毡毯和成型网清洗液中常使用的任何表面活性剂。适用的表面活性剂包括胺氧化物、乙氧基化的醇和十二烷基苯磺酸。
清洗溶液中表面活性剂的优选用量为约0.001～10％(重量百分比)，最优选用量约为0.01～1％(重量百分比)。
此清洗溶液还可以包括一种或几种乙二醇醚，以进一步增强对湿压毡毯和成型网的清洗效果。可以使用的乙二醇醚包括二甘醇醚、乙二醇单丁醚、丙二醇单丁醚、二甘醇单乙醚、乙二醇单乙醚、二甘醇单己醚、丙氧基丙醇、乙二醇单己醚、二甘醇单甲醚、丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚和三丙二醇甲醚。
在清洗溶液中乙二醇醚的优选用量为约0.1～30％(重量百分比)。
除上述物质外，清洗溶液中其余的部分为水。
本发明发现了含有一种或多种酸性清洗化合物和PAA的清洗溶液能有效地去除和防止污染物，特别是锰污染物在湿压毡毯和成型网上积累。此外，此清洗溶液可以用来去除和防止湿强树脂在毡毯上的积累。在正常的连续清洗过程中去除湿强树脂将会免除停产和用次氯酸钠分批清洗毡毯的需要。这将节省停工时间，延长毡毯的寿命。本发明还发现，本发明的清洗溶液还可以使正常连续清洗毡毯的操作中，清除毡毯上的孢子和外鞘材料更为容易。使用PAA的主要优点之一是，在酸性条件下它比其它强氧化剂稳定，因此对成型网和毡毯的损害相对很小。
实施例下面的实施例用来例证本发明，并教授如何实施和使用本发明的一些普通技巧。这些实施例并不以任何方式来限制本发明或其保护的范围。
实施例1在实验室中进行实验，以评价过乙酸(PAA)与有机酸共用时有利于去除成型网上锰沉积物的效果。使用从A造纸厂得到的含有均匀锰沉积物的成型网进行实验。锰类沉积物的特征是明显的深棕色到黑色。从成型网上切下平均GE亮度3.8的试验试样，并用在清洗实验中。所用的清洗溶液在试验时再制备。清洗溶液的温度保持在130°F，同时在试验的过程中混合30min。在不同PAA浓度下评价含3.5％有机酸的清洗水溶液的清洗效果。用GE亮度测量法定量试验结果。使用型号为S4-M GE的Technidyne亮度试验仪来评价从成型网试验样品上去除锰沉积物的效果。此装置使用了7.0V直流单束灯。将清洗过的和未清洗过的试验样品的亮度与专用标准相比较，该专用标准由已知亮度的乳白色玻璃块组成的。试验结果如表1所示。
表1
在用含羟基乙酸而不含PPA的1#溶液清洗后试验样品的GE亮度是7.7。在用加入0.006％的PPA(5#溶液)的清洗溶液清洗后试验样品的GE亮度增加到了31.5。当使用的有机酸为柠檬酸时，GE亮度从18.6(7#溶液)增加到了47.9(11#溶液)。试验结果表明PAA明显地增强了羟基乙酸和柠檬酸的清洗功能。
实施例2实施例1中使用的清洗溶液是含有有机酸和PPA的水溶液。本实施例将进行实验室的清洗试验，来评价含有柠檬酸和PPA的清洗溶液中加入表面活性剂的清洗效果。结果如表2所示。
表2
使用表面活性剂的目的是增加清洗溶液的润湿性和在污垢中的渗透性能。在此评价试验中使用了实施例1的试验步骤及A造纸厂的成型网。如表2所示，清洗效果更为明显。当在含0.5％柠檬酸的水溶液中加入0.5％的烷基二甲基胺氧化物时，GE亮度从14.4(13#溶液)增加到31.4(14#溶液)。加入0.0015％的PPA(16#溶液)将GE亮度进一步增加到大于40。
提高有机酸和表面活性剂的浓度也可提高GE亮度(17#～19#溶液)。在没有酸源时，GE亮度的增大就不是那么明显(20#～24#溶液)。无论有机酸和表面活性剂的浓度如何，加入PPA能够进一步增强清洗效果。
实施例3再一次使用由造纸厂A得到的成型网进行清洗试验，观察加入溶剂是否能进一步改善去除锰沉积物的效果。在含有不同浓度PAA的0.5％的柠檬酸和0.5％的胺氧化物的清洗水溶液中，评价乙二醇醚(二丙二醇甲醚)的作用。结果见表3。溶剂对去除该沉积物影响甚微或完全没有影响。如果沉积物中有机污垢含量较高，加入溶剂可使清洗效果有所改善。
表3
实施例4由于造纸厂之间的差异，以及同一个造纸厂内每日生产情况的差别，锰类沉积物的组成和严重程度也各不相同。该沉积物的变化主要是由于造纸机系统中污染物的浓度和类型不同造成的。在使用造纸厂B的成型网的另一组实验室清洗数据中，平均GE亮度为4.9。表4中的试验结果表明了羟基乙酸浓度与以GE亮度表征的锰沉积物去除能力之间的关系。
表4
在清洗溶液中不添加表面活性剂或PAA，在羟基乙酸的浓度达到10％(35#溶液)前，看不到GE亮度有明显的增长。最常用的清洗剂最多含有10～20％的有机酸。因此，这相当于发挥产品的最大能量来(使用最大浓度的清洗剂)清洗成型网。
然后，进行了不同有机酸(柠檬酸、羟基乙酸和氨基磺酸)、表面活性剂(9mol乙氧基化的仲醇或胺的氧化物)与各种浓度的PAA组合使用的研究。结果如表5～7。
表5
表6
表7
表5为使用浓度为0.5％的乙氧基化仲醇(AE)与浓度分别为2％和0.5％的柠檬酸和羟基乙酸时的实验结果。仅含0.5％的羟基乙酸和AE及0.006％的PAA的47#溶液的GE亮度为20。不含PPA的类似溶液(43#溶液)GE亮度仅为7.3。
表6中显示了类似的结果，其中评价了在氨基磺酸水溶液中两种表面活性剂(胺氧化物和AE)的清洗效果。数据也显示存在一个最佳表面活性剂浓度值，此浓度能够改善有机酸清洗效果(49#～52#溶液)，高于此浓度时，除非加入过乙酸，否则亮度增加甚微。表7结果也相类似。表7显示了浓度分别为2％和0.5％的柠檬酸和羟基乙酸水溶液的比较。这些溶液含0.5％的胺氧化物或AE表面活性剂，同时含不同浓度的过乙酸。无论有机酸的种类、有机酸的浓度、表面活性剂的种类或表面活性剂的浓度(在最佳范围内)如何，PAA都能改善清洗效果。
实施例5在此实施例中，评价了在含硫酸或羟基乙酸的清洗水溶液中添加PAA去除湿压毡毯上形成孢子的细菌的可行性。也测定了潜在的有害影响，因为所使用的无机酸或高氧化环境都可能损害压榨毡毯，两者并存时，对毡毯的损害可能更为严重。使用Nalco动态毡毯清洗循环机来评价清洗溶液从毡毯试样上去除孢子的能力，此毡毯取自制造食品级纸板的造纸厂C的造纸机。循环机连续地测量毡毯试样两侧之间的压差变化并绘制成图。压差下降表示试样的渗透性变好，这意味着空隙率和透水率的增加。在清洗前和清洗后使用孢子和植物性细菌计数来确定产品的有效性。植物性细菌(vegetative bacteria)是一种生长繁殖非常活跃的细菌。相反，孢子是既不生长，也不繁殖的细菌，而是通过其周围保护性的环境将其包围而生存。这一包层使其更耐受环境如温度和pH值的变化。
表8列示了此实验使用的清洗水溶液。为了评价可能的毡毯损坏，每次循环机的试验时间是6hr。进行6hr的实验能较好地模拟连续清洗操作。
表8
表9显示了此项试验的结果。用71#和72#溶液使孢子数减少96％以上。显微镜评价结果也显示，清洗试验的条件不会对毡毯造成化学损坏。
表9
实施例6此实施例中设计了一组实验，研究从毡毯上去除孢子的机理。使用清洗周期为30min时得到数据，而不象实施例5中进行6hr的接触。较短的清洗周期使PAA没有足够的时间杀死孢子。因此，任何孢子浓度的降低都是由于清洗机理造成的，而不是通过杀菌剂的杀菌机理造成的。此项工作使用了取自制造牛奶包装用漂白纸板(食品级纸板)的造纸厂D的压榨毡毯。牛奶包装纸板的Dairyman标准是每克纸板250个成菌落单位(cfu)。
此实验关注与胺氧化物表面活性剂和不同浓度的PAA共用的柠檬酸和羟基乙酸溶液。表10是此实验中使用的清洗溶液，实验结果如表11所列。
表10
表11
在柠檬酸和表面活性剂溶液中加入浓度为0.0015％的PAA(75#溶液)减少孢子量96％，而不加PAA时(74#溶液)为49％。当有机酸是羟基乙酸时(77#～79#溶液)，可得出类似结果，虽然不是那么明显。PAA的活性物浓度为0.0015％和0.006％时，孢子数分别减少77％和99％。在没有使用PPA的77#溶液中，孢子数减少了75％。
值得注意的是，这些结果都表明孢子数的降低是由于清洗作用而不是由于杀菌作用造成的。30min的清洗时间明显地少于PAA作为杀菌剂起作用所必需的接触时间。
实施例7该实施例中的数据着眼于改善清洗性能，以有助于去除含有次级聚酰胺湿强树脂的污垢污染物。使用在实施例5中叙述过的Nalco动态毡毯清洗循环机，用取自造纸厂E和造纸厂F的压榨毡毯进行实验室清洗研究。实验用两块毡毯分别取自制造纸巾级纸张的造纸机及使用聚酰胺湿强剂的造纸机。表12列示了清洗溶液的组成和用造纸厂E的毡毯的试验结果。
表12
此项测定比较了含胺氧化物湿润剂和不同PAA含量的柠檬酸和硫酸清洗水溶液。重量实验的结果表明，含有0.003％PAA的81#溶液比不含PAA的80#溶液的除垢能力提高了31％。
使用取自造纸厂F的毡毯进行实验室清洗性能测定。此项工作评价了含乙二醇酸和9mol乙氧基化仲醇代替胺氧化物，以及不同浓度PAA的清洗溶液的清洗效果。结果如表13所列。与不含PAA的86#溶液相比，加有0.003％PAA的87#溶液使污垢总负荷降低40％以上。
表13
尽管上文结合优选的或说明性的实施方案叙述了本发明，这些实施方案并非穷举或者限制本发明。相反，本发明可以覆盖由所附权利要求所限定的精神和范围内的所有备选的、改进的及等效的方案。
权利要求
1．一种在造纸湿压毡毯和成型网上去除和防止污染物积累的方法，该方法包括用含有有效量的至少一种酸性清洗化合物和过乙酸的清洗溶液处理该毡毯和成型网的步骤。
2．如权利要求1的方法，其中所述酸性清洗化合物是有机酸。
3．如权利要求1的方法，其中的酸性清洗化合物是无机酸。
4．如权利要求2的方法，其中所述有机酸选自羟基乙酸、乙酸、柠檬酸、甲酸、草酸和氨基磺酸。
5．如权利要求4的方法，其中所述有机酸是羟基乙酸。
6．如权利要求4的方法，其中所述有机酸是柠檬酸。
7．如权利要求3的方法，其中所述无机酸选自硫酸、磷酸、硝酸和盐酸。
8．如权利要求7的方法，其中所述无机酸是硫酸。
9．如权利要求7的方法，其中所述无机酸是磷酸。
10．如权利要求1的方法，其中在清洗溶液中所述过乙酸的用量为大约0.0001～1％(重量百分比)。
11．如权利要求1的方法，其中在清洗溶液中所述过乙酸的用量为大约0.001～0.05％(重量百分比)。
12．如权利要求1的方法，其中在清洗溶液中所述过乙酸的用量为大约0.003～0.02％(重量百分比)。
13．如权利要求2的方法，其中在清洗溶液中有机酸的用量为大约0.2～30％(重量百分比)。
14．如权利要求2的方法，其中在清洗溶液中有机酸的用量为大约1～10％(重量百分比)。
15．如权利要求3的方法，其中在清洗溶液中无机酸的用量为大约0.001～大约20％(重量百分比)。
16．如权利要求3的方法，其中在清洗溶液中无机酸的用量为大约0.01～大约10％(重量百分比)。
17．如权利要求1的方法，其中该清洗溶液还包括至少一种表面活性剂。
18．如权利要求17的方法，其中的表面活性剂包括阴离子、阳离子、非离子和两性表面活性剂。
19．如权利要求17的方法，其中在清洗溶液中表面活性剂的用量为大约0.001～10％(重量百分比)。
20．如权利要求17的方法，其中在清洗溶液中表面活性剂的用量为大约0.01～1％(重量百分比)。
21．如权利要求1的方法，其中该清洗溶液还包括至少一种乙二醇醚。
22．如权利要求21的方法，其中所述乙二醇醚选自二甘醇醚、乙二醇单丁醚、丙二醇单丁醚、二甘醇单乙醚、乙二醇单乙醚、二甘醇单己醚、丙氧基丙醇、乙二醇单己醚、二甘醇单甲醚、丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚和三丙二醇甲醚。
23如权利要求21的方法，其中在清洗溶液中乙二醇醚的用量为大约0.1～大约30％(重量百分比)。
全文摘要
本发明涉及一种在湿压毡毯和成型网上去除和防止污染物积累的方法,该方法使用了含至少一种酸性清洗化合物和过乙酸的清洗溶液。
文档编号C11D7/60GK1313918SQ99810029
公开日2001年9月19日 申请日期1999年6月18日 优先权日1998年7月28日
发明者O·小奥尼尔 申请人:纳尔科化学公司