专利名称：废纸净化的制作方法
技术领域：
本发明涉及废纸(二次纤维)的净化。更具体地，本发明涉及，以回收为的目的，通过向废纸的纸浆中引入增稠剂和凝集剂，然后让纸浆经过一种离心净化装置，清洁受非击打式墨迹污染和/或粘着物污染的二次纤维。
废纸，也称为二次纤维，长期在造纸中起纤维原料的作用。废纸总是含有一或多种污染物，它们包括墨、染料、荧光增白剂、和“粘着物”(粘性的污染包括胶合剂、装订胶材、塑料膜、涂料、蜡等等)。分选的废纸去掉了这些污染的纸张的大多数，表现为一种昂贵等级的废纸。许多种类的纸制品中不断增长地利用二次纤维使之需要造纸业加工低等级的废纸(即未分选的废纸)。尽管造纸业中采用了各种方法去除污染，以使这些二次纤维能够掺入到纯纸浆中，这样的低等级配料与高等级废纸相比差异更大，并且显著地含有更多的污染物。常规的处理方法不适于掺入大比例的未分选废纸。
现行的加工回收的纤维的方法可以分为重新造浆(将纤维脱水并从纤维中部分地去掉墨/污染物)、粗选和精选(按大小形状把纤维与污染物分开)、离心净化(基于相对于纤维密度差的分离)、浮选(通过把分开的墨迹/污染优先地吸收到气泡中进行分离)、洗涤(通过相对纤维的水流从纤维分离小的夹杂颗粒)，和分散(通过机械作用降低墨迹/污染的尺寸)。这些工艺都有从纤维分离颗粒的理想的颗粒尺寸范围。根据对脱墨纸浆的特定洗涤度要求，采取这些工艺的多数或者全部去覆盖人们一般遇到的颗粒尺寸范围。洗涤和浮选工艺两者都依赖于正确地使用表面活化剂。根据与表面活化剂分子的亲水成分与疏水成分的相对强度和尺寸，表面活化剂会聚集在墨迹和其它的污染颗粒周围，使这些颗粒为了洗涤而更加亲水，或为了浮选而更加疏水。洗涤活化剂和浮选活化剂的相反特性可以在浮选/洗涤的结合系统中造成问题。
对于特定的废纸污染物公开了一些特定的去污美国专利5,211,809公开了在利用过氧化物、臭氧结合的氧，和/或具有受控pH值的亚硫酸氢盐的处理过程中，用非氯基的漂白剂从二次纸浆中去除染料的颜色。
美国专利5,213,661提出利用氧气降低次级纸浆中的粘着物的粘性，并且供选择地，用氧的同时用碱和/或脱粘剂以提供最佳的粘性控制。美国专利5,080,759提出在含有二次纤维的造纸工艺的水系统中加入水溶性有机钛化合物，以降低粘性污物的粘性和胶性。
还有，日本专利申请公开号HEI 3-199477提出一种回收含荧光增白纸或者彩色纸或者两种纸的废纸的方法，此方法是通过在所述废纸的分散纸浆中加入臭氧进行的。
污染(墨迹/粘着物)去除方略的效果通常由TAPPI尘埃度(以量化更大的污斑)、亮度读数、和图象分析等结合确定。图象分析包括对手抄纸或者纸张表面的成像，然后用计算机把此图象数字化。通过规定准确表示一个颗粒所覆盖的最低象素数来设定分辨率。分析的输出是纸样表面的可分辨尺寸上污染颗粒的总面积。颗粒可见性限度约为40微米。书写印刷等级标准限度小于5ppm。
尽管例如颜料、增白剂、粘着物等废纸污染在回收中表现出实际的问题，但最常见的去污问题还是去墨迹。印刷墨迹被广义地分为击打式墨迹和非击打式墨迹。
击打式墨迹用于活版印刷、苯胺印刷和平版印刷等常规印刷工艺。这些墨迹是压在或涂覆在纸张上而没有与纸张融合在一起。它们通常含有悬浮在油基的碱性含水介质中的颜料。造纸业已经成功地用洗涤和/或浮选型系统对含有击打印刷墨的纸张脱墨许多年了。
还有美国专利4,381,969提出通过在含有双氧水之类过氧化物的碱性水溶液中把废纸重新制浆，来漂白含有墨迹之类的包胶成分(encapsulated constituents)的废纸。
其它的公开脱墨方法的专利有美国专利4,013,505，“打印废纸的脱墨方法”；美国专利4,076,578，“从废纸中脱墨”；美国专利4,147,616，“从打印废纸中脱墨的装置”；美国专利4,780,719，“由未经选择的打印废纸制造纸浆的方法”；美国专利5,151,155，“用有机改进的蒙脱石粘土对废纸脱墨的工艺”；美国专利5,221,433，“用含有OH组和烯化氧的羟基酸的烷氧基产品去除废纸中的墨迹”；美国专利5,225,046，“废纸脱墨工艺”；美国专利5,227,0`9，“废纸脱墨工艺”；美国专利5,228,953，“用聚乙二醇和磷脂混合物从废纸中脱墨”；美国专利5,238,538“通过施加直流电场对循环纤维脱墨的方法”。
但是，诸如光电翻印(如静电印刷)和激光打印之类的电子翻印技术印刷过的纸张产生的二次纤维的数量在日益增加。这些印刷方法采用非击打式墨迹。非击打式墨迹含有一种颜料和一种热塑树脂。该树脂是用于把颜料融合到纸张和其它的颜料颗粒中的粘接剂。非击打式墨迹中使用的颜料可以分为铁基或非铁基(即碳基)两种。树脂聚合物变成交叉链接的并且耐化学和机械作用，使非击打印刷的纸张难于用常规的脱墨工艺脱墨。色料墨粒一旦脱离纤维就易变成大于可以通过浮选或者洗涤处理，同时对于用净化器和筛选去除又过小的尺寸。
已经公开了专门用于脱除电子翻印式墨迹的方法美国专利4,276,118，“静电拷贝废纸的脱墨”；美国专利4,561,933，“静电印刷脱墨”；美国专利5,141,598，“干色料静电打印废纸脱墨的工艺和成分”；美国专利5,217,573，“从循环纸中去除激光打印墨和静电印刷墨”。
常规的脱墨工艺要求高的能量输入并且应用辅料或者溶剂帮助去除电子翻印(非击打)型墨迹。在脱墨时一般伴有大量的纤维流失。为了把这类纸经济地回收成高等级的洁净的纸，需要一种方法在脱墨的同时保留纤维。可惜，当用于去除非击打式墨迹时，公知的工艺具有以下的共同缺点—纤维损失大(20至25％)—固体废料高—高资金成本(由于大的设备要求)—低脱墨效率回收的非击打印刷纸的融合的静电印刷墨和激光墨的聚合特性使这种纸张难于用常规的洗涤和浮选方法脱墨，这种特性是在重新造浆时，脱离的激光墨颗粒中的大部分将大于0.000150毫米(150微米)，因而不能有效地通过洗涤系统和浮选系统去除。各个颗粒的形状一般为扁平和盘状的，密度稍小于水，因而离心净化也不非常有效。除了相对尺寸较小外，其形状也造成在筛选和净化器中去除的困难(只有较大的颗粒才能有效的过筛)。尽管分散(通过细化)可以降低墨粒的尺寸以通过洗涤提供更加有效的脱墨，但这种细化是高能耗的，并且它加重了在造纸机器上使用回收纤维所本来固有的排放问题。
对此问题已经用了一种化学的方法化学地改变激光墨以使之能够用标准的前向净化装置除掉。此工艺把颗粒从盘状改变成球状，并且球的密度已经增加到1.0至稍高于1.0g/cc的范围。形状的改变和密度的增加使得能够对用常规的前向净化装置去除这些墨加以改进。这个化学的方法的缺点是脱墨的效率在95-97％的范围，大量的较小颗粒躲过了化学密度化(densification)和脱除。
公布于1996年6月18日的，也为本申请人拥有的美国专利5,572,462提出一种克服常规的电子翻印墨脱墨方法中的上述缺点的新颖的方法。专利权人提出在再造纸浆中加磁和凝集剂，从而可以用磁性去除非铁基墨，也可以去除铁基墨。然而工业磁铁并非多数纸厂的标准设备，从而更理想的墨污去除方法应当是依赖于传统的纸厂设备的方法。
尽管静电印刷墨之类的废纸污染表现为回收中的现实问题，但是由于粘着物的非磁性以及它们与击打印刷墨及非击打式墨迹(不管是磁性的还是非磁性的)两者比较具有不同的化学和物理特性(例如高粘性)，因此粘着物表现了独特的问题。在纸张回收中，粘性污染物，例如热融胶，乳胶、压敏胶，和蜡对造纸厂商造成很大的问题。当表现为不可接受的数量时，粘着物可以对造纸机运转和产品质量两个方面都造成问题。这个问题最近已经由在先技术提及。
公布于1997年6月17日的，也为本申请人拥有的美国专利5,563,364，专利发明人提出一种通过引入磁场和凝集剂以利用磁性来去除粘着物的方法，让纸浆通过一个磁场，促使去除凝集的磁性粘着物颗粒。同样，这个方案也要求附加的非标准纸厂设备。
本申请的目的是提出一种新颖的净化工艺，应用于含有墨污，不论是铁基的还是非铁基的，或者含有粘着污染物，或者两者皆有之的废纸配料。本发明的另一个目的是提供一种仅依赖于常规设备的脱墨工艺。特别地，本发明的一个目的是提供一种离心净化工艺，它改进了去除非击打式墨迹或者粘着物，或去除二者的效率。
本发明的目的是通过以下步骤实现的把废纸重新造浆，废纸包括印有非击打墨的纸，例如印有磁性的或非磁性的墨，或印有粘着物，或同时印有所述两种污染物的复印纸张；向纸浆中添加一种增密剂，例如硅石或者磁铁矿，和一种凝集剂，以提供密度提高了的凝集的墨颗粒(或者凝集的粘着物颗粒或者两者兼有)；然后让经过处理的、造浆了的废纸通过离心净化装置。在混合的办公废纸中几乎总是存在的击打墨也将被去除，因为它们会附着在粘着物上或者附着在非击打式墨迹的树脂成分上，并成为凝集的颗粒的一部分。重新造浆的废纸的增密剂/凝集处理和离心净化可以单独地实行，也可以作为常规的去除电子翻印的纸张的墨和/或粘着物的工艺的附加处理实行。所述常规的工艺是例如，通过磁性脱墨(增密剂是磁铁矿时)、筛选、浮选、离心净化、洗涤和沉积和/或沉淀分取。
图1是一种市售的一个向前通道(one-forward-pass)的再造浆废纸的净化系统。
图2是图1系统的一种修改，以模拟一种两通道前向净化系统。
图3是本发明的净化系统的最优选实施例，提供预处理过的再造纸浆经前向净化装置的多重通道。
通过向纸浆中添加一种增密剂，例如细硅土(砂)或者金属颗粒材料，例如磁铁矿，另外还添加一种凝集剂，然后让处理过的纸浆通过一种离心净化装置，促进了从回收的废纸浆去除污染，此处污染包括墨或者粘着物或者两种皆有之。本发明的工艺导致在凝集了的墨颗粒(甚至更小的颗粒)中掺入增密剂，从而墨/增密剂颗粒(或者粘着物/增密剂颗粒)凝集起来(对比那些单独的凝集墨颗粒或者粘着物颗粒)，因此凝集的颗粒密度足以能够在处理过的废纸浆通过离心净化装置时显著促进污染的去除。增密剂优选地具有大于1.0g/cc的密度，更优选地可具有大于2.0g/cc的密度。
尽管同时向纸浆中加入增密剂和凝集剂导致增密剂掺入到墨/增密剂颗粒凝集颗粒中(或者粘着物/增密剂颗粒凝集颗粒中)，通过随后向纸浆中分别加入增密剂和凝集剂，这种现象可能进一步加强。但是对于达到这种包胶(encapsulation)现象的关键是，不要在加入增密剂之前加入凝集剂。这会导致早的凝集形成，从而后添加的任何增密剂仅仅“覆盖”在凝集了的颗粒上，而且阻碍任何进一步的凝集，从而限制了凝集颗粒的尺寸并且破坏了在旋涡净化装置中去除污染的目的。
美国专利5,340,439公开了一种使用旋涡净化装置中去除“纸张的色料、墨及类似物”的工艺，该方法包括(1)在控制的pH值和温度下，用水把印刷过的纸造成稠度为1-20％的纸浆，(2)加凝集剂，(3)把纸浆捣浆5至90分钟，(3)加滑石粉，和(4)使用旋涡净化装置通过筛选去除凝集的墨颗粒。这个工艺效率的一个明显的局限在于，在加入作为增密剂的滑石粉之前加入凝集剂的时间很长。该专利权人提出将滑石粉涂覆在凝集的颗粒上。尽管这样会增加颗粒密度，但添加的次序可以严重地限制颗粒的尺寸，而颗粒的尺寸在使用旋涡净化装置筛选去除污染时是重要的考虑因素。而本发明要求同时加入增密剂和凝集剂，或者先加入增密剂然后加入凝集剂，这使得增密剂能够粘附到含有墨颗粒的树脂上，或者粘附到粘着物颗粒上，从而一旦添加凝集剂后，如上形成的颗粒包围在凝集了的墨/增密剂颗粒内，或包围在凝集了的粘着物/增密剂颗粒内。从而，颗粒的增密剂成分不会因“涂覆”而防碍进一步的凝集，或防碍其它的颗粒形成或尺寸增加。
由于离心分离是物理的而不是化学的工艺，并且只有颗粒材料才能适于它，因此最有效的脱墨应当涉及一种预处理，以从再造纤维中分离任何融合或者粘连上的污染。本发明使用添加增密剂/凝集剂，然后让处理纸浆通过离心净化装置，使得能够达到一致的高效去除废非击打印刷的纸张中的粘着物/墨，这种纸张含有粘着物，以及碳基和/或铁基含量不等的静电印刷墨和激光墨。馈送到离心净化装置的任何固体颗粒都要受到四个力离心力、浮力、拉力和升力。除了背离指向离心净化装置中心的离心力之外，其它的三个力都是指向离心净化装置机身中心的。典型地，远离中心运动的颗粒被丢弃或拒绝，而朝向中心运动的颗粒却被收集而作为成品。因此相对于其它的三个力增加离心力将增进颗粒的去除。
在纸浆工业中，纸浆的稠度(在水中)一般被描述为高(＞18％)，中(7-18％)，或者低(＜7％)。尽管本发明可以工作在高，中和低稠度，但是凝集的颗粒从纸浆中去除的通道在中稠度下很少被阻滞，而在低稠度中受的阻滞最少。因此，本发明所涉及的工艺优选地工作在中等纸浆稠度并且最优选地工作在低等纸浆稠度。
以下各例说明了这种处理并且提供了向废纸纸浆中添加增密剂和凝集剂的估算。这些例子用于表述的目的，不应当构成对于本发明的限制。
例1为了保证达到类似的墨去除以进行密度比较，含有大量的静电印刷和激光墨(约70％铁基)的回收的纸在10％的稠度、10.5的pH值和65℃下在水中浆化15分钟。以(I)凝集化学药剂(以模拟常规的方法)或(II)凝集的化学药剂和磁铁矿(试验)对纸浆(烘干重量为100克)预处理，后者在不列颠粉碎机(British disintegrator)中在约70℃温度下以6％的稠度混合约30分钟。为了便于收集密度研究用的去除物，把预处理的纸浆进一步稀释然后用永久磁铁脱墨。滞留在永久磁铁上的墨由每个预处理条件收集，并在真空和无水五氧化磷中干燥。用比重瓶法测量密度(用矿物油作参照液)。密度结果见表I。
表I预处理处理条件 凝集剂％ 磁铁矿％ 苛性剂％后凝集颗粒密度g/ccI0.500.5 1.1II 0.50.25 0.5 1.4上面的数据表明受到基于磁铁矿的预处理的颗粒较只用凝集剂预处理的颗粒具有显著高的密度。这样，添加磁铁矿增加了凝集的墨颗粒密度约30％。改进离心净化不仅是使大或者中等的凝集颗粒对离心作用更加响应的结果，而且还导致在净化装置中收集较小的颗粒，这些较小的颗粒没有增加其密度，不然的话是不会受到离心力的作用而被分离和去除掉的。
例2在商业上进行了本发明改进的净化工艺，以确定脱墨效果。这是通过用改造现有的第四级前向净化装置以模拟前向净化的第二通道完成的。图1是现行的一前向净化通道净化器系统，图2是对它加以改装以模拟二通道净化系统。这此图的标号表示是如何构成流经净化器的流体，使得第四级前向净化装置从现有的初级前向净化器(第一级)成品中分得纸浆支流，该成品中通常含有稠度为0.5％的纸浆。
这个模拟的，磁铁矿/凝集剂预处理、两通道前向净化系统的脱墨效果通过含有激光墨的分类白色帐薄纸(SWL)进行了分析。把四吨成批的SWL加水打浆，并在13％稠度和70℃下用0.125％的磁铁矿、0.5％的凝集剂(Betz231)和0.5％的苛性剂对SWL进行预处理。得到的再浆化/预处理纸浆被泵入一个接收器然后在粗筛中稀释到2％，在浮选池稀释到1％(用BetzRP A-248浮选剂处理)，然后在前向净化的两个通道中脱墨时稀释到0.5％。所用的脱墨系统示意图见图3。有些批次的处理没有用前向净化的第二通道。脱墨样品制成TAPPI手抄纸，并且对亮度和残留的墨进行检测。报告的墨含量(用Optomax V图象分析仪进行分析)基于直径大于0.000080毫米(80微米)的墨粒的面积。脱墨结果在表II。
表II前向净化器通道 净化器稠度％墨量，ppma脱墨率进料 成品 ％b第一0.5 278 28 90第二0.5 280100a墨量基于直径0.000080+毫米(80+微米)的墨粒面积，b脱墨率基于进料和成品墨量的差除以进料墨量。
经第一和第二通道前向净化器的脱墨效率分别为90％和100％。在第一净化器中墨量从278减少到28ppm。第二净化器中墨量减少到零。
例3为了显示通过本方法得到的去除粘着物的改进，把含有1％或者2％的各种“粘性物”污染的纸浆重新打浆。在向纸浆中单独施加凝集剂时(即没有增密剂时)，凝集后的颗粒密度是1.0或者1.0以下。但是，在向纸浆中施加凝集剂和磁铁矿时，结果凝集的颗粒密度大于1.0，如表III所示。
表III粘性物类型 ％配料中的粘性物 处理温度(℃)密度g/ccPSA2 60 1.2-1.25HMS1 80 1.1NSA-B 1 60 1.1NSA-D 1 75 1.1凝集剂＝0.500/0-0.75％；聚合物/磁铁矿混合物＝0.5％PSA＝压敏胶
HMS＝热融物NSA＝国产淀粉胶由于粘着物-磁铁矿附着而产生的上述密度增加将使凝集的颗粒受到相对较高的离心力，从而得到在离心净化装置中除污的改善。本申请人认为其发明的主题为(1)一种被由非击打式墨迹和粘着物组成的组中的一种物质污染的废纸的脱墨工艺，含有步骤(a)把废纸重新打浆成纸浆；(b)同时用增密剂和凝集剂处理纸浆；和(c)让处理过的纸浆通过一个圆锥净化装置；(2)如主题(1)所述的工艺，其中，在步骤(b)中，增密剂在凝集剂之前添加；(3)如主题(1)所述的工艺，其中，增密剂和凝集剂的添加是在环境温度或者更高的温度下，以低于18％的稠度，和中性到碱性的pH值进行的；(4)如主题(2)所述的工艺，其中，增密剂和凝集剂的添加是在环境温度或者更高的温度下，以低于18％的稠度，和中性到碱性的pH值进行的；(5)如主题(3)所述的工艺，其中，纸浆的稠度低于7％；(6)如主题(4)所述的工艺，其中，纸浆的稠度低于7％；(7)如主题(5)所述的工艺，其中，增密剂表现的密度高于1.0g/cc(8)如主题(6)所述的工艺，其中，增密剂表现的密度高于1.0g/cc(9)如主题(7)所述的工艺，其中，增密剂选自由金属颗粒材料和硅土组成的组；(10)如主题(8)所述的工艺，其中，增密剂选自由金属颗粒材料和硅土组成的组；(11)如主题(9)所述的工艺，其中，金属颗粒材料是磁铁矿；(12)如主题(11)所述的工艺，其中，金属颗粒材料是磁铁矿；(13)如主题(12)所述的工艺，其中，磁铁矿和凝集剂的添加是在约25℃到约65℃的温度下，约7到约11.0的pH值，并且以0.3至2.0％的稠度进行的；(14)如主题(12)所述的工艺，其中，磁铁矿和凝集剂的添加是在约25℃到约65℃的温度下，约7到约11.0的pH值，并且以0.3至2.0％的稠度进行的；(15)如主题(1)所述的工艺，其中，进一步含有选自筛选、浮选、离心净化、洗涤和沉积/沉淀的附加纸浆处理步骤；(16)如主题(2)所述的工艺，其中，进一步含有选自筛选、浮选、离心净化、洗涤和沉积/沉淀的附加纸浆处理步骤。
(17)如主题(15)所述的工艺，其中，附加纸浆处理步骤是浮选；(18)如主题(16)所述的工艺，其中，附加纸浆处理步骤是浮选；(19)如主题(17)所述的工艺，其中，浮选步骤发生在步骤(2)之前；(20)如主题(18)所述的工艺，其中，浮选步骤发生在步骤(2)之前；(21)如主题(19)所述的工艺，其中，步骤(2)处理的纸浆产品在步骤(B)中经过圆锥净化装置的多个通道；(22)如主题(20)所述的工艺，其中，步骤(2)处理的纸浆产品在步骤(3)中经过圆锥净化装置的多个通道；(23)如主题(9)所述的工艺，其中，含有一个把纸浆置于磁场下的附加的纸浆处理步骤；(24)如主题(10)所述的工艺，其中，含有一个把纸浆置于磁场下的附加的纸浆处理步骤。
领域内的一般技术人员会理解，本发明还涉及可以以其它的特定形式实施而不偏离其精神或者基本属性，因此应当参照所属书而不是上述说明指示本发明范围。
权利要求
1.一种脱墨工艺，用于从被非击打式印刷墨和粘着物污染的废纸中去除墨和粘着物，该工艺包含以下步骤a.把废纸重新打浆以形成纸浆；b.顺序地向纸浆加入浓度大于2.0g/cc的增密剂，然后加入凝集剂以形成经处理的纸浆；以及c.让所述经处理的纸浆通过一个圆锥净化装置，所述非击打式墨迹和粘着物在此装置中被从废纸中去除，其中，增密剂是聚合物/磁铁矿的混合物。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，增密剂和凝集剂的添加是在环境温度或者更高的温度下，以低于18％的稠度，和中性到碱性的pH值进行的。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，纸浆的稠度低于7％。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，聚合物/磁铁矿混合物和凝集剂的添加是在约25℃到约65℃的温度下，约7.0到约11.0的pH值，并且以0.3至2.0％的纸浆稠度进行的。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，该工艺还包括一个选自于由筛选、浮选、离心净化、洗涤和沉积/沉淀所组成的群组或其结合的附加纸浆处理步骤。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述附加纸浆处理步骤是浮选。
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述浮选步骤发生在步骤b之前。
8.根据权利要求7的所述工艺，其特征在于，经处理的纸浆在步骤c中经过圆锥净化装置的多个通道。
9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，该工艺包括一个把经处理的纸浆置于磁场下的附加纸浆处理步骤。
全文摘要
公开了一种改进了的从含有非击打式墨迹和粘着物的废纸上去除它们的工艺,它通过:把废纸重新打浆成纸浆,用增密剂和凝集剂处理纸浆,和让处理过的纸浆通过一个圆锥净化装置。增密剂和凝集剂的添加可以是同时进行的也可以是增密剂在凝集剂之前添加,并且优选地,是在环境温度或者更高的温度下,中性到碱性的pH值进行,以一个稠度(18%)进行的。增密剂和凝集剂的添加后接着让处理了的纸浆产品通过一个圆锥净化装置。
文档编号D21C5/02GK1360107SQ0013588
公开日2002年7月24日 申请日期2000年12月19日 优先权日2000年12月19日
发明者尼庞·马尔瓦 申请人:韦斯特瓦科公司