专利名称：废纸再循环的方法、由其获得的产品及其用途的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种使源自高质量纸的废纸再循环的方法。本发明还描述了通过所述方法获得的产品，以及所述产品的不同用途。
背景技术：
现今由于越来越多地选择性收集纸和纸板，废纸问题在城市和工业化地区变得越来越重要。尽管现在大量的所述废纸已被再循环。许多所述废纸返回至纸或纸板循环，但是所述废纸中很大部分包括明显含量的添加剂、油墨、胶、抗湿树脂等，使得再循环过程非常昂贵并且在许多情况下从环境角度看不是可持续的。该类废物或残留物必须送至垃圾场，从而造成公司的环境和经济问题。该问题尤其存在于印刷和图形设计公司，因为它们会出于环境和经济原因而尽力避免产生废物或副产品。一般而言，一个趋势是降低送至垃圾场和/或焚化炉的纸的量。由于这些原因，纸和纸板的再循环得到了共同促进。通过回收和再循环已经使用过的纸，纤维素的寿命可以延长并且可以避免原纤消耗。印刷和图形设计公司使用不同范围的纸和油墨。一些副产品或废物已经有已知的处理方法，并且其再循环是该行业中产品寿命周期中正常过程的一部分。然而，有一些纸不包括在该已知的再循环处理中。所述纸为具有高添加剂含量的高质量纸。高质量印刷过程不能回收废纸主要是由于油墨和添加剂的存在使得再制浆和再循环成为一个非常困难的过程。至今，该类纸制备中产生的所有废物必须作为垃圾丢弃处理，因此除涉及高成本外还成为污染源，并造成物料和能量的大量损失。另外，生产高质量印刷和书写纸的公司不能使用再循环纸主要是由于使用再循环过程中的纸浆会造成最终产品的质量损失。解决该问题的一个方法为移除添加剂和油墨。有许多文献公开了去油墨方法(见例 如US2009165967 ；US2007158039 Separation of ink particles from wastepaper by fine-bubbles.El-ShalI H. , Moudgil B. M. , El-Midany A.KONA (2005),23,122-128 ；W02005124016A1；US2005098278 ；W02004011717 The role of particlesize on the deposition efficiency of ink on plastic spheres. AZZAMMohammed 0.J.,MOUSA Hasan, AL-MAQRAEI Abduljalil A.Colloids and SurfacesA:PhysicochemicalandEngineering Aspects (2003)，230(1-3)，207-216 ；US2003106654 ；Coagulation using kerosene for magnetic deinking of waste office paper. OkiTatsuya, Owada Shuji, Yotsumoto Hiroki, Tanuma Hirokazu, Takeuchi Yuu. MaterialsTransactions (2003), 44 (2), 320-326 ；W02002012618);但是其中大部分使用甚至会造成更高环境污染的化学产品。在一些其他情况下，移除这些添加剂后还会加入其他产品，这导致耗时间的工作并且消耗物料和能量，从而成为一种低成效的方法。另一个实例为文件W000/15899，该文件公开了去油墨和使印刷的纸脱色的方法，所述方法包括(a)使印刷的纸成浆以获得纸浆，以及(b)稀释纸浆，但是其中染料用一种或多种漆酶在氧存在下以及任选地一种或多种化学介质存在下而脱色。再循环技术再循环技术已被证明对于报纸和纸板的纸是有效的。这些产品由含有低含量填充剂的纸制成并且再成浆容易进行。因此，对于具有高含量填充剂的产品而言再成浆过程更难。在现有的从使用过的高质量纸获得纸浆的方法中，总是存在回收纤维的抗性损失、总纤维产量的损失和从纸中移除添加剂和油墨的问题。还存在另外的必须将原浆加入至再循环的纸浆中以在最终产品中获得可接受的抗性的问题。这使该方法和产品更昂贵。有时，机械方法例如浮选和絮凝用于移除使用过的纸张中的非纤维素添加剂，例如树脂、塑料、聚合物、清漆、涂料、预上墨制剂和后上墨制剂或其他非纤维素产品。一般而言，添加剂在纤维分离步骤中从纤维中移除。将使用过的纸在碱性条件下在50-60°C下在制浆器中处理以获得良好的纤维分离以及可制浆的糊剂。另一个方法为在冷条件下进行该步骤，使纸衆增稠直至稠度(consistence)高于15%,用蒸汽将其加热至60°C并且然后引入脱墨剂和漂白剂。然后纸浆在浸溃塔中在机械搅拌下停留2或3小时。该方法的首要问题是在加热处理中，低于其熔点的所有物质保持分散在纸浆中并且不能再被移除，从而导致后续在造纸机中的问题，使过滤器、格栅、阀门和传导器机械堵塞。发现的第二个问题是这些脱墨技术对于大部分现代油墨而言是低效率的。现在的油墨使用具有抗湿性的树脂作为纤维上的固定载体，并且用这些方法，油墨不能从纸表面分离并且甚至对其的粘附并未减弱。第三个问题为脱墨方法的温度不能增加，因为在碱性介质中在高温下对纤维素纤维的延展处理使纸浆具有微黄色，特别是当木头片保留在纸中时。本发明人之一之前公开了一种方法(ES2241408B1)，用于使在凹版印刷上用抗湿油墨印刷的废纸再循环。然而，提及的方法使用非常酸性的PH并且在过程中存在大量的废弃物，并且显著降低了纤维素纤维的长度，因此降低了再循环的材料的断裂强度。本发明公开的新的方法克服了提及的缺点并且另外允许获得具有改进的特性的产品，所述特性例如耐火、隔热和隔声、防水特性、尺寸稳定性、低密度、高机械抗性、如木头般坚硬但是能够模塑，并且可再循环。因此，本发明的首要目的是使源自高质量纸(印刷纸)的废纸再循环的一种优化的生物方法。本发明的第二目的是可以由第一个目的的生物方法获得的产品。该“生态”材料在其生产或使用中对环境没有影响。另外，这种方法给予在大城市中积累的数以吨计的废纸和纸板以附加值。本发明的材料与可以被替代的非生态材料具有相当的特性，优点为其为一种天然材料。另外，该材料制备方法没有负面影响，因为其不产生残留物并且所有使用的残留物组分在过程自身中循环。如上所提及，本产品具有改进的特性例如耐火、隔热和隔声、防水特性、尺寸稳定性、低密度、高机械抗性、如木头般坚硬但是能够模塑，并且可再循环。本发明的另一个目的为第二目的的产品作为建筑材料、生态-包装材料以及作为生态-装饰材料的用途。
凰！表示本发明的使源自高质量纸的废纸再循环的生物技术方法(I)废纸进料⑵制浆器(3)第一稀释容器(4)搅拌器(5)第二稀释容器(6)真空过滤器(7)压制过程(8)干燥加热器 (9)水滤液收集器(10)最终产品图2示出了在应力-应变(stress-strain)曲线图中对拉伸强度的不同定义Ml示出了拉伸强度样品的尺寸图4示出了压制样品的尺寸S5示出了着火测试后的材料样品的照片图6示出了样品Ml和M2在不同频率下测得的规范化计权声压(normalizedweighted acoustic pressure)。Ml示出了样品M3和M4在不同频率下测得的规范化计权声压。示出了样品在不同频率下^声系数的增加。
发明内容
本发明涉及使源自高质量纸的废纸再循环的一种生物方法，所述方法包括以下步骤a)制备纸浆；b)用水稀释a)中获得的成浆的材料；c)酶法处理纸浆；d)加入无机盐和胶；e)用水稀释d)中获得的材料；f)真空过滤；任选地压制；和g)干燥特别地，所述高质量纸为印刷纸。本发明还涉及由上述方法获得的产品。本发明进一步涉及产品的不同用途例如建筑材料、生态-包装材料和生态-装饰材料。
具体实施例方式本发明涉及使源自高质量纸的废纸再循环的方法，所述方法包括以下步骤
a)制备纸浆，其中将废纸与水引入制浆机，稠度为15至20% ；b)将a)中获得的成浆的材料用再循环水稀释直至稠度为5至10% ；其特征在于还包括以下步骤c)酶法处理b)中获得的稀释的成浆材料；d)将一种或多种无机盐和一种或多种胶添加至处理步骤c)中获得的材料中；e)将d)中获得的材料用水稀释直至稠度为I至3% ；f)真空过滤e)中获得的材料并任选地压制；g)干燥f)中获得的过滤的材料；其中在步骤f)过滤后，存在一个将残留的水悬浮液反馈至进行步骤b)和e)的容器中的步骤。 术语“残留物”和“废弃物”在本发明中当其意指无用的或无益的材料时可以替换使用。术语“稠度”在本发明中是指干的原材料(通常为残留物)在溶剂(通常为水)中的百分比。除非另作说明，术语“废纸”总是指源自高质量印刷纸的废纸。本文中的“废纸”结构上应理解为具有纤维素基(例如纸纤维素、棉花、稻草等)的天然聚合物。在一个更优选的实施方案中，该废纸具有灰分(15%至40%)和纤维素纤维(60%至85%)，所述纤维素纤维包括短纤维硬木(70%至80%)和长纤维针叶树(20%至30%)。本文中源自“高质量纸”的废纸应理解为是指在纸和纸板行业中不能再制浆也不能再循环的废纸，例如股版纸或闻质量凹版印刷、具有闻浓度防水树脂和抗水油墨的杂志纸。步骤a本发明的步骤a)在制浆器(2)中通过加入通常为纸张大小的废纸(I)进行，使得在自来水中的稠度为15至20%。该步骤a)可以在酶的存在下在室温或保持温度在25至40°C之间进行，酶的存在使得过程更快并且改善纤维分离。pH应该保持为5至9，优选约7。在一个优选的实施方案中,所述酶为水解酶。步骤b)在步骤b)中，将已经成浆的材料引入容器(3)中用水稀释。该水的90%为从收集器(9)再循环的水，10%为自来水，以补偿蒸发，从而使得材料稠度为10至5%。步骤c)将步骤b)中获得的混合物引入具有机械搅拌的容器(4)中。在那里将纸浆用酶(相对于干物质-DM-为0. 05%-1%)处理。控制温度(在25-50° C之间)并且控制pH (在6至9之间)以最优地进行酶反应。在一个优选的实施方案中,所述的酶为氧化还原酶和漆酶。步骤d)半小时至一小时后，将无机盐(优选地铝盐并且更优选地硫酸铝)和一种或多种天然胶(其包括天然树脂酸，例如松香酸或其与甘油的酯或其钠盐，或其季铵盐)以相对于DM为I至5%的量加入。在该步骤中，pH优选保持在pH7并且温度在25至50°C之间。步骤c)的酶和步骤d)的添加剂的浓度将会决定机械性能的变化。
步骤e)然后将步骤d)获得的混合物引入至第二容器(5)中用水稀释，其中所述水为从收集器(9)再循环的水。所述稀释可获得在PH6-9且温度为25-40° C时稠度为I至3%，优选约1%的材料。步骤f)将步骤e)中获得的产品在模具￠)中真空过滤。水滤液收集在容器(9)中并重新引入工艺过程中，即容器⑶和(5)中。任选地，从过滤器(6)获得的固体产品在压机(7)中压制以获得更结实的材料。步骤g)将步骤f)中获得的产品从模具中移出，然后引入至强制通风干燥加热器(8)中，在150°C保持数分钟。然后以1° C/分钟梯度降温至80°C并保持60至120分钟(取决于材料的形状和设计)以使最终产品(10)脱水和固化。本发明还涉及通过本发明方法获得的产品。所述产品(其为纤维素材料)通过以下测试表征-空气渗透率-吸水性(Cobb3tl方法)
-通过浸溃和变形测得的吸水性-吸湿膨胀性-冲击隔声-空气噪音隔声-着火性能-密度-拉伸强度-压缩强度-弯曲强度对于每个测试简要说明如下。空气渗诱率测定空气渗透率根据UNE标准57-066-86测定。所述方法测定每增加压力和时间单位通过一个表面单位的空气的平均体积。以Um/(Pa s)表示并且如下计算
权利要求
1.使源自高质量纸的废纸再循环的方法，所述方法包括以下步骤a)制备纸浆，其中将废纸与水引入制浆机，稠度为15至20%；b)将a)中获得的成浆的材料用再循环水稀释直至稠度为5至10%；其特征在于还包括以下步骤c)酶法处理b)中获得的稀释的成浆材料；d)将一种或多种无机盐和一种或多种胶添加至处理步骤c)中获得的材料中；e)将d)中获得的材料用水稀释直至稠度为I至3%；f)真空过滤e)中获得的材料并任选地压制；g)干燥f)中获得的过滤的材料；其中在步骤f)过滤后，存在一个将残留的水悬浮液反馈至进行步骤b)和e)的容器中的步骤。
2.权利要求1的方法，其中步骤a)通过另外加入水解酶而进行。
3.上述权利要求中任一项的方法，其中步骤a
4.上述权利要求中任一项的方法,其中步骤c
5.上述权利要求中任一项的方法,其中步骤c
6.上述权利要求中任一项的方法,其中步骤d
7.上述权利要求中任一项的方法，其中步骤d
8.上述权利要求中任一项的方法，其中步骤e的温度为25至40°C并且pH为5至9。的pH为6至9。的酶法通过氧化还原酶和漆酶进行。使用的无机盐为硫酸铝。中使用的胶包括树脂酸或其盐或其酯。结束时材料的稠度为I至3%。的温度为25至40°C并且pH为6至9。
9.上述权利要求中任一项的方法，其中步骤
10.纤维素材料，其特征在于当材料未压制时密度低于O.500g/cm3,当材料压制时密度等于或高于O. 700g/cm3但低于1，当材料压制时弯曲强度高于30Mpa，并且根据UNE标准23-721-90其着火性能相当于材料Ml。
11.权利要求10的材料的用途，作为建筑材料。
12.权利要求10的材料的用途，作为生态-包装材料。
13.权利要求10的材料的用途，作为生态-装饰材料。
全文摘要
本发明涉及使源自高质量纸的废纸再循环的一种生物方法，所述方法包括以下步骤a)制备纸浆；b)用水稀释a)中获得的成浆的材料；c)酶法处理纸浆；d)加入无机盐和胶；e)用水稀释d)中获得的材料；f)真空过滤；任选地压制；和g)干燥。特别地，所述的高质量纸为印刷纸。本发明还涉及通过上述方法获得的产品。本发明进一步涉及产品的不同用途，例如作为建筑材料、生态-包装材料和生态-装饰材料。
文档编号D21C5/00GK103038415SQ201180034383
公开日2013年4月10日 申请日期2011年5月16日 优先权日2010年5月14日
发明者M·卡拉斐蒙福特 申请人:加泰罗尼亚理工大学