专利名称：改性无机颗粒在脱墨中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及印刷废纸的脱墨方法。更具体地，本发明涉及使用疏水改性无机基材作为油墨采集体以在脱墨过程中产生高质量和高产率的脱墨纸浆(deinked pulp)。相关的专利分类号可包括162 (造纸和纤维分离)、510 (用于固体表面的清洁组合物、其辅助组合物、或制备该组合物的方法)、106 (组合物:涂料或塑料)和/或210 (液体提纯或分离)。
背景技术：
造纸工业近几十年来已经实践了废纸回收以再生造纸中可用的纤维素纤维。在这些方法中，使用合适的脱墨组合物从废纸浆中去除油墨。通过控制脱墨过程，再生工厂能够影响纸的特性，例如亮度，并能够改善用于造纸的纤维素纤维的可用性。脱墨由一系列复杂的化学和物理工序组成。这些工序包括但不限于油墨脱离、油墨分散、油墨采集、油墨转移以及从废纸浆去除油墨。在回收操作中，上述各微工序对表面和界面都有不同的要求，使废纸得以高效地和有效地脱墨并产生高质量纸。通常，应用两种不同的方法分离油墨和与油墨相关的实体，以便在再浆化后产生脱墨纤维。这两种方法是浮选法脱墨(flotation deinking)和洗漆法脱墨(washdeinking)。通常，方法包括浮选法和洗涤法脱墨这两者，并可以称为组合脱墨方法。对于洗涤法、浮选法和组合脱墨方法，成功脱墨背后所需的化学和物理要求不同。更具体地，浮选/洗涤组合脱墨是指如下脱墨方法，其中，在纸浆经过洗涤阶段之前由脱墨组合物释放的油墨首先经过回收工序中的浮选装置或浮选机使与纤维素纤维分离。或者，洗涤/浮选组合脱墨是指如下脱墨方法，其中，在纸浆经过浮选阶段之前由脱墨组合物释放的油墨首先经过回收工序中的洗涤装置使与纤维素纤维分离。另一方面，洗涤法脱墨是指如下脱墨方法，其中，由脱墨组合物释放的油墨在洗涤阶段与纤维素纤维分离。浮选法与洗涤法从根本上不同。此区别部分在于油墨尺寸和疏水性对于有利的分离是重要的。去除油墨的浮选法一般涉及使气泡经过含有分散的纤维素纤维的水性体系，该纤维素纤维往往通过再浆化方法产生。在所得的再浆化纤维素纤维浆中含有在再浆化之前、期间或之后加入的添加剂。当气泡在纤维浆中升起并由此带有油墨颗粒时，它们产生富含油墨的泡沫，该油墨随后在浮选机中被去除。通常有利于浮选脱墨体系的泡沫量是能够通过撇沫、倾析或其它方式控制的量，且该量传递高浓度的油墨，同时使其它固体(例如废弃的纤维)的量最小化。浮选法脱墨通常使用与洗涤法不同的表面活性剂，因为对浮选法脱墨有利的表面性质和油墨颗粒尺寸与洗涤法脱墨所需的不同。可以用于浮选脱墨方法的传统的非离子表面活性剂的例子包括，脂肪醇、烷基酚、脂肪酸和链烷醇酰胺的烯化氧加合物。这些非离子表面活性剂脱墨剂可以单独使用，或彼此组合使用，还可以掺合非烷氧基化脂肪酸和非烷氧基化脂肪醇。浮选法脱墨传统上依赖于高PH纸浆液使得以从纤维去除油墨并促进打浆机漂白添加剂的有效利用。洗涤法脱墨通常要求细分散的油墨。油墨和纤维在整个浆液中均匀分布，尽管形成泡沫或气泡，然而形成泡沫或气泡都不是特别需要的。洗涤法的目的是将油墨从纤维中释放到水性介质中，然后将纤维与水性介质分离。因此，洗涤方法包括使油墨去除水性介质中的次级纤维的再浆化(优选在低泡沫条件下进行)，由此理想地机械地和/或化学地从纤维中去除油墨(和其它非纤维素污染物，如果存在的话)。再浆化步骤通常在稀释和/或筛选之后进行。本领域技术人员已知一些在洗涤法脱墨中能成功改变界面特性的表面活性齐U。然而，这些表面活性剂也将油墨改性为利于洗涤性为利于洗涤方法的亲水分散状态。洗涤和浮选方法均依赖于表面活性剂的适当应用。依赖于表面活性剂分子的亲水和疏水部分的相对贡献和特征，表面活性剂与油墨的相互作用将随着油墨颗粒为洗涤目的而呈现亲水性或为浮选而呈现更疏水性而改变。洗涤表面活性剂和浮选表面活性剂的相反性质可导致组合脱墨体系的不足。用于洗涤的脱墨机理与用于浮选的完全不同，因此它们需要使用具有不同特性的脱墨组合物。典型地，在特定的脱墨体系中使用起源于浮选或起源于洗涤的脱墨化学。在各个方法的某阶段，脱墨的、再浆化的废纸一般经过一系列的细微清除器和/或筛，藉此去除小颗粒污染物(例如沙和粗砂)。可能需要附加的处理阶段，例如分散，以减少任何污染物的粒径，或者使用特别的清除器去除特定的污染物的特别清除阶段。传统脱墨中涉及的化学常常涉及在再浆化机中加入苛性钠使提高pH，使经常高于9且有时高于10。然而，提高的pH经常导致废纸供料变黄和变暗，特别是在废纸含有磨木浆或机械浆的情况下。为了消除该不理想的变暗效果，通常加入漂白添加剂以提高纸浆的洁白度和亮度。随后将脱墨的废纸保持在储器中，直到其最终被供料给造纸机。表面活性剂类脱墨助剂，特别是非离子表面活性剂，可以优异的油墨分离剂。一些非离子表面活性剂有助于油墨采集。然而，如果选择不当，这些添加剂实际上可以阻碍含有浮选的方法中的油墨采集。已知传统的脂肪酸皂在碱性体系(pH高于9)中是有效的油墨采集体，尽管这些皂被证实会降低油墨分离特征并导致方法的后续阶段中的沉淀问题。由于相对低的脱墨采集效率和各种脱墨助剂的高成本，许多造纸工厂已经从技术上和/或经济上被促使开发新的脱墨程序。用于改善脱墨性能的一个解决方案是通过使用脂肪酸皂和非离子表面活性剂的掺合物而实现的。经常发现这些掺合物在废纸浆液脱墨中具有优异的性能。这些掺合物经常导致脂肪酸皂的较低消耗，并可用于在技术上和/或经济上被促使使用更少或不使用皂的工厂。Rheox Inc.在一系列专利中，描述了在废纸脱墨中使用阳离子物质对各种粘土进行改性。参见，例如，美国专利第 5，151，155,5, 389, 200,5, 336, 372,5, 759, 938,5, 696, 292和5，634，969号。这些专利主要致力于使用含有大量硅物质的改性的蒙脱石。作者报导了在将改性粘土引入到脱墨体系之前，通过使四级(quaternary)物种吸附到蒙脱石表面对这些蒙脱石进行改性。
然而，改善采集效率的策略依赖于脱墨化学以外的因素。具体地，回收的纸原料的类型和印刷方法对采集效率有很大的影响。在含有旧报纸(“0ΝΡ”)的体系中，脱墨化学对确定采集效率和最终的油墨去除和最后的脱墨纸浆质量是有决定性的。目前需要更有效的和更经济的方法以在废纸脱墨过程中采集油墨。目前也需要能够产生具有优异亮度和低有效残余油墨浓度(effectiveresidualink concentration, “ERIC”)的纸衆的方法。目前还需要能够在浮选/洗涤组合以及洗涤脱墨方法中改善最终纸浆质量和纸浆产率的方法。目前还需要在减少的碱性和/或中性条件下改善油墨采集和去除。发明概述本发明提供印刷废纸的脱墨方法，其在传统碱性、减少的碱性、及真正中性脱墨条件下改善油墨采集效率。本发明改善的油墨采集能够产生高质量和/或产率的脱墨纸浆，该脱墨纸浆具有优异的亮度和ERIC值。本发明包括含有油墨和纸浆的印刷废纸的脱墨方法，该方法包括如下步骤:在打浆机中将印刷废纸转化为水性浆液；使所述水性浆液与无机基材接触；使所述水性浆液与包括非离子表面活性剂、脂肪酸或它们的混合物的脱墨组合物接触；从水性浆液中分离所述油墨；以及从水性浆液中回收脱墨纸浆；其中所述脱墨组合物任选在与所述水性浆液接触之前与所述无机基材混合。本发明进一步包括制备脱墨添加剂的方法，该方法包括提供大约I至大约40重量份的粉末、团块和浆液形式的碳酸钙；提供大约I重量份的包括非离子表面活性剂、脂肪酸、或它们的混合物的脱墨组合物；以及将所述碳酸钙与所述脱墨组合物混合以获得所述脱墨添加剂。在考虑以下详细描述之后，本发明的这些和其它特征和优势对于本领域技术人员来说将变得显而易见，以下详细描述说明了本发明的优选和替代实施方式。发明详述本发明提供印刷废纸的脱墨方法。本发明进一步提供一种脱墨组合物，其包括在传统碱性、减少的碱性、及真正中性脱墨条件下进行脱墨期间用于改善采集效率的疏水改性的无机颗粒(modified inorganic particle, “MIP”)。所提供的脱墨组合物包括疏水MIP、非离子表面活性剂和脂肪酸或其它混合物。本文使用的术语“烷基”，除非另外指明，包括饱和的直链、支链或环状的一级、二级或三级烃，例如C I至C20或C6至C20，特别包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、环戊基、异戊基、新戊基、己基、异己基、环己基、环己基甲基、3-甲基戊基、2，2-二甲基丁基和2，3-二甲基丁基。烷基基团还可以包括三癸基。烷基基团可以不被取代或任选被一个或多个选自如下组成中的基团取代:羟基、羧基、甲酰氨基、烷氧羰基、酰基、氣基、烧基氣基、芳基氣基、烧氧基、芳氧基、硝基、氰1基、横酸、硫酸酷(盐)、勝酸、憐酸脂(盐)、或膦酸酯(盐)，其为非保护的，或在需要时如本领域技术人员所知的，例如如Greene等人在“Protective Groups in Organic Synthesis (有机合成中的保护基团)”，JohnWiley and Sons，第二版，1991中所教导的进行保护，在此引入以供参考。
在本文中，当使用术语C (烷基范围)时，该术语独立地包括该类别的每个成员，如同具体地和分别地列出一样。作为非限制性例子，术语“Cl至C20”独立地代表落在该范围内的每个物种，包括但不限于，甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、戊基、异戊基、新戊基、环戊基、环戊基、己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、3-乙基丁基、4-乙基丁基、环己基、庚基、1-甲基己基、2-甲基己基、3-甲基己基、4-甲基己基、5-甲基己基、6-甲基己基、1-乙基戊基、2-乙基戊基、3-乙基戍基、4-乙基戍基、5-乙基5-乙基戍基、1_丙基丁基、2-丙基丁基、3-丙基丁基、4-丙基丁基、环庚基、辛基、1-甲基庚基、2-甲基庚基、3-甲基庚基、4-甲基庚基、5-甲基庚基、6-甲基庚基、7-甲基庚基、1-乙基己基、2-乙基己基、3-乙基己基、4-乙基己基、5-乙基己基、6_乙基己基、1-丙基戍基、2_丙基戍基、3_丙基戍基、4_丙基戍基、5_丙基戍基、环羊基、壬基、环壬基或环癸基。本文使用的术语“HLB”是指分子的“亲水-亲脂平衡”。HLB数值一般落在1_40范围内，而最经常使用的材料的值为I和20之间。HLB数值随着亲水性增加而增加。HLB体系是用于预测分子结构将提供何种类型的表面活性剂性质的半经验方法(sem1-empiricalmethod)。HLB体系是基于一些分子具有亲水基团、其它分子具有亲脂基团、而一些则具有这两者的原理。可以根据 Griffin WC !“Classification of Surface-Active Agentsby ‘HLB’(根据 ‘HLB’ 的表面活性剂的分类)”，Journal of the Society ofCosmeticChemists I (1949):311 ；和 Griffin WC !“Calculation of HLBValues of NonionicSurfactants(非离子表面活性剂的HLB值的计算)”,Journal of the Society of CosmeticChemists 5(1954):259计算出表面活性剂的HLB。本文使用的术语“脂肪酸”是指如下组合物，其包括分子量相同的脂肪酸，或具有分散分子量的脂肪酸的混合物。本文使用的术语“脂肪醇”是指如下组合物，其包括分子量相同的脂肪醇，或具有分散分子量的脂肪醇的混合物。本文使用的术语“#/t”是指每吨水性浆液中存在的干燥固体的磅数。一吨等于2000 膀。本文使用的术语“印刷废纸”或“废纸”是指报纸、杂志、电话簿、印刷广告材料、激光打印材料、计算机纸、法律文件、库存图书(bookstock)、瓦榜纸箱或它们的混合物。本文使用的术语“有效残余油墨浓度(“ERIC”)”是指残余油墨的效果或残余油墨的总体加深效果的量度值。ERIC值越低，纤维上残余的油墨量越低。因此，较低的ERIC值表示脱墨性能增加。ERIC值传统上应用于工厂、研究机构和产品研发机构，其有助于测定纸张上的油墨保持力(ink retention)。本文使用的术语“混合物”是指不能由化学式表示的物质的非均相混合。其成分可以均匀分散或不均匀分散。本文使用的术语“混合”是指通过机械搅动使混合物的液体、半固体或固体成分均勻分散。本文使用的术语“掺合物”是指混合后各部份之间彼此不能区分的混合物。本文使用的术语“氧乙撑”、“氧化乙烯”或“E0”是指与氧连接的乙基或-O-CH2CH2-.
本文使用的术语“氧丙撑”、“氧化丙稀”或“PO”是指与氧连接的丙基或-O-CH2CH(CH3)'本文使用的术语“重量百分比”或“wt.%”是指未处理的MIP的干重除以溶液(未处理的MIP +水)的总重，并乘以100。在下面的详细说明中，详细说明优选的实施方式以实现本发明。尽管本发明参考这些特定的优选实施方式进行说明，可以理解本发明并不限于这些优选的实施方式。恰恰相反地，本发明包括多种替换、修改和等效物，它们在考虑下述详细说明后将是显而易见的。讨论本发明提供印刷废纸浆的脱墨方法，其产生亮度和ERIC值优异的高质量和/或高产率的脱墨纸浆。该脱墨方法可以用于广泛范围的回收印刷废纸和处理条件。本发明进一步提供脱墨组合物，其典型地包括疏水-MIP、非离子表面活性剂和脂肪酸或它们的混合物。本发明提供的脱墨组合物在不同pH、水硬度水平和温度下比传统的脱墨组合物具有加强的油墨分离。本发明包括含有油墨和纸浆的印刷废纸的脱墨方法，其包括如下步骤:在打浆机中将印刷废纸转化为水性浆液；使所述水性浆液与无机基材接触；使所述水性浆液与包括非离子表面活性剂、脂肪酸或它们的混合物的脱墨组合物接触；从水性浆液中分离所述油墨；以及从水性浆液中回收脱墨纸浆；其中所述脱墨组合物任选在与所述水性浆液接触之前与所述无机基材混合。本发明的脱墨方法通常通过在本领域公知为“打浆机”或“再浆化槽”的的容器中，在脱墨组合物的存在下，将印刷废纸材料打浆而进行。打浆通常在特定的一组条件(包括温度、PH和水硬度)下进行。本发明包括印刷废纸的脱墨方法，其包括在打浆机中将印刷废纸转化为水性浆液的步骤。该转化步骤在大约25°C至大约85°C的温度范围内发生。在本发明的一个优选的实施方式中，转化步骤在大约30°C至大约75°C的温度范围内发生。更优选地，转化步骤在大约40°C至大约60°C的温度范围内发生。在本发明的另一个优选实施方式中，水性浆液包括大约5重量％至大约35重量％的印刷废纸浆。更优选地，水性浆液包括大约5重量％至大约25重量％的印刷废纸浆。这经常称作“浆化稠度(pulpingconsistency)” -此术语在造纸工业中用于描述纸衆纤维的水性衆液的浓度(w/v)。水性浆液可进一步包括苛性碱或纯碱、非离子表面活性剂、螯合剂、过氧化物、或硅酸盐、脂肪酸、或它们的混合物。优选地，氢氧化钠或纯碱的浓度范围是大约O磅/吨脱墨印刷废纸至大约40磅/吨脱墨印刷废纸。另选地地或此外，非离子表面活性剂和/或脂肪酸的浓度范围是大约0.5磅/吨脱墨印刷废纸至大约20磅/吨脱墨的印刷废纸。在本发明另一个优选的实施方式中，螯合剂的浓度范围是大约O磅/吨脱墨印刷废纸至大约6磅/吨脱墨的印刷废纸。在本发明的又一个优选的实施方式中，过氧化物的浓度范围是大约O磅/吨脱墨印刷废纸至大约40磅/吨脱墨的印刷废纸。在本发明又一个优选的实施方式中，硅酸盐的浓度范围是大约O磅/吨脱墨印刷废纸至大约45磅/吨脱墨的印刷废纸。在打浆步骤之后，可以使浆化的水性浆液进行清洁、筛选和洗涤程序，由此将油墨和其它污染物从纤维素纤维流中分离出来。脱墨的纸浆也可以随后在被送至造纸机之前增稠和漂白至目标亮度，在造纸机中，可以加入添加物，例如强度助剂(strength aids)、助滤剂和/或施胶剂。一般地，制备满足某些规格的纸，包括亮度、计数(count)、强度、尺寸(拒水性)和/或水吸收水平。本发明进一步包括印刷废纸的脱墨方法，其包括将水性浆液与无机基材或颗粒接触。本发明的疏水MIP在传统碱性、减少的碱性、及真正中性脱墨条件下的脱墨过程中，改善采集效率。更优选地，疏水MIP包括碳酸括碳酸钙。对于本发明，选择无机类的碳酸钙作为潜在的疏水MIP基材的非限制性代表。可使用的无机颗粒实际上包括在脱墨条件下基本不溶的任何无机盐。因此，对于无机颗粒合适的阳离子元素包括，例如，钙、镁、锂、钡、铝、锌、铜、钛、锰、锶和铁。当存在于金属上的酸性质子能够与无机碱反应时，可形成示例性盐。可接受的无机碱包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化铝和氢氧化钙。示例性盐还包括用例如盐酸、氢溴酸、硫酸、硝酸和磷酸等无机酸形成的酸加成盐。因此，无机颗粒的阴离子组分可以选自碳酸根、氧化物、草酸根、过氧化物、氢氧化物、氢化物、硼酸根、硝酸根、磷酸根、硅酸根、硫酸根、碳酸根、高氯酸根、铝酸根、硫化物和乙酸根离子等等。无机颗粒的关键条件在于其在脱墨浴中保留在颗粒状态下的能力。因此，颗粒必须在进行脱墨的经典条件下具有极小或不具有溶解性。在特别的实施方式中，当在前述任何或全部条件下测量时，无机颗粒在水中的溶解度小于IOwt.%、5wt.%、lwt.%或者甚至
0.1wt.%，所述条件是:(i) 25°C和 7.5pH, (ii) 50。。和 7.5pH, (iii) 75。。和 7.5pH, (iv)
25。。和 8.5pH, (V) 50。。和 8.5pH, (vi) 75。。和 8.5pH, (vii) 25°C和 9.5pH, (viii) 50°C和
9.5pH,以及(ix) 75。。和 9.5pH。在本发明的一个实施方式中，无机颗粒是包括沉淀结晶碳酸钙的碳酸钙。在本发明的一个优选实施方式中，碳酸I丐包括具有偏三角面体形态(scalenohedral morphology)的沉淀碳酸钙(“PCC”)。在本发明的另一个实施方式中，碳酸钙包括磨碎的碳酸钙。在本发明的又一个实施方式中，碳酸钙或无机颗粒以粉末、团块或水性浆液形式提供。更优选地，在基本不存在任何分散剂的情况下提供碳酸钙或无机颗粒。在一个实施方式中，无机颗粒不是含有硅的材料。尽管一些硅可以存在于无机颗粒中，该颗粒基于娃的重量(基于元素计算)优选包括不超过15wt.%、10wt.%、5wt.%或lwt%的硅。在本发明的一个实施方式中，碳酸钙或无机颗粒包括平均颗粒直径为大约0.1微米(μ m)至大约50.0微米(μ m)的颗粒。在本发明的一个优选的实施方式中，碳酸钙或无机颗粒包括平均颗粒直径为大约0.2微米(μ m)至大约3.0微米(μ m)的颗粒。在本发明的一个实施方式中，碳酸钙或无机颗粒剂量是大约I磅/吨脱墨的印刷废纸至大约75磅/吨脱墨的印刷废纸。在本发明的一个优选实施方式中，碳酸钙或无机颗粒剂量是大约5磅/吨脱墨的印刷废纸至大约40磅/吨脱墨的印刷废纸。更优选地，碳酸钙或无机颗粒剂量是大约10磅/吨脱墨的印刷废纸至大约30磅/吨脱墨的印刷废纸。本发明进一步包括废纸脱墨的方法，其包括使印刷废纸浆与脱墨组合物(下面讨论)接触的步骤。在本发明的一个优选的实施方式中，该接触步骤在大约I分钟至大约120分钟的期间发生。更优选地，该接触步骤在大约4分钟至大约90分钟的期间发生。在本发明的多个实施方式中，印刷废纸浆在大约6.5至大约11.5的pH下、大约8.8至大约11.5的pH下、大约7.2至大约9.0的pH下、或大约6.8至大约7.8的pH下，与脱墨组合物接触。在本发明的一个优选的实施方式中，在传统碱性脱墨条件下，接触步骤的pH范围是大约9.0至大约11.0。在本发明的一个优选的实施方式中，在减少的碱性脱墨条件下，接触步骤的PH范围是大约7.5至大约8.8。在本发明的一个优选的实施方式中，在真正中性脱墨条件下，接触步骤的PH范围是大约6.8至大约7.5。在本发明的另一个优选的实施方式中，水性浆液在接触步骤后包括少于I磅/吨印刷废纸的分散剂。更优选地，水性浆液在接触步骤后不含有任何分散剂。所得的印刷废纸浆可以被用于制造具有优异亮度和ERIC值的纸。本发明包括印刷废纸的脱墨方法，其进一步包括将水性浆液与包括非离子表面活性剂、脂肪酸、或它们的混合物的脱墨组合物接触。除了本发明的脱墨组合物，可以向打浆机加入其它化学品，例如氢氧化钠或纯碱，以控制打浆机中组合物的pH。也可以加入碱金属磷酸盐和硅酸盐以改变打浆机中组合物的性质。本发明包括废纸的脱墨方法，其包括含有脂肪酸的脱墨组合物。脂肪酸可以具有不同的饱和度，其由0-300之间的碘值和双键不饱和度(ethylenic unsaturation)表示。优选的碘值大于零。优选的双键不饱和度为大约I至大约5。在本发明的另一个实施方式中，脂肪酸是饱和的。脂肪酸具有长度为大约C6至大约C22的碳链，且优选大约C14至大约C18，且可选自月桂酸、油酸、硬脂酸、妥尔油脂肪酸、动物油脂肪酸、植物油脂肪酸、棕榈油脂肪酸、椰子油脂肪酸及它们的混合物。脂肪酸优选来自棕榈油、妥尔油、蔬菜油或动物油。本发明包括废纸的脱墨方法，其包括含有非离子或阴离子表面活性剂的脱墨组合物。本发明的非离子或阴离子表面活性剂可以通过以下方式潜在影响脱墨效率:(I)提高印刷油墨从纤维素纤维的释放，(2)稳定水相中释放出的油墨以防止它们沉积回纤维上，和
(3)使稳定的油墨从纤维上分离。因此，本发明的脱墨组合物中使用的非离子表面活性剂对于所得的纸产品具有良好的影响——与使用传统的脱墨表面活性剂的传统的脱墨组合物相比，纸亮度增加和ERIC值降低。在本发明的一个优选的实施方式中，非离子表面活性剂可以包括乙氧基化烃或烷氧基化烃。在本发明的一个实施方式中，非离子表面活性剂包括烷氧基化烃。优选地，非离子表面活性剂包括大约I至大约100摩尔烧氧基化(alkoxylation)的烧氧基化烃。更优选地，非离子表面活性剂包括大约5至大约50摩尔烷氧基化的烷氧基化烃。在本发明的一个优选的实施方式中，非离子表面活性剂包括烷氧基化的脂肪酸、脂肪醇或蓖麻油。在另一个实施方式中，非离子表面活性剂包括乙氧基化的第一表面活性剂以及乙氧基化和丙氧基化的第二表面活性剂，其中在第二表面活性剂中的丙氧基化和乙氧基化是随机的或嵌段的。当醇要进行随机乙氧基化和丙氧基化时，氧化乙烯和氧化丙稀的所需量可以一起加入到醇混合物中。或者，当醇要进行包括嵌段乙氧基化和丙氧基化时，氧化乙烯和氧化丙稀之一的所需量首先加入到醇混合物中并使其与醇反应，然后再加入另一个烯化氧。乙氧基化烃与丙氧基化烃或/乙氧基化烃的比例范围是大约100:0至大约0:100。优选地，乙氧基化烃与丙氧基化烃或/乙氧基化烃的比例范围是大约3:0至大约0:3。这些烷氧基化物的疏水基(hydrophobe)长度可以根据脂肪醇是否为支链或直链而改变。在本发明的一个优选的实施方式中，非离子表面活性剂包括含有C6-C18疏水基的支链乙氧基化脂肪醇，或含有C10-C22疏水基的直链乙氧基化脂肪醇。更优选地，非离子表面活性剂包括乙氧基化烃和烷氧基化烃。乙氧基化烃与烷氧基化烃的比例范围是大比例范围是大约0:100至大约100:0。优选地，乙氧基化烃与烷氧基化烃的比例范围是大约1:3至大约3:1。在另一个实施方式中，非离子表面活性剂可以包括烷氧基化的脂肪酸、脂肪醇或蓖麻油。可以是各种脂肪酸的混合物的烷氧基化脂肪酸的量可以为大约Iwt.%至大约99wt.%,优选大约15wt.%至大约85wt.%。烧氧基化脂肪醇可以大约Iwt.%至大约99wt.%,优选大约15wt.%至大约55wt.%。掺合物中的其它表面活性剂可以包括脂肪酸、脂肪醇、和/或油，其一种或多种可以被烷氧基化且总量可以为大约lwt.%至大约50wt.%。水或其它稀释剂可以加入至上述组合中以获得100%重量的制剂，水或其它稀释剂优选的量为大约Owt.%至大约25wt.%。在此情况下，浮选添加剂是任选的，且如果使用，可以含有大约Iwt.%至大约99wt.%的阳离子聚合物,优选范围是大约5wt.%至大约50wt.%。掺合物还可以含有大约Iwt.%至大约99wt.%的表面活性剂混合物,且与适量的水一起构成IOOwt.%。非离子表面活性剂的非限定性实例包括醚型、醚酯型、酯型、含氮型、多羟基醇、氨基醇和聚乙二醇。非离子表面活性剂的特定非限定性实例包括聚氧乙烯加合物，例如烷基聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯、聚氧丙稀醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸聚氧乙烯山梨聚糖酯、脂肪酸聚氧乙烯山梨醇酯、聚氧乙烯蓖麻油和烷基聚氧乙烯胺和酰胺；多羟基醇和羟基酰胺，例如脂肪酸山梨聚糖酯、脂肪酸聚甘油酯和脂肪酸蔗糖酯；硅氧烷类表面活性剂，例如聚醚改性的、烷基芳烷基聚醚改性的、环氧聚醚改性的、醇改性的、氟改性的、氨基改性的、巯基改性的、环氧基改性的、或烯丙基改性的硅氧烷类表面活性剂；和氟类表面活性剂，例如全氟烷基环氧乙烷加合物。以上示例性的非离子表面活性剂可以组合使用。此外，本发明的组合物优选“不含NPE”，即不含壬基酚乙氧基化物。优选地，脱墨组合物含有至少一种脂肪酸和至少一种非离子表面活性剂。更优选地，脱墨组合物含有至少一种脂肪酸和至少两种非离子表面活性剂。非离子表面活性剂和脂肪酸以如下优选的重量比存在:大约1:5至1:5至大约5: 1、大约1:3至大约3: 1、或大约1:2至大约2:1。脱墨方法使用包括大约5至大约75wt.%的非离子表面活性剂和大约5至大约95wt.%的脂肪酸的脱墨组合物。优选地，脱墨组合物包括大约10至大约65wt.%的非离子表面活性剂和大约10至大约90wt.%的脂肪酸。更优选地，脱墨组合物包括大约15至大约55wt.%的非离子表面活性剂和大约15至大约85wt.%的脂肪酸。脂肪酸和/或非离子表面活性剂脱墨组合物掺合物典型地以大约2磅/吨脱墨印刷废纸至大约30磅/吨脱墨印刷废纸的量提供、或以大约5磅/吨脱的印刷废纸至大约20磅/吨脱墨的印刷废纸的量提供。疏水MIP、脂肪酸和非离子表面活性剂或它们的混合物，可以分别地加入到打浆机中，或者在将混合物加入到打浆机之前混合在一起。优选地，疏水MIP、脂肪酸和非离子表面活性剂、或它们的混合物，在加入到打浆机之前混合。无机颗粒与脱墨组合物的比例可以为大约1:2至大约40:1。优选地，无机颗粒与脱墨组合物的比例为大约1:1至大约15:1。更优选地，疏水MIP与脱墨组合物的比例为大约1:1至大约10:1。
尽管脂肪酸和非离子表面活性剂通常用作添加剂来使印刷废纸脱墨，已经出乎意料地发现当脱墨组合物含有特定比例的脂肪酸和非离子表面活性剂的混合物时，疏水MIP在浮选和洗漆脱墨法中提供协同的和非附加(non-additive)的优势。意外地,还发现疏水MIP、脂肪酸和非离子表面活性剂、或它们的混合物、脱墨组合物能够在传统碱性(pH为大约9.0至大约11.0)、减少的碱性(pH为大约7.5至大约8.8)、或真正中性(pH为大约6.8至大约7.5)的脱墨条件下，从印刷废纸中去除油墨。因此，本发明的脱墨组合物实质上可减少造纸过程中脱墨期间或脱墨后与PH调节有关的成本和劳动成本，并减少或消除与传统碱性脱墨有关的有害效应，例如碱性变黄或变暗。此外，本发明的脱墨组合物出乎意料地产生提高了亮度和明显降低了 ERIC值的纸浆。本发明提供在接触步骤前任选地与无机基材混合的脱墨组合物。本发明进一步提供在打浆机中发生的接触步骤。本发明进一步包括废纸脱墨的方法，其包括在水性浆液中从印刷废纸纸浆分离油墨的步骤。使用不同方法分离油墨和与油墨相关的实体，以便在再浆化后产生脱墨纤维，所述不同方法为浮选法、洗涤/浮选组合、浮选/洗涤组合和洗涤法脱墨。本发明进一步包括废纸脱墨的方法，其包括从水性浆液中回收脱墨纸浆的步骤。该回收步骤包括浮选步骤、洗涤步骤、或它们的组合。本发明的一个优选的实施方式包括浮选步骤。浮选步骤包括一种脱墨添加剂，其包括大约I至大约40重量份的粉末、团块或浆液形式的碳酸钙；大约I重量份的包括非离子表面活性剂、脂肪酸或它们的混合物的脱墨组合物；并将碳酸钙和脱墨组合物混合以获得浮选脱墨添加剂。印刷废纸包括报纸、杂志、电话簿、印刷广告材料、激光打印材料、计算机纸、法律文件、库存图书、瓦楞纸箱、粘性污染物或它们的混合物。印刷废纸包括大约20重量％至大约100重量％的报纸。在本发明的一个优选的实施方式中，印刷废纸包括大约50重量％至大约100重量％的报纸。更优选地，印刷废纸包括大约80重量％至大约100重量％的报纸。在另一个实施方式中，印刷废纸包括高达大约80重量％的杂志。优选地，印刷废纸包括高达大约50重量％的杂志。更优选地，印刷废纸包括高达大约20重量％的杂志。用于生产这些材料的纸纤维可以是化学打浆的材料，例如牛皮纸浆，或可以是机械生产的纸浆，例如磨木浆，或它们的混合物。该废纸也可以含有胶粘剂或粘性污染物。经常在废纸中找到的胶粘剂或粘性污染物包括压敏胶带(例如丙烯酸接触胶粘剂)、聚酯热熔融胶粘带、接缝粘合物(seam binding)、标签、贴花纸、邮票(stamp)和粘着剂(例如标贴(bumper sticker))。这些胶粘剂在造纸领域里经常称作“胶粘物(stickies)”。胶粘物是合成的聚合有机材料的不同混合物。在打浆过程中，由于所应用的机械和热能，胶粘物从二级纤维中释放出来。胶粘物在水中不能良好地分散，并且如果带入回收的纤维，它们将最后成为纸张上的“脏点”或粘到金属丝、毛布(felt)、或其它造纸设备上，这样需要将这些设备关闭以通过溶剂洗涤技术将胶粘物去除。去除或减少胶粘物污染的其它化学或非化学方法是本领域公知的。通过使用本发明的实施方式可以促进这些实体的去除。体的去除。印刷工业使用的油墨制剂典型地包括水基油墨、油基油墨、包装油墨(packagingink)、柔印油墨(flexo ink)、喷墨油墨、颜料基喷墨油墨、热喷墨油墨或压电喷墨油墨。然而，这些油墨制剂变得越来越复杂，且涉及日益增长地使用多种合成树脂和聚合物。此外，每年使用增加量的静电复印纸，且回收增加量的冲击式废纸(impact waste paper)和非冲击式废纸(即，喷墨和激光打印计算机纸)。这些纸与报纸和杂志一起，构成回收废纸的主要来源。此外，多色打印和多色广告在近几年中变得越来越重要，这些广告使用极为多样的新油墨制剂——其中许多加入非典型的颜料、染料和调色剂。在一个优选的实施方式中，印刷废纸包括水基油墨、油基油墨、包装油墨、柔印水性油墨、嗔墨油墨、颜料基嗔墨油墨、热嗔墨油墨、或压电喷墨油墨。在替代的实施方式中，印刷废纸包括亲水性油墨。在另一个实施方式中，本发明提供制备脱墨添加剂的方法，其包括提供大约I至大约40重量份的粉末、团块或浆液形式的碳酸钙；提供大约I重量份的包括非离子表面活性剂、脂肪酸或它们的混合物的脱墨组合物；和将所述碳酸钙与所述脱墨组合物混合以获得所述脱墨添加剂。以下将通过非限制性的实施例进一步说明本发明，这些实施例证明本发明的实施方式。根据本公开内容，本领域的技术人员应该理解可能有许多其它实施方式而不偏离本发明的内容。
实施例在以下实施例中，报纸和杂志接收自不同地理位置和工厂。在这个广泛的研究中使用了许多不同的废纸来源。在每次改变待处理废纸(furnishchange)前将实验过程和测试的详细情况记录在一览表中。这些一览表包括旧报纸/旧杂志(“0NP/0MG”)的比例。通过引入750克总干重的特定0NP/0MG比例的报纸和杂志，形成19%打浆稠度进行打浆。在规定的温度和硬度下进行打浆。打浆在Hobart上设定#3处进行——其对应于大约8kWh/吨的能量密度，打浆时间为5分钟。该能量密度对于典型的商业使用的鼓式打浆机具代表性。在开始打打浆之前，加入标准的碱性脱墨组分。这些组分包括硅酸盐(50%)、过氧化物(100%)和苛性碱(50%)。减少的碱性和中性脱墨的条件如下所述。使用D25Voith浮选机(flotation cell)根据实验参数表中对每种待处理废纸进行浮选。从供料(feed stock)到浮选接收(accept for flotation)制备三份亮度垫(brightness pad) (4克)。记录ERIC和亮度结果以及废弃物体积(reject volume)和质量。首先使用来自工厂人员的工序将所有脂肪酸制备成皂。每个标准工序还进行超洗(hyperwash)οPCC在水中从20%的固体稀释至10%的固体，倒入50%脂肪酸在异丙基醇中的溶液，该浆液在Waring搅拌机中在相对低的剪切下振荡或混合。在均为过度酸性的磷酸酯的情况下，该酯与25%的异丙基醇混合，并使用氢氧化钠将pH调节为大约7。早先曾尝试使用未中和的脂肪酸磷酸酯，结果当PCC溶解在酸性溶液时，出现明显的起泡和发泡。
权利要求
1.印刷废纸的脱墨方法，所述印刷废纸包含油墨和纸浆，所述方法包括以下步骤: a)在打浆机中将印刷废纸转化为水性浆液； b)使所述水性浆液与预混合的脱墨添加剂接触，所述预混合的脱墨添加剂包含水分散疏水改性无机颗粒，所述水分散疏水改性无机颗粒包含混合碳酸钙的接触产物，其中所述碳酸钙与脱墨组合物以大约1:1至大约40:1的比例混合，其中所述脱墨组合物包含脂肪酸和非离子表面活性剂； c)从水性浆液中分离所述油墨；以及 d)从水性浆液中回收脱墨纸浆。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述碳酸钙包括沉淀的碳酸钙。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述碳酸钙包括磨碎的碳酸钙。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述碳酸钙包括平均颗粒直径为大约0.1微米至大约10微米的颗粒。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述碳酸钙作为水性浆液提供。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述碳酸钙在基本不存在任何分散剂的情况下提供。
7.如权利要 求1所述的方法，其中所述脂肪酸具有长度为大约6至大约22的碳链。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述脂肪酸是饱和脂肪酸。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述脂肪酸包括I至5的双键不饱和度。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述脂肪酸衍生自棕榈油、妥尔油、蔬菜油或动物油。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述非离子表面活性剂包括烷氧基化脂肪酸或蓖麻油。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述非离子表面活性剂包括丙氧基化烃和乙氧基化烃。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述非离子表面活性剂包括乙氧氧基化烃。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述非离子表面活性剂包括乙氧基化的第一非离子表面活性剂以及乙氧基化和丙氧基化的第二非离子表面活性剂。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述碳酸钙基于所述印刷废纸的重量，以大约I磅/吨至大约75磅/吨的量提供。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述碳酸钙基于所述印刷废纸的重量，以大约5磅/吨至大约40磅/吨的量提供。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述回收步骤(d)包括浮选步骤、洗涤步骤或它们的组合。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述水性浆液进一步包括以下的一种或多种: a)每吨印刷废纸大约O至大约40磅的苛性碱或纯碱； b)每吨印刷废纸大约0.5至大约20磅的非离子表面活性剂和/或脂肪酸； c)每吨印刷废纸大约O至大约6磅的螯合剂； d)每吨印刷废纸大约O至大约40磅的过氧化物；或 e)每吨印刷废纸大约O至大约45磅的硅酸盐。
19.如权利要求1所述的方法，其中所述水性浆液不含分散剂。
20.印刷废纸的脱墨方法，所述印刷废纸包含油墨和纸浆，所述方法包括以下步骤: a)在打浆机中将印刷废纸转化为水性浆液； b)使所述水性浆液与预混合的脱墨添加剂接触，所述预混合的脱墨添加剂包含水分散疏水改性无机颗粒，所述水分散疏水改性无机颗粒包含混合碳酸钙的接触产物，其中所述碳酸钙与脱墨组合物以大约1:1至大约40:1的比例混合，其中所述脱墨组合物包含脂肪酸和非离子表面活性剂，其中所述非离子表面活性剂包括5至约100摩尔的烷氧基化； c)从水性浆液中分离所述油墨；以及 d)从水性浆液中回收脱墨纸浆。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述碳酸钙包括沉淀的碳酸钙。
22.如权利要求20所述的方法，其中所述碳酸钙包括磨碎的碳酸钙。
23.如权利要求20所述的方法，其中所述碳酸钙包括平均颗粒直径为大约0.1微米至大约10微米的颗粒。
24.如权利要求20所述的方法，其中所述碳酸钙作为水性浆液提供。
25.如权利要求20所述的方法，其中所述碳酸钙在基本不存在任何分散剂的情况下提供。
26.如权利要求20所述的方法，其中所述脂肪酸具有长度为大约6至大约22的碳链。`
27.如权利要求20所述的方法，其中所述脂肪酸是饱和脂肪酸。
28.如权利要求20所述的方法，其中所述脂肪酸包括I至5的双键不饱和度。
29.如权利要求20所述的方法，其中所述脂肪酸衍生自棕榈油、妥尔油、蔬菜油或动物油。
30.如权利要求20所述的方法，其中所述非离子表面活性剂包括烷氧基化脂肪酸或蓖麻油。
31.如权利要求20所述的方法，其中所述非离子表面活性剂包括丙氧基化烃和乙氧基化烃。
32.如权利要求20所述的方法，其中所述非离子表面活性剂包括乙氧基化烃。
33.如权利要求20所述的方法，其中所述非离子表面活性剂包括乙氧基化的第一非离子表面活性剂以及乙氧基化和丙氧基化的第二非离子表面活性剂。
34.如权利要求20所述的方法，其中所述碳酸钙基于所述印刷废纸的重量，以大约I磅/吨至大约75磅/吨的量提供。
35.如权利要求20所述的方法，其中所述碳酸钙基于所述印刷废纸的重量，以大约5磅/吨至大约40磅/吨的量提供。
36.如权利要求20所述的方法，其中所述回收步骤(d)包括浮选步骤、洗涤步骤或它们的组合。
37.如权利要求20所述的方法，其中所述水性浆液进一步包括以下的一种或多种: a)每吨印刷废纸大约O至大约40磅的苛性碱或纯碱； b)每吨印刷废纸大约0.5至大约20磅的非离子表面活性剂和/或脂肪酸； c)每吨印刷废纸大约O至大约6磅的螯合剂； d)每吨印刷废纸大约O至大约40磅的过氧化物；或e)每吨印刷废纸大约O至大约45磅的硅酸盐。
38.如权利要求20所述的方法，其中所述 水性浆液不含分散剂。
全文摘要
本发明提供印刷废纸的脱墨方法，特别是使用如下脱墨组合物的方法，该脱墨组合物包括疏水改性的无机颗粒(“MIP”)以改善传统碱性、减少的碱性、及真正中性脱墨条件下的油墨收集效率。本发明提供的脱墨组合物包括疏水MIP基材、非离子表面活性剂和脂肪酸或它们的混合物。本发明改善的油墨收集能够产生高质量和/或产率的脱墨纸浆，该脱墨纸浆具有优异的亮度和有效残余油墨浓度(“ERIC”)值。
文档编号D21C5/02GK103174048SQ201210551779
公开日2013年6月26日 申请日期2007年1月8日 优先权日2006年1月9日
发明者斯科特·罗森克兰斯, 查尔斯·M·恩戈梅, 凯文·M·黑尔 申请人:凯米拉化学品公司