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用于在纤维料悬浮液中包含的纤维装填的方法.pdf

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用于 纤维 悬浮液 包含 装填 方法
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摘要
申请专利号:

CN200680023156.5

申请日:

2006.05.24

公开号:

CN101208476A

公开日:

2008.06.25

当前法律状态:

撤回

?#34892;?#24615;:

无权

法?#19978;?#24773;: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):D21H 17/70公开日:20080625|||实质审查的生效|||公开
IPC分类号: D21H17/70; D21C9/00 主分类号: D21H17/70
申请人: 沃依特专利有限责任公司
发明人: 洛瑟·法尔泽; 克劳斯·多伊勒
地址: 德国海登海姆
优先权: 2005.7.12 DE 102005032383.9
专利代理机构: ?#26412;?#24066;柳沈律师事务所 代理人: 宋 莉
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法律状态
申请(专利)号:

CN200680023156.5

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2011.03.23|||2008.08.20|||2008.06.25

法律状态类型:

发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明用于用碳酸钙装填纤维悬浮液(S)。在此例如在进行形成纤维的溶解(1)时或之前以石灰乳(7)加入液态的氢氧化钙。通过加入气态二氧化碳(8)到这样处理的纤维悬浮液中而引起化学反应,在该反应中沉淀出精细分布的碳酸钙。本方法通过预先添加入氧化钙或氢氧化钙而是特别的经济和?#34892;А?/p>

权利要求书

权利要求书
1.  一种用碳酸钙对纤维悬浮液(S)所含的纤维素纤维装填的方法,其具有下列的方法步骤:
-以液态的或?#31245;?#30340;形式的氢氧化钙或氧化钙引入到纤维料中,
-形成纤维悬浮液(S),
-引入气体形式的二氧化碳加入到纤维悬浮液(S)中,
-碳酸钙通过二氧化碳沉淀(3),
其特征在于,氧化钙或氢氧化钙是在用于形成纤维悬浮液的纤维(P)进行溶解(1)时或之前加入。

2.  根据权利要求1的方法,其特征在于,溶解(1)是连续进行的。

3.  根据权利要求的方法,其特征在于,溶解(1)是非连续进行的并且溶解(1)开始时按计量加入至少部分液态形式的氢氧化钙。

4.  根据权利要求1,2或3的方法,其特征在于,溶解(1)在物料溶解器(10)中实施。

5.  根据权利要求1,2或3的方法,其特征在于,溶解(1)在溶解滚筒中实施。

6.  根据权利要求5的方法,其特征在于,氧化钙或氢氧化钙在溶解滚筒的供料区加入。

7.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,溶解(1)是在3-30%的稠度范围中,优选10-20%的稠度范围下实施的。

8.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,纤维(P)在溶解(1)之前用水和氢氧化钙浸渍。

9.  根据权利要求8的方法,其特征在于,应用浸渍滚?#27493;?#28173;纤维(P)。

10.  根据权利要求8的方法,其特征在于,在浸渍时氢氧化钙喷射到纤维(P)上。

11.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,以石灰乳的形式添加氢氧化钙而石灰乳的稠度调节到已有的?#31245;?#30340;纸张物料的固体成分的0.01-60%。

12.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,对氢氧化钙的反应调节反应时间为0.01-10分钟,优选为1秒至3分钟。

13.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,应用纤维(P)作为起始材料,其稠度为40-100%。

14.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,在溶解(1)步骤后进行的是用于从有害物质中净化纤维悬浮液。

15.  根据权利要求14的方法,其特征在于,为?#21496;?#21270;纤维悬浮液,以至少一种浮选过程(31)去除印刷颜料颗粒。

16.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,纤维悬浮液(S)在加入气体形式的二氧化碳(24)之前再进行浓缩。

17.  根据权利要求16的方法,其特征在于,在浓缩(2)中产生的滤液(9)引入溶解(1)中。

18.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,纤维悬浮液在沉淀(3)时或之后在一个粉碎步骤中转变成细小的纤维碎屑并分散。

19.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,碳酸钙的沉淀(3)在其稠度为5-60%,优选为10-35%时进行。

20.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,用于沉淀(3)的能量消耗为0.3-8kWh/t,优选为0.5-4kWh/t。

21.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,在沉淀(3)时的温度调节至-15和120℃之间,优选调节至20-90℃。

22.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,沉淀(3)在0-15巴,优选为0-6巴的压力下进行。

23.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,在沉淀(3)时调节pH-值为6-10,优选为6.5-8.5。

24.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,沉淀(3)的反应时间调节至0.01-1分钟,优选为0.5-10秒。

25.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,由含有装填的纤维素纤维的纤维悬浮液(S’)生产纸张或纸板并因而在此生成的含氢氧化钙的筛分水作为用于纤维的溶解(1)或稀释的回水(9’)。

26.  根据上述权利要求之一的方法,其特征在于,用于溶解(1)所引入的纤维素纤维至少部分由脱墨的废纸(浸渍)构成。

说明书

说明书用于在纤维料悬浮液中包含的纤维装填的方法
本发明涉及一种用于在纤维料悬浮液中包含的纤维,特别是用于造纸或纸板的纤维素纤维的装填方法。
在造纸时,填料,特别如沉淀的碳酸钙(PCC=沉淀的碳酸钙)或粉碎的或碾磨的碳酸钙(GCC=研磨的碳酸钙)是常用的物?#21097;?#22312;此用以减少纤维量以及改善纸的光学性能。
在商业上常用的PCC-或GCC-填料涉及的物料,其以特殊的制备装置制备,该装置在造纸工厂作为附属装置设置。然而PCC的在线制备在造纸工业中从来没有进行过,这归因于其特别的过程性能,其是用于制备PCC所必需的。代替的是PCC或GCC作为散装的货物或以悬浮液的形式输送到造纸厂中。
用物料,如填料装填例如可通过化学沉淀反应,也就是特别通过所谓的“纤维装填TM”过程进行,如在US-A-5 223 090中描述的那样。在一个这样的“纤维装填TM”过程时在纤维材料的湿润的纤维表面处至少填充一种添加物,特别是填料。对此纤维例如可用碳酸钙装填。在此对湿的、粉碎的纤维材料要这样添加氧化钙和/或氢氧化钙,致使其中至少一部分与在纤维材料中存在的水结?#31232;?#36825;样处理的纤维材?#32420;?#21518;用二氧化碳冲击。
在添加含有氧化钙和/或氢氧化钙的介质时在纤维悬浮液上进行一种具有放热的性能的化学反应,其中氢氧化钙优选以液态的形式(石灰乳)添加。这意味着,这不是绝对的,其可以对纤维悬浮液的纤维物料中或在纤维悬浮液的纤维物料上渗入或存在的水开始并进行化学反应是必需的。
从FR 2831565获知一种方法,用该法由机械生成的漂白的木材纤维(pate àpapier mécanique blanchie)的悬浮液用碳酸钙装填。由此形成纤维悬浮液中添加石灰乳并调节稠度至10%以上。在悬浮液稀释后通过添加气态二氧化碳而溶解碳酸钙的结晶。
WO 03/066962指出了另一种用填料装填的方法。由此例如通过一个专门的研磨过程而进一步改善。
在例如用填料对纤维装填时也可以例如在湿润的纤维表面充填碳酸钙(CaCO3),其中,向湿的纤维材料中添加氧化钙(CaO)和/或氢氧化钙(Ca(OH)2),这点上从其中至少部分可与纤维量的水结?#31232;?#36825;样处理的纤维材料然后可用二氧化碳(CO2)冲击。
概念“湿润的纤维表面”可以包括所有的单一的纤维的湿润的表面。由此特别也理解为这种情况,在该情况下纤维不仅在其外表面而且在其内部(内腔)以碳酸钙或?#25105;?#30340;其他的沉淀产物装填。
所以例如纤维例如可用填料碳酸钙装填,由此在湿润的纤维表面上的充填通过所谓的“纤维装填TM”-过程而进行的,正如其在US-A-5 223 090中所描述的那样。在这种“纤维装填TM”-过程中例如二氧化碳与氢氧化碳反应生成水和碳酸碳。
氢氧化钙可以以液态的形式或以?#31245;?#30340;形式加入纤维中。
本发明的目的在于,提出一种前文所述技术的方法,其比已知方法更经济。
这任务根据本发明在权利要求1中所给出的方法通过其在特征部分所述的特征而解决。
用于实施本发明的起始物料,基本上适合的是所有造纸或制备纸板所应用的纤维素纤素。特别优选的可以是用化学法生成的纤维素或脱墨的废纸进行。后者,以“浸渍”说明的材料可以类似于纤维素或废纸那样送到造纸厂时空气?#31245;?#24182;且然后根据本发明溶解。随后进行装填。在整体化的浸渍-生产时印刷的废纸根据本发明溶解、脱墨和装填(参见图2)。
根据本发明的方法提供了可以使氧化钙(CAO)和/或氢氧化钙(CAOH2)以这种状态添加到纤维材料中,其中使其具有?#32454;?#30340;稠度,如空气?#31245;?#30340;或湿润了的。在加入到物料溶解装置和加入其中之前纤维料是较?#24418;?#38468;能力的,也就是说在此所添加的化学试剂?#20808;?#26131;地和较快速地到达纤维的湿润的表面。进入到纤维的空?#28784;?#26159;相应的较快和较有利的。因为在溶解装置中,如物料溶解器或溶解滚筒原来添加液体,特别是水,这过程步骤保持简单和清楚的。只是氧化钙或氢氧化钙的计量加入通常是必需的。也可能的是,溶解装置这样设置,致使其中碳酸钙的沉淀已可以溶解,其中,在设备中至少提供一部分二氧化碳。其例如也可以溶解在水中。或溶解装置暂时关闭并用气态二氧化碳装料。在这种情况下考虑在溶解装置前的浸渍件,其中氢氧化钙(石灰乳)喷出或加入在浸渍滚筒中。
根据本发明的方法的另一个优点在于,也许在机器压缩的情况下可以节省,也就是溶解的纸浆在溶解过程时仅稀释到如此程度,使其可以实施随后的装填。在另一种情况下,特别是当对物料的净化有?#32454;?#30340;要求时(废纸张)或?#22791;?#21035;纤维不能足以达到时,则当然又必需以螺?#25628;?#32553;机的方式进行压缩。这种压缩的滤液可在一个短的循环中直接回到溶解装置中,在此也用于稀释。这具有决定性的优点,即最佳地应用氢氧化钙或氧化钙,?#24067;?#19981;只有水,而且化学试剂也可循环利用。
已知的是,在许多情况下,溶解过程不仅只用水,而?#19968;?#36890;过添加溶解试?#31890;?#29305;别是氢氧化钠而进行,以得到碱性的介质。在此这方法还有优点,因为氢氧化钠可由氢氧化钙代替,而氢氧化钙对于以后实施的碳酸钙的沉淀过程总是必需的。
根据附图来解释本发明和它的优点,在此:
图1以示意图的形式示出根据本发明的方法;
图2用于加工印刷废纸的专门的实施方案;
图3用于实施根据本发明的方法的简化的装置示意图。
图1示出,在实施本方法时纤维P,其例如是废纸或也可以是新的纤维素,在溶解1中加工处理。在此借助于机械力在与水W的混合下以已知的方式形成纤维悬浮液S。在这实施例中氢氧化钙作为石灰乳7在溶解时添加,例如其通过石灰在石灰乳制备5中的溶解而进行调节。必要时,纤维悬浮液S可通过在此未图示的净化体?#26723;?#20837;,其中,例如去除重的成分和塑料或其他的废物。这是否是必需,主要取决于原料的质量。也许随后可进行浓缩2,然而这并不是总是必需的并因此以虚线表示。浓缩2的滤液9是用于溶解1。细小物?#21097;?#29305;别是碳酸钙的沉淀3的过程步骤是通过添加气态二氧化碳8而溶解,二氧化碳来自二氧化碳制备6。
然后这样加工处理的纤维悬浮液S’可输送到造纸4,在此通常还有一系列其他的在此未图示的必需的处理步骤。在造纸4时沉淀出已知的所谓的筛分水(siebwasser),其首先适于,部分地作为循环水9’在溶解1再次使用。这样不仅又应用水,而且在其中还含?#24418;?#28040;耗的氢氧化钙。
根据图2经印刷的废纸的溶解1所获得的纤维悬浮液S通过浮选过程3 1要这样处理,使印刷颜料颗粒和可能的其他的细小的有害物?#39318;?#20026;废物去除。然而至今在溶解1中通常在溶解中以过氢氧化钙代替氢氧化钠。
在图3中示例性地说明具有最重要的方法步骤和装置的设?#28014;?#22312;该装置中纤维P与水W一起加入到一个物料溶解器10中。这物料溶解器10可以是传统组建的,也可以在其底部区域含有一物料溶解器滤网11,以及一物料溶解器转子12,其用于在物料溶解器中的转动并使物料溶解器滤网11没有堵塞。这样溶解的纤维在此所示出的实施例中输送到多个净化装置中,其编号标明为物料净化器14和物料分类器15。然后接着的螺?#25628;?#32553;器16,以再提高纤维悬浮液的稠度。螺?#25628;?#32553;器16的压缩滤液18可有利地输送回物料溶解器10中以进行溶解。然后浓缩的纤维19送到结晶器20,其作用是,借助于所输入的二氧化碳气体24溶解以精细分布的填料的碳酸钙所期望的沉淀。二氧化碳气体通过二氧化碳供给器21调节和可以在热交换器22中借助于制冷剂或加热剂23而调节到所要求的温度。然而也有其他的调节温度的可能性,例如在期望提高温度时直接加入蒸汽。必要的情况下,一部分二氧化碳气体24’也可以在结晶后借助于混合装置25添加,以使装填过程完整。在储料斗26中汇集装载的纤维悬浮液,可以用稀释水27稀释并然后作为造纸机29的纤维悬浮液28以使用。
在图3中所示出的是用于以填料,特别是碳酸钙装填的装置部分,其仅作为简化的实施例。在许多情况下也可以整合进一漂白器。用于实施装填的许多详情可从上文提到的出版物中获知。装填过程具有作为在造纸厂中的在线过程而运作的优点。
在此至少下列的装置和/或试剂使用在线过程:HC-净化器、静态混合器、石灰去除装置、压力机,特别是螺?#25628;?#21147;机或皮带压力机、平衡反应器、结晶器、其他的静态混合器、CO2-供给装置或附加的CO2-再生装置、选择性的CO2-加热器、选择性的化学漂白剂加料物、高压水箱。
结晶的沉淀产物小颗粒的形成具有另外的优点,?#28784;行?#35201;对于最终产物可达到更高的光泽值。
根据一个按本发明的方法的实际布置压滤滤液9在结晶器20中至少部分用作稀释水。
混合装置25可以是静态的混合器并特别地应用以精细调节纤维悬浮液的pH-值,优选为6-8之间。
优选地至少一部分所必需的CO2是通过CO2-再生体系制备的。所以例如可由锅炉的烟气或机动车的烟气再次获得。
例如菱面体形式的沉淀产物小颗粒可产生具有约0.05-约2μm的范围的各自的立方体颗粒粒度。在?#25345;?#24773;况下,这也具有优点,偏三角面体(skalenoedrischen)形式的沉淀产物小颗粒具有约0.05-约2μm的范围的各长度和约0.01-约0.05μm的范围的各?#26412;丁?
根据优选的按本发明方法的一个实际布置,其用于沉淀所制备的纤维悬浮液的纤维浓度选择为约5至约60%和优选为约10至35%。
根据一个装填方法的适宜的实际布置是纤维悬浮液的二氧化碳在约-15至约120℃的温度下,优选为约20至约90℃的温度下加入。
制备的纸也可以含有颗粒粒度为约0.05-约5μm的填料,由此提高了最终产物的光学性能。这时填料可特别涉及碳酸钙,其在自然界例如以方解石(Calcit)或方解石(Kalkspat)、霰石和以稀少的Vaterit形式存在。填料主要可由方解石构成,其中应存在超过300种不同的结晶形式。所使用的填料小颗粒可例如具有约0.05-约2μm的范围的各自的立方体颗粒粒度的菱面体或例如具有约0.05-约2μm的范围的各长度和约0.01-约0.05μm的范围的各?#26412;?#30340;偏三角面体,这取决于各个要制备的纸张的种类。
填料是良好地分布在纤维的上面、周围和内部,这意味着,不以成束的结晶聚集。各填料小颗粒,即结晶在纤维上是各个有间隔或分开的。填料小颗粒通过在纤维上积聚而覆盖纤维,这样?#36879;?#21892;了最终产物的光学特性。所以小颗粒粒度主要是用于达到最佳的不透明性的目的。当可见光线的光谱是良好的散射时,则就达到高度不透明性。假如吸收色谱,则颜色呈黑色。沉淀的填料小颗粒的粒度在0.2-0.5μm以下,则就得出透明性和?#32454;?#30340;光泽的趋向。
为了获得良好的装填结果的目的用来产生填料结晶的相关的过程可以如下设置和具有下列的变化因素:
-潮湿的或在溶解中所处的纤维
-以液态形式或?#31245;?#24418;式的氢氧化钠
-CO2
-气体区域
-转子(结晶器)
-定子(结晶器)
-在?#28784;?#20837;混合能下在气体气氛中生成结晶
-在较小的剪切力下的混合
-没有压力容器
首先使与Ca(OH)2混合的纤维悬浮液在稠度或纤维浓度为约5-约60%范围下,优选为约10-约35%的范围下加入到结晶器20中,如在疏解机、精制机、分散机或类似的机器中进行。纤维悬浮液用CO2冲击。这CO2例如可在约-15至约120℃的范围的温度下和优选为在约20至约90℃的范围的温度下加入。
纤维悬浮液到达结晶器20的气体区中,在此每单一的纤维处于气体气氛中,随后进行沉淀反应,直接地生成CaCO3。CaCO3结晶的形式例如可以是菱面体的、偏三角面体或球形的,其中结晶量取决于所选择的用于纤维悬浮液的温度范围和取决于CO2-含量以及在纤维悬浮液中的Ca(OH)2-含量。在纤维悬浮液与所形成的结晶已经通过气体区后,所形成的PCC或纤维悬浮液与结晶通过转子和静子而输送在内腔、在纤维上或在纤维之间,在此结晶在悬浮液中的分布是在以较小的剪切力下混合而完成。
在纤维/结晶悬浮液通过转子期间,出现剪切分布,其引起约0.05-约0.5μm,和优选为约0.3-约2.5μm的结晶颗粒粒度分布。
所应用的填料小颗粒的形式例如是具有约0.05-约2μm范围内的各立方体颗粒的菱面体的或具有长度为约0.05-约2μm范围内和?#26412;?#20026;约0.01-约0.5μm范围内的各偏三角面体,这取决于所要制备的纸张种类。
纤维悬浮液离转?#20248;?#30340;距离越远,剪切力越小,这取决于稀释所用的H2O。通过转?#20248;?#30340;纤维悬浮液的浓度为约0.1-约50%,优选为约35-约50%。
CO2-输送线路的冲击压力特别为约0.1-约6bar的范围,优选为约0.3-约3bar,以保证用于所期望的化学反应的气体环的恒定的CO2-供给。正如在通过花园管道供给水时在高的水需求时要提高压力,以通过管道输?#36879;?#22810;的水。因为CO2是一种可压缩的气体,在此也可以提高所必需的量,以保证一个完全的反应。CO2-供给并从而引起的CaCO3沉淀反应可通过pH-值来控制和/或调节。
例如注意用于CaCo3结晶的最后反应的pH-值为6.0-约10.0,优选为约7.0-约8.5。用于这过程的能量可以特别为约0.3-约8kWh/t和优选为约0.5-约4kWh/t。可以添加稀释水并与纤维悬浮液混合,以得到最终的稀释,其中,所生成的具有填料的纤维悬浮液的稠度或固体物浓度例如为约0.1-约16%,优选为约2-约6%。然后将纤维悬浮液放置在机器、容器或下一个大气气氛的过程机器中。
转?#20248;?#30340;转动速度在外径处可以特别约20-100m/s和优选为约40-约60m/s。
转子和定子之间的缝隙例如为约0.5-约100mm和优选为约25-约75mm。
转子和定子的?#26412;?#21487;以特别为约5-约2m。
反应时间优选为约0.001-1min,优选为约0.1-约10sec。
上述的方法可以使制备单个的小颗粒,小颗粒互相之间有间距并铺设在纤维上,其中其以必要的种类和方式覆盖纤维,以满足?#36816;?#26399;望的高的白度或光泽的纸张的要求。颗粒粒度优选为约0.05-约5μm,其中对于菱面体的立方体形式的优选的颗粒粒度为约0.05-约2μm或对于偏三角面体形式的相关的长度为约0.05-约2μm和相关的?#26412;?#20026;约0.01-约0.5μm。对于高光泽的应用小颗粒粒度适宜的为0.2-0.5μm以下。

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