專利名稱：向纖維懸浮液中添加填料的方法
向纖維懸浮液中添加填料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及按照所附權利要求1的前序部分、用于將填料添加到纖 維懸浮液中的方法。
除了含有纖維素的纖維外，某些特定紙級的組合物的一個重要部分
由其中所用填料組成。該填料對該紙的外觀和技術性能有影響。該填料 通常是無機的，而且是基于礦物質的，它們由適合于該紙的纖維網絡空 間的較小微粒組成。填料可以選自各種各樣無機礦物質，它們在該紙中 的含量可以是相當高的。
按照慣例，可購自填料供應商的填料符合某些質量要求而且有適用 的粒度分布，將其與其它漿粕成分混合，此后，將有適當稠度的漿粕從 流漿箱(網頭箱)引導到成型段，在此，開始漿粕懸浮液脫水和紙成形
為一種粘結纖維網。造紙的一個目標是達到良好保留；換言之，盡可能 大量的，進入紙機網的漿粕應當留在該紙機網上形成的紙纖維網中。
然而，與該紙漿粕混合的填料是在該紙機的循環(huán)水中不斷循環(huán)的， 在此它們引起了問題。當填料在紙機的水循環(huán)中循環(huán)時，有機材料就在 其表面上積累，引起該填料變色，從而影響最終產品的光學性能。進而， 留在水循環(huán)中的填料妨礙紙廠廢水的處理，因為該填料是不燃燒的，或 在生物廢水處理中不降解。
本發(fā)明的一個目的是公開一種將填料添加到纖維懸浮液中的方法， 導致最終產品光學性能和填料保留率的改善，從而導致該方法的固體物 質排放量減少。為了達到這個目的，按照本發(fā)明的方法的主要特征在于 將至少一種鋁鹽溶解到該纖維懸浮液中，和借助于該纖維懸浮液的pH 條件使作為填料使用的氬氧化鋁沉淀到該纖維的表面上。
按照本發(fā)明的方法是以如下思想為基礎的該纖維懸浮液用 一種鋁 鹽處理，以形成該造紙方法用填料。在該方法中，可以使起到填料作用 的氫氧化鋁沉淀到該纖維的表面上。這樣，該填料可以附著到纖維上， 而不再留在該紙機的水循環(huán)中循環(huán)。與讓現成填料與紙漿粕混合的慣常 方法相比，本發(fā)明的不同在于讓填料的起始原料與該纖維懸浮液混合， 然后在該纖維懸浮液中形成該填料并直接沉淀到該纖維的表面上。在這一范疇內，纖維懸浮液這一術語系指一種含有纖維材料且其稠 度可以各異的水性懸浮液。因此，該纖維懸浮液也系指一種含有大部分 水但也含有少量短纖維的清澈濾液。鋁鹽這一 術語用于 一種可以溶解到 水相中的化合物，其中鋁離子釋放到該溶液中。在這一范疇內，鋁鹽系 指諸如^5危酸鋁，即最常用的鋁鹽。
用按照本發(fā)明的方法制備的纖維懸浮液可以用來作為紙或紙板的 原材料。
按照本發(fā)明的方法的最顯著優(yōu)點是最終產品光學性能改善。氫氧化 鋁在該纖維表面上的沉淀改善了光學性能，這是由于該氫氧化鋁的亮度
和如下事實的緣故填料不在紙機的水循環(huán)中循環(huán)，從而不引起其變色。
進而，按照本發(fā)明的方法有不透明性改善效果。
沉淀性氫氧化鋁也用于使其它填料粘結到該纖維的表面上，例如高
嶺土、 GCC(研磨碳酸鈣)、二氧化鈦、及其它有陰離子表面電荷或已 轉化成陰離子的可能填料。作為結果，紙機水循環(huán)中其它填料的含量也 會降低，而它們以前在此是引起問題的。進而，該填料與該纖維的更好 結合便利了紙廠廢水的處理，因為該填料在生物污水處理中是不降解 的。因此，本發(fā)明要提到的一個優(yōu)點是，與慣常使用的方法相比更好的 填料保留率，因而該方法的固形物排放量減少。按照本發(fā)明的方法的又 另 一個優(yōu)點是運輸成本降低，因為該方法使得有可能在紙廠從原材料原 位制備該填料。
以下，參照所附的、由掃描電子顯微鏡拍攝的照片(SEM)更詳細
地描述本發(fā)明，其中


圖1顯示在一種清澈濾液中沉淀到纖維表面上的氬氧化鋁，
圖2顯示在 一 種清澈濾液中完全覆蓋了氬氧化鋁的纖維，
圖3顯示沉淀到未漂白精制纖維的表面上的氳氧化鋁微粒，
圖4顯示沉淀到未漂白精制纖維的表面上的氬氧化鋁層，
圖5顯示沉淀到未漂白精制纖維的表面上的單個氫氧化鋁微粒，和
圖6顯示與氫氧化鋁一起沉淀到纖維表面上的高嶺土微粒。
鋁離子及其所生成的成分強烈依賴于液相的pH。因此，當使該鋁
鹽沉淀為氫氧化鋁時利用了該液相pH的變化。在6.5 8的pH范圍內，
鋁在水中主要是作為氫氧化鋁存在的。在這一范圍內，鋁也可以部分地
以其它形式存在。以下，我們將使用石危酸鋁作為反應物更詳細地討論水相中氬氧化鋁 的沉淀。首先，將石危酸鋁(A12(S04)3)溶解到該水相中，在這種情況下 溶解到 一種纖維懸浮液中，其中三價鋁離子和硫酸根離子是在該溶液中
產生的。因此，該溶液的pH在酸性側。氫氧化鋁Al(OH)3的沉淀可以 通過提高該溶液的pH進行，因為鋁在pH范圍為6.5-8.0的水相中是以 氬氧化鋁的形式存在的。因此，該溶液的pH是用石咸性溶液例如氳氧化 鈉(NaOH)提高的，其中鋁沉淀成氬氧化鋁。氬氧化鋁沉淀的最佳pH 是7.5。
圖1 6顯示由掃描電子顯微鏡(SEM)拍攝的氳氧化鋁向纖維表面 上的沉淀。將100mL相對密度為11.8 QBe (波美度)即1088Kg/m3的硫 酸鋁添加到2種不同樣品即200mL清澈濾液和未漂白TMP (熱機械法 漿粕)中。這些樣品的纖維含量是100mg/L。硫酸鋁添加之后，該清澈 濾液的pH從約5降到3.1。然后添加氳氧化鈉使該溶液的pH升到7.5, 其中該鋁沉淀成氫氧化鋁。按照這些附圖，氬氧化鋁看來沉淀成主要為 菱形的微粒。圖1和2顯示清澈溶液中的纖維，而圖3 6顯示從TMP 樣品拍攝的單 一 未漂白精制纖維。
圖1、 3和5顯示部分地呈單一微粒形式(圖5)的、沉淀在纖維表 面上的氪氧化鋁。當石克酸鋁的局部濃度提高時，氬氧化鋁沉淀，在纖維 表面上形成厚層，如圖2中所示。圖4也顯示在未漂白精制纖維的表面 上成層的的沉淀氫氧化鋁。進而，當沉淀時，氫氧化鋁將其它填料粘結 到該纖維的表面上，如圖6中所示，其中高嶺土微粒(平整大微粒)附 著到該纖維的表面上。
在實施中，沉淀是通過將鋁鹽溶解到纖維懸浮液中進行的，然后該 沉淀可以3姿照2種不同原理發(fā)生
-在添加時，該纖維懸浮液已經有能導致氫氧化鋁沉淀這樣的pH 條件，或
-添加之后，使該纖維懸浮液的pH條件改變得使氬氧化鋁能沉淀。 在第一替代方案中，該鋁鹽添加后不需要任何單獨pH調整。在后 一種替代方案中，該纖維懸浮液的pH條件可以為了使氫氧化鋁沉淀之 目的而改變，或者它們變得適合于正常紙漿處理方法。有利于沉淀的pH 條件是諸如通過使一種堿性溶液與該纖維懸浮液混合得到的。該添加的 含量取決于當時該纖維懸浮液的pH條件。生成氫氧化鋁的沉淀發(fā)生于6.5 8.0的pH范圍內。
鋁鹽溶解于纖維懸浮液中和生成氫氧化鋁的沉淀是盡可能靠近高 位調漿箱的紙機或紙板機的短循環(huán)中進行的。因此，氫氧化鋁的沉淀與 漿粕上漿到網段上之間的延遲是盡可能短的，至多約15s。這樣，填料 對成型紙或紙板纖維網的良好粘合是在該網段上達到的，因而紙廠水循 環(huán)中的填料含量可以降低。
該鋁鹽可以沖殳加和溶解到也在側流或在單獨水循環(huán)中的水相中，然 后使含有鋁鹽的水溶液與該纖維懸浮液混合，其中氫氧化鋁是要么由于 改變該纖維懸浮液的pH條件要么該纖維懸浮液已經具有有利于該沉淀 的pH條件而沉淀的。向該纖維懸浮液中的(鋁鹽)投加和生成氳氧化 鋁的沉淀發(fā)生于盡可能靠近高位調漿箱的短循環(huán)中，如以上所表述的。
一種替代方法是在該水性纖維懸浮液形成之前使鋁鹽與機械漿粕 直"t妻混合。此后，生成氫氧化鋁的沉淀可以通過用以上所述方法改變該 條件以有利于該沉淀而在盡可能靠近高位調漿箱的地方進;f亍。
該方法沒有對氬氧化鋁沉淀可以發(fā)生的漿粕稠度設定任何限制。氬 氧化鋁沉淀可以諸如在大部分由水組成但也含有短纖維的清澈濾液中 發(fā)生。在這種情況下，該鋁離子中一些會生成不附著到該纖維表面上的 氫氧化鋁。然而，堿性變色的風險比該沉淀在高稠度漿粕中發(fā)生時小， 因為當pH上升到6以上時該漿粕的亮度會降低。
要溶解到該漿粕中的鋁鹽的含量可以用來調整沉淀到該纖維表面 上的氫氧化鋁的含量。通常，讓過量鋁鹽與該纖維懸浮液混合以提供充 分的沉淀。
正在沉淀的氬氧化鋁也可粘結其它填料，從而改善該填料的保留 率。這樣的填料包括例如高嶺土、 GCC、 二氧化鈦、及其它有陰離子表 面電荷或者已經轉變成陰離子型的可能填料。氬氧化鋁與其它填料之間 的粘結據推測是作為化學鍵合發(fā)生的。
按照本發(fā)明的方法，與慣常使用的、讓成品填料與漿粕混合的方法 相比，因所使用的填料而異，可以使填料保留率提高20 60%。填料保 留率取決于進行該氫氧化鋁沉淀時漿粕的稠度。與諸如在清激濾液中相 比，在高稠度漿粕中得到更好的填料保留率，因為在高稠度漿粕中該氳 氧化鋁大多數附著到該纖維上。
紙漿的光學性能是借助于該氫氧化鋁的亮度改善的，因為氪氧化鋁的ISO亮度是98。光學性能的改善也是如下事實的結果當氫氧化鋁生 成時，它附著到纖維表面上而且不會留在循環(huán)水中循環(huán)而引起填料變 色。進而，按照本發(fā)明的方法對最終產品還有不透明性改善效果。
按照本發(fā)明的方法適用于各種各樣的漿粕，包括化學漿、機械漿、 化學機械漿、或熱機械漿、以及再循環(huán)漿、或這些漿的混合物。
將用鋁鹽處理的按照本發(fā)明的纖維懸浮液形成的紙漿導入紙機或 紙板機的成型段，紙或紙板就是通過讓它經由一種水可滲透的成型介質 滲濾而由它以連續(xù)纖維網的形式制成的。因此，按照本發(fā)明的纖維懸浮 液可以用來作為紙、紙板、或另一種由纖維材料制成的相應纖維網或紙 漿產品的原材料。
作為上述方法的 一種替代，我們也可以提到水中氫氧化鋁的直接沉 淀，其中該填料可以在紙廠原位制造。氬氧化鋁是通過將諸如硫酸鋁添 加到水例如循環(huán)水中或通過將該水的pH調整得適合于沉淀例如通過使 用氫氧化鈉而沉淀的。所生成的鹽可以研磨到所希望的粒度和形狀。此 后，該氳氧化鋁可以按照慣例與各漿粕成分混合。用這種方法，達到了 經濟效益，因為原位氬氧化鋁制備與當它從化學品供應商購買時相比是 經濟上更可行的。然而，用這種替代方案，填料保留率無法得到改善， 但最終產品的光學性能可以得改善。
本發(fā)明不僅局限于以上表述的造紙方法的某些實施方案或部分，而 且本發(fā)明也意在在所附權利要求書中定義的本發(fā)明思想的范圍內得到 廣泛應用。
權利要求
1. 纖維懸浮液中填料的添加方法，其特征在于將至少一種鋁鹽溶解到該纖維懸浮液中，并借助于該纖維懸浮液的pH條件使起填料作用的氫氧化鋁沉淀到該纖維的表面上。
2. 按照權利要求1的方法，其特征在于在鋁鹽添加后，調整該纖維 懸浮液的pH條件，使得該氬氧化鋁沉淀到該纖維的表面上。
3. 按照權利要求2的方法，其特征在于該纖維懸浮液的pH條件是 通過使一種堿性物質與該纖維懸浮液混合而改變的。
4. 按照權利要求3的方法，其特征在于引起該沉淀的堿性物質是氫 氧化鈉。
5. 按照權利要求l的方法，其特征在于在該添加時，該纖維懸浮液 已經有能使氫氧化鋁沉淀的pH條件。
6. 按照以上任何一項權利要求的方法，其特征在于該沉淀發(fā)生于 6.5 8的pH范圍內。
7. 按照以上任何一項權利要求的方法，其特征在于該鋁鹽是硫酸鋁。
8. 按照以上任何一項權利要求的方法，其特征在于該氳氧化鋁也用 于使其它填料粘結到該纖維的表面上。
9. 按照權利要求8的方法，其特征在于與氫氧化鋁粘結的填料是諸 如下列之一高嶺土， GCC, 二氧化鈦，或者有陰離子型表面電荷或已 經變成陰離子的另一種填料。
10. 按照以上任何一項權利要求的方法，其特征在于氬氧化鋁在纖
11. 按照以上任;一項權利要求的方法，其特征在于將由該纖維懸 浮液形成的紙漿粕導入紙機或紙板機的成型段，且紙或紙板是通過讓該 紙漿粕經由 一種水可滲透的成型介質滲濾而由其以連續(xù)纖維網的形式 制成的。
12. 用按照以上權利要求1 10中任何一項的方法制造的纖維懸浮 液作為紙或紙板的原材料的用途。
全文摘要
一種向纖維懸浮液中添加填料的方法，在該方法中將至少一種鋁鹽溶解到該纖維懸浮液中，并借助于該纖維懸浮液的pH條件使充當填料的氫氧化鋁沉淀到該纖維的表面上。
文檔編號D21H17/70GK101432483SQ200780013438
公開日2009年5月13日 申請日期2007年8月30日 優(yōu)先權日2006年9月25日
發(fā)明者J·塞林 申請人:芬歐匯川集團公司