專利名稱：增加精磨機生產(chǎn)率和/或減少木材制漿比能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及造紙工業(yè)領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種就一定的目標(biāo)游離度增加精磨機生產(chǎn)率和/或降低比能消耗的方法。
背景技術(shù)：
通常，在造紙過程中使用纖維素植物(例如木材)的機械和/或化學(xué)處理來產(chǎn)生紙漿即制備紙制品的基礎(chǔ)和原料。紙漿可以通過從木材基料中除去纖維素纖維用化學(xué)方法或機械方法形成，其通常在精磨機中進行。在制漿造紙工業(yè)中，“精磨機”是一種用于在有連至磨盤的兩個旋轉(zhuǎn)表面(例如轉(zhuǎn)盤)之間碾碎木材通常是木片的設(shè)備。更具體地說，盤磨機使用兩個磨盤來處理紙漿和紙纖維，從而增加由這樣的纖維制得的紙產(chǎn)品的強度。纖維在兩個磨盤之間通過，一個或兩個磨盤旋轉(zhuǎn)并對纖維施加壓力。因此，纖維從木材基料中的游離通常稱之為“磨漿”。木材的化學(xué)處理，也稱為化學(xué)制漿，本質(zhì)上在木材的蒸煮過程中使用化學(xué)劑，其中，各種化學(xué)劑的溶液除去或溶解木素、非-纖維素材料或其它雜質(zhì)從而形成紙漿。機械處理也稱為機械制漿，使用磨碎裝置如上述的盤磨機從而從木材基料中釋放纖維，其中，通過機械力而不是化學(xué)手段獲得紙漿。典型的機械處理系統(tǒng)由若干個步驟組成，包括木材削片和處理、對木片的機械分類、對木片進行洗滌、對木片進行預(yù)熱或汽蒸(大氣壓或加壓)、第一段磨漿、任選的第二段磨漿(經(jīng)常是使用多段磨漿)、消潛分離、篩選、漂白、以及在將紙漿送至造紙機前的儲存。正如本領(lǐng)域中已知的那樣，機械制漿處理需要消耗大量的能量。造紙工業(yè)中一直希望降低這些能量需求，從而形成生產(chǎn)紙張和紙張?zhí)砑觿┧璧募垵{。在本領(lǐng)域中業(yè)已作出了各種嘗試以降低精磨機的能量需求，如美國專利4，388，148 (Yahrmarkt等人)、 美國專禾IJ 5，007，985 (Engstrand等人)、美國專利5，338，405 (Patt等人)、美國專利 5，454，907 (Hayashi)和美國專利 6，159，335 (Owens 等人)中所述。實現(xiàn)節(jié)能的另一種方法是在不增加比能消耗下增加精磨機的生產(chǎn)率，如題目為 “The Effect of Production Rate on Specific Energy Consumption in High Consistency Chip Refining，，(Strand B. C.等人，IMPC Conference，Oslo 1993，第 143-151頁)的技術(shù)文章中所述。因此，在沒有同時增加比能消耗的情況下，精磨機將能夠提供更大量的紙漿。在制漿造紙工業(yè)中還進行了增加精磨機生產(chǎn)率的種種嘗試，如美國專利3，808，090 (Logan等人)中所述，然而，業(yè)已證明這些嘗試并不成功。另外，如美國專利4，767，499 (Simonson 等人)、美國專利 2，947，655 (Eberhardt)、 禾B 題目為"Groundwood Mills use Specialty chemicals to Solve Pitch Problems" (Pulp&Paper, Rying, S.，1978 年 3 月，第 177-179 頁)的技術(shù)文章中所述，為了更加易于處理，造紙工業(yè)中已注意到使用化學(xué)劑和/或二次加工以便對木片進行處理。由本發(fā)明提供的所述方法的實施方案對于一定的目標(biāo)游離度提高了精磨機生產(chǎn)率和/或降低了比能，因此滿足了造紙工業(yè)的需要。本發(fā)明的實施方案就在每天生產(chǎn)特定噸位紙漿的給定處理中所需的精磨機數(shù)量而言節(jié)約了成本，并且對于磨漿過程而言潛在地使能量消耗降低。另外，本發(fā)明的實施方案是有利的，這是因為其不使用強堿和有毒物質(zhì)如鋁酸鈉， 不會對精磨機操作者的健康造成危害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方案使用潤滑劑溶液，或在另一選擇方案中使用載體/摩擦劑溶液，從而就一定的目標(biāo)游離度增加精磨機的木片的生產(chǎn)率和/或降低比能消耗。所述方法的實施方案包括(al)在輸送入磨漿區(qū)域之前，通過浸泡和/或噴淋將潤滑劑溶液施加至一定量的木片中；或(a2)在輸送入磨漿區(qū)域之前，通過浸泡和/或噴淋將載體/摩擦劑溶液施加至一定量的木片中；和(b)將所述木片輸送至精磨機中。本發(fā)明的另一實施方案包括(1)將一定量的木片輸送至精磨機；和(2)在所述磨漿區(qū)域通過浸泡和/或噴淋將載體/摩擦劑溶液施加至一定量的木片中。步驟(al)包括將含水潤滑劑溶液施加至一定量的木片中，其中，所述潤滑劑溶液包含約0. 04重量％至約15重量％的所述潤滑劑，優(yōu)選該溶液包含約0. 06重量％至約 9. 0重量％的所述潤滑劑，更優(yōu)選約0. 06重量％至約2重量％，最為優(yōu)選的是該溶液為約 1. 0重量％的含水潤滑劑溶液。步驟(al)的潤滑劑溶液可以通過本領(lǐng)域中已知的任何方法施加至木片中。通常， 對于任何浸泡或噴淋施加方法或其結(jié)合，潤滑劑劑量應(yīng)當(dāng)為以每噸木片計約0. 1-6磅，優(yōu)選為約0.25-4磅，更為優(yōu)選的是約0.5磅。步驟(al)的潤滑劑溶液可以包含陽離子瓜耳膠、陽離子淀粉、陽離子型聚丙烯酰胺、非離子聚環(huán)氧乙烷、含黃原酸膠和至少一種其它潤滑劑(優(yōu)選為陽離子瓜耳膠)的混合物、和/或上述潤滑劑的各種組合或混合物。步驟(U)包括通過本領(lǐng)域已知的任何方法如浸泡、噴淋及其結(jié)合將含水載體/摩擦劑溶液施加至一定量的木片中。將載體/摩擦劑溶液施加至木片中，其中，所述溶液包含約0. 04-15重量％的載體(以載體/摩擦劑溶液的總重量計)，并且包含約0. 3-30重量％ 的摩擦劑溶液(以載體/摩擦劑溶液的總重量計)。最有利的是，載體/摩擦劑溶液包含約 0. 5重量％的載體和約3重量％的摩擦劑(以載體/摩擦劑溶液的總重量計)。載體/摩擦劑劑量應(yīng)當(dāng)為以每噸木片計約0. 1-10磅，優(yōu)選以每噸木片計約0. 1-6 磅，更優(yōu)選為以每噸木片計約0. 25-4磅。最有利的是，載體/摩擦劑溶液包含每噸木片約 0. 5磅的載體和每噸木片約3磅的摩擦劑(以載體/摩擦劑溶液的總重量計)。供步驟(a2)使用的載體包含陽離子瓜耳膠、陰離子瓜耳膠、非離子瓜耳膠、兩性瓜耳膠、陽離子淀粉、非離子聚環(huán)氧乙烷、陽離子型聚丙烯酰胺，陰離子型聚丙烯酰胺，非離
4子型聚丙烯酰胺，黃原酸膠，黃原酸膠和至少一種其它載體(優(yōu)選陽離子/非離子/陰離子 /兩性瓜耳膠之一)的混合物、以及上述載體的其它各種組合。合適的摩擦劑包含氧化鋁、浮石、偏硅酸鈣(例如硅灰石)、霞石正長巖、硅石、長石、氫氧化鋁、玻璃珠、石英、粘土和所述摩擦劑的各種混合物。此外，在暴露于制漿過程中使用的各種組分中時，所述摩擦劑不應(yīng)完全溶解或反應(yīng)。詳細說明本發(fā)明的實施方案涉及就一定的目標(biāo)游離度提高精磨機生產(chǎn)率和/或降低比能消耗的方法。典型的制漿方法為將木片裝入精磨機如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的那些傳統(tǒng)的精磨機中(例如KRK 12英寸TMP加壓初級精磨機，型號為BRP55-300SS,由Kumagai Riki Kogyo Company Ltd (Tokyo Japan)制造)。該精磨機用來將懸浮于水中的纖維素原料處理成纖維狀態(tài)(濕紙漿材料)。通常，在精磨機中的木片開始包含在預(yù)熱容器中，隨后落入與精磨機具有相同加力的帶狀螺旋給料機中。木片逆著由精煉作用所產(chǎn)生的蒸汽流連續(xù)地輸入磨漿區(qū)域。輸送至精磨機的含水木片溶液為約50%的固體。精磨機通常有兩個金屬片，其中至少一個片以高速旋轉(zhuǎn)。進口螺旋喂送器的速度控制生產(chǎn)率，因為它決定了允許進入磨漿區(qū)域的木片數(shù)量。磨漿區(qū)域主要包含兩段1)破碎機刀片段(breaker bar zone)和幻拓展段。破碎機刀片段具有以寬的刀片和凹槽為特征的粗部分，而拓展段具有以更窄的刀片和凹槽為特征的密的部分。在該破碎刀片段，在精磨機的眼狀物和破碎刀片之間木片破碎成粗漿。通過在所述刀片和精磨機片的擋板之間存在的壓力，以及當(dāng)與其它纖維接觸時所產(chǎn)生的摩擦力， 所述磨漿區(qū)域使粗漿分離纖維并細纖維化。然后將稀釋水注入精磨機區(qū)域中，以便在精磨機出口處使紙漿的固體降低至約30-40%。稀釋水起如下作用使所產(chǎn)生蒸汽驟冷，降低紙漿濃度，潤滑并改進紙漿和纖維的流變性。驟冷作用還可以阻止紙漿燒傷(即損失亮度)。 在磨漿過程中消耗的能量用來生產(chǎn)紙漿和蒸汽。在本發(fā)明中所使用的術(shù)語“游離度”指的是從紙漿中排水的量度，或紙漿和水混合物釋放或保留水或排水的能力。紙漿游離度值越大，排水越快，紙漿越粗。游離度通常以 "ml CSF”(加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度)來表示。游離度取決于精磨機的機械性能和木片的物理性能。根據(jù)處理方法是否符合目標(biāo)游離度，操作者可以改變精磨機的參數(shù)如磨片間隙、稀釋水流速或螺旋給料機速度。開始時，游離度值可以通過將潤滑劑溶液或載體/添加劑溶液添加至木片中來改變；然而，還可以改變上述參數(shù)來獲得所希望的游離度。在本發(fā)明中使用的術(shù)語“磨漿區(qū)域”指的是將木片轉(zhuǎn)變成紙漿的精磨機內(nèi)的區(qū)域。在本發(fā)明中所使用的術(shù)語“潤滑劑”指的是能夠減少或防止摩擦的物質(zhì)?！皾櫥瑒┤芤骸敝傅氖前瑵櫥瑒┑乃芤?；而“潤滑劑劑量”指的是輸送至木片中的潤滑劑的量。在本發(fā)明中使用的術(shù)語“載體”指的是能夠輸送摩擦劑并使摩擦劑輸送至木片中的流體或材料。在本明中使用的術(shù)語“摩擦劑”指的是莫氏硬度大于與其一起使用的木材的莫氏硬度，并且能夠在精磨機刀片和纖維或木片之間以及在纖維和木片之間產(chǎn)生摩擦的任何顆粒材料。此外，在暴露于制漿過程中使用的各種組分中時，所述摩擦劑不應(yīng)完全溶解或反應(yīng)?！拜d體/摩擦劑溶液”指的是包含載體/摩擦劑的水溶液；而“載體/摩擦劑劑量” 指的是輸送至木片中的載體/摩擦劑的量。本發(fā)明使用潤滑劑溶液或使用載體/摩擦劑溶液，從而就一定的目標(biāo)游離度增加與木片相關(guān)的精磨機的體積容量和/或降低比量消耗。更具體地說，該方法的實施方案包括(al)在輸送入磨漿區(qū)域之前，通過浸泡和/或噴淋將潤滑劑溶液施加至一定量的木片中；或(a2)在輸送入磨漿區(qū)域之前，通過浸泡和/或噴淋將載體/摩擦劑溶液施加至一定量的木片中；和(b)將所述木片輸送至精磨機中。如上所述，本發(fā)明的另一實施方案包括(1)將一定量的木片輸送至精磨機；和 (2)在所述磨漿區(qū)域通過浸泡和/或噴淋將載體/摩擦劑溶液施加至一定量的木片中。在該特定的實施方案中，潤滑劑、載體/摩擦劑、和其各自的用量以及其它所述的參數(shù)與本發(fā)明所述的保持一致。該實施方案著手解決的問題是改變載體/摩擦劑的添加位置。該實施方案適用于間歇或連續(xù)生產(chǎn)的造紙方法。在這兩種情況下，潤滑劑溶液或載體/摩擦劑溶液應(yīng)當(dāng)在所述量的木片中均勻地分布。此外，本發(fā)明還可以與本領(lǐng)域中熟知的各種常壓或加壓機械制漿方法結(jié)合使用，所述方法如其中木片在精磨機中經(jīng)受熱、壓力以及機械剪切作用的熱磨機械制漿(TMP)法；精磨機機械制漿(RMP)法；化學(xué)-機械制漿 (CMP)法；以及化學(xué)-熱磨機械制漿(CTMP)法。增加精磨機生產(chǎn)率的一個重要方面包括增加木片進入精磨機的體積流量或磨漿區(qū)域的容積。增加的生產(chǎn)率相當(dāng)于在給定時間內(nèi)可以進入并流過磨漿區(qū)域的增加的單位體積的木片的數(shù)量。在不被理論所束縛的情況下，據(jù)信增加的木片流量是由于木片相互之間更為有效的填裝所造成的，以致使在精磨機螺旋中有更少的空隙區(qū)域或蒸汽包。因此，潤滑劑溶液可以起木片潤滑劑和/或流變性改性劑的作用。通過1)使更多的木片供至精磨機； 和2)對紙漿提供更為均勻且可預(yù)測機械作用(最終導(dǎo)致更少生產(chǎn)波動)，木片更有效填裝可以生產(chǎn)出更高質(zhì)量的紙漿。根據(jù)本發(fā)明，步驟(al)包括通過用潤滑劑溶液對木片進行浸泡和/或噴淋將潤滑劑溶液施加至一定量的木片中，其中所述潤滑劑溶液包含約0. 04重量％至約15重量％ 的潤滑劑，優(yōu)選該溶液包含約0. 06重量％至約9. 0重量％的潤滑劑，更優(yōu)選約0. 06重量％ 至約2重量％，最為優(yōu)選的是該溶液包含約1. 0重量％的潤滑劑。步驟(al)的潤滑劑溶液可以通過本領(lǐng)域中任何已知的方法施加至木片中。優(yōu)選的是，通過對木片進行浸泡(包括預(yù)浸)而施加潤滑劑溶液。木片可以通過將木片浸在含潤滑劑溶液的浴中而浸泡。做為選擇，潤滑劑可以以粉末形式使用，可以在木片僅于水中預(yù)浸并隨后排水之后將其加至木片中，因為有足夠的殘留水在木片上，粉末將變成潤滑劑溶液。木片可以在將其輸送入磨漿區(qū)域之前浸泡從約1秒鐘至約10分鐘，優(yōu)選浸泡約30秒鐘至約5分鐘，更為優(yōu)選的浸泡時間為約1分鐘。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識且理解潤滑劑劑量是關(guān)鍵因素，因此，浸泡時間將根據(jù)溶液中的潤滑劑濃度、制漿過程(例如溫度、 壓力等等)、施加方法(例如噴淋、浸泡等等)、以及木片特性(例如水分含量、密度等等)而變化。以每噸木片計，潤滑劑劑量應(yīng)當(dāng)為約0. 1-6磅，優(yōu)選約0. 25-4磅，更為優(yōu)選約0. 5 磅。盡管有極少量的潤滑劑被吸入木片中，但通常潤滑劑劑量以吸附至木片上的潤滑劑的量為基礎(chǔ)。然而，潤滑作用是由吸附材料所引起的。做為選擇，在步驟(al)中，可以使用噴淋施加溶液的領(lǐng)域中任何常規(guī)的方法用潤滑劑溶液對木片進行噴淋，例如Flood jet ·嘴系統(tǒng)(Spraying System Co. ffheaton, III)。例如，在典型的方法中，可以剛好在輸送入木片預(yù)熱器之前，在初始的木片洗滌步驟之后，使用噴嘴用潤滑劑溶液對木片進行噴淋。潤滑劑溶液的施加速度取決于木片的流速并且應(yīng)當(dāng)設(shè)置一定的速度，以對木片提供所需的潤滑劑劑量。以每噸木片計，潤滑劑劑量應(yīng)當(dāng)為約0. 1-6磅，優(yōu)選約0. 25-4磅，更為優(yōu)選約0. 5磅。例如，向每小時約20噸生產(chǎn)率所需量的木片中施加0. 25重量％的潤滑劑溶液并且潤滑劑劑量為約0.5磅/噸時，施加速度應(yīng)當(dāng)為約7. 84加侖/分鐘(20x0. 5/0. 25x100/8. 5 (水密度，每加侖磅數(shù))/60 = 7. 84加侖 /分鐘)，這將提供木片所需的潤滑劑劑量。此外，可以利用上述浸泡和噴淋技術(shù)的組合來施加潤滑劑溶液。當(dāng)使用這樣的方法時，每一方面所需的時間會根據(jù)潤滑劑溶液的濃度、所用木片的類型等等而改變。然而， 以每噸木片計，潤滑劑劑量應(yīng)保留為約0. 1-6磅，優(yōu)選約0. 25-4磅，更為優(yōu)選約0. 5磅。如上所述，步驟(al)的潤滑劑溶液包含陽離子瓜耳膠、陽離子淀粉、陽離子型聚丙烯酰胺、非離子聚環(huán)氧乙烷、含黃原酸膠和至少一種其它潤滑劑(優(yōu)選為陽離子瓜耳膠) 的混合物，和/或上述不同潤滑劑的各種組合。當(dāng)利用各種潤滑劑的混合物時，每一種單獨的潤滑劑可以以如下重量比存在約1 99-約99 1，更優(yōu)選約1 4-約4 1，最為優(yōu)選的重量比為約1 1。通常，根據(jù)步驟(al)所用的瓜耳膠是包含與以側(cè)鏈存在的一元α _D_半乳糖吡喃單元連接的β -D-甘露糖吡喃單元的直鏈的半乳糖-甘露聚糖，其中，這些單元的比率分別為約1 4。本發(fā)明的實施方案可以使用導(dǎo)致優(yōu)選的陽離子瓜耳膠的半乳糖和甘露糖的共聚物。通過與季銨化合物的季銨化作用可以使瓜耳膠表現(xiàn)陽離子性。典型的陽離子瓜耳膠具有如下表示的通式瓜耳膠-O-C2H4NH3，式中氧分子指的是CH2OH活性部位。用于本發(fā)明的優(yōu)選的陽離子瓜耳膠的數(shù)均分子量從約1，000，000至約 2，000，000，優(yōu)選從約1,700,000至約1，900，000，更優(yōu)選為約1，800，000。優(yōu)選陽離子瓜耳膠的例子包括但不局限于瓜耳膠羥丙基三鏌氯化物(guar hydroxypropyltrimonium chloride)。市售陽離子瓜耳膠的例子為Galactasol* SP 813S (得自Hercules Incorporated, Wilmington, DE)。陽離子型聚丙烯酰胺包括丙烯酰胺的單體基團(即，CH = C[-C0NH2]-，式中方括弧中的基團連接至第二個碳上)。陽離子共聚-單體通常有季銨基團，并且它們通過酰胺-CH = C [-CONH-RN+ (CH3) 3] 或酯-CH = C [-COO-R-N+ (CH3) 3] 連接至聚合物鏈上，式中 R= (CH2)n，且 η = 0-8，X 為陰離子(例如，Cl—、Br—、或 S04_)。用于本發(fā)明的優(yōu)選的陽離子型聚丙烯酰胺的數(shù)均分子量從約1，000，000至約 10，000, 000，優(yōu)選從約3，000, 000至約8，000, 000，更優(yōu)選為約5，000, 000。另外，陽離子型
聚丙烯酰胺的陽離子電荷密度在約5摩爾％和約100摩爾％之間，優(yōu)選約7摩爾％至約20 摩爾％，更為優(yōu)選的陽離子電荷密度為約10摩爾％。市售陽離子型聚丙烯酰胺的例子包括但不局限于 PerForm* 8713 (得自 Hercules Incorporated, Wilmington, DE)。通常，聚環(huán)氧乙烷包含含環(huán)氧環(huán)的環(huán)氧乙烷單體，其中，分子通常還包含兩個CH2 連接基和一個氧原子。在催化劑存在下，所述單體形成具有重復(fù)單元-CH2-CH2-O-的鏈。用于本發(fā)明的優(yōu)選的非離子聚環(huán)氧乙烷的數(shù)均分子量大于或等于50，000，優(yōu)選從約500，000至約50，000, 000,更優(yōu)選為約2，000, 000。市售聚環(huán)氧乙烷的例子包括但不局限于 Polyol WSR303(得自 Dow Chemical, Midland MI)。淀粉是一重復(fù)葡萄糖單元，其具有C6H12O6的碳水化合物單體組成。在該聚合物中， 各單元具有三個-OH基，并且這些單元通過柔性α-1-4-糖甙(glycocidic)鍵連接到一起。陽離子淀粉通過用制劑如環(huán)氧丙基三甲基氯化銨(其包含季氮)對淀粉進行處理而獲得，其通常在C6位連接至淀粉上。用于本發(fā)明的優(yōu)選的陽離子淀粉產(chǎn)品的數(shù)均分子量在約1，000至約2，000，000 的范圍內(nèi)，優(yōu)選從約5，000至約20，000,更優(yōu)選為約10，000。另外，陽離子淀粉的電荷密度在約0. 15%和0. 43%的氮之間，優(yōu)選陽離子電荷密度為約0. 30% -0. 36%的氮，更為優(yōu)選的電荷密度為約0.33%。市售陽離子淀粉的例子包括但不局限于陽離子玉米淀粉，如 National 3782A ；陽離子waxy maze，例如，MicroCAf 110 ；和陽離子馬鈴薯淀粉，例如 Staloc 400(所有這些淀粉均得自 National Starch Company，hdianapolis，IN)。黃原酸膠是通過粘滯發(fā)酵(viscous fermentation)生產(chǎn)的高分子量多糖類。聚合物骨架由β-1，4-連接的D-葡萄糖殘基組成，因此與纖維素分子是相同的。在兩個甘露糖單元之間包含一個葡糖醛酸單元的三糖分支在3-位連接至每隔一個的葡萄糖單元上。優(yōu)選黃原酸膠的分子量從約1，000, 000至約4，000, 000,更優(yōu)選從約2，000, 000至約 3，000，000，最優(yōu)選約 2，000, 000。合適的市售黃原酸膠的例子包括但不局限于Kelzan RD (得自CPKelco， Wilmington, DE)。黃原酸膠和至少一種其它潤滑劑(優(yōu)選陽離子瓜耳膠)，和/或不同潤滑劑的各種組合優(yōu)選的的重量比是約10 1至約1 10，更優(yōu)選從約5 1至約1 5，最優(yōu)選約 1 1。紙漿磨漿的另一重要方面是紙漿或纖維在磨漿區(qū)域中的停留時間。與纖維/纖維和纖維/刀片接觸點增加的數(shù)量一致，與更短停留時間相比，磨漿區(qū)域中停留時間越長，將形成更高質(zhì)量的紙漿。與較少數(shù)量刀片接觸點上相同的能量分布相比，在較多數(shù)量刀片接觸點上的能量分布更為有效。載體/摩擦劑溶液的添加將增加磨漿區(qū)域中纖維之間以及纖維和刀片之間的摩擦。因此，載體/摩擦劑溶液在短的停留時間內(nèi)達到了更長停留時間的效果。摩擦劑是一種通過載體溶液載在木片上的磨料。一旦木片處于精磨機中，載體變稀， 并且摩擦劑處于木片表面上以便起磨料的作用。因此，通過載體/摩擦劑溶液所賦予的摩擦程度較大，使得就一定的目標(biāo)游離度其比能消耗下降。根據(jù)本發(fā)明，步驟(^)包括通過用載體/摩擦劑溶液對木片進行浸泡和/或噴淋將載體/摩擦劑溶液施加至一定量的木片中，其中所述溶液包含約0. 04重量％至約15 重量％的載體，優(yōu)選該溶液包含約0. 06重量％至約9. 0重量％的載體，更優(yōu)選約0. 06重量％至約2重量％的載體，最為優(yōu)選的是該溶液包含約0. 5重量％的載體(以載體/摩擦劑溶液的總重量計)。
另外，載體/摩擦劑溶液包含約0. 3-30重量％的摩擦劑，優(yōu)選約0. 3-10重量％， 更優(yōu)選約1-8重量％的摩擦劑，最優(yōu)選的是所述溶液包含約3重量％的摩擦劑(以載體/ 摩擦劑溶液的總重量計)。最有利的是，載體/摩擦劑溶液包含約0. 5重量％的載體和約3 重量％的摩擦劑(以載體/摩擦溶液的總重量計)。優(yōu)選的是，在載體/摩擦劑溶液中，載體和摩擦劑的重量比為約1 20-1 3，優(yōu)選約1 10-1 5，更優(yōu)選約1 6。步驟(^)的載體/摩擦劑溶液可以通過本領(lǐng)域中已知的任何方法施加至木片中。 優(yōu)選的是，通過對木片進行浸泡(包括預(yù)浸)而施加所述溶液。木片可以通過浸在含載體 /摩擦劑溶液的浴中而浸泡。做為選擇，載體和摩擦劑可以以粉末形式使用，以致使可以在木片僅于水中預(yù)浸并隨后排水之后將其加至木片中，因為有足夠的殘留水在木片上，粉末將變成載體/摩擦劑溶液。木片可以在將其輸送入磨漿區(qū)域之前浸泡約1秒鐘至約10分鐘，優(yōu)選浸泡約30秒鐘至約5分鐘，更為優(yōu)選的浸泡時間約為1分鐘。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，載體和摩擦劑的劑量是關(guān)鍵因素。載體/摩擦劑劑量應(yīng)當(dāng)在以每噸木片計約0. 1-10磅載體/摩擦劑范圍內(nèi)，優(yōu)選以每噸木片計為約0. 1-6磅，更優(yōu)選以每噸木片計為約0. 25-4磅載體/摩擦劑，最優(yōu)選的是以每噸木片計為約3. 5磅載體/摩擦劑。做為選擇，在步驟(^)中，木片可以在進入磨漿區(qū)域之前或在磨漿區(qū)域中，利用在本領(lǐng)域中已知的噴施溶液的方法(如上所述)，用載體/摩擦劑溶液對木片進行噴淋。例如，在典型的方法中，可以使用噴嘴在木片進入精磨機之前用載體/摩擦劑溶液在螺旋喂送器對其進行噴淋。載體/摩擦劑溶液的施加速度取決于木片的流速并且應(yīng)當(dāng)設(shè)為某個速度，以致使對木片提供所需的載體/摩擦劑劑量。載體/摩擦劑劑量應(yīng)當(dāng)為以每噸木片計約 0. 1-10磅載體/摩擦劑，優(yōu)選為以每噸木片計約0. 1-6磅載體/摩擦劑，更優(yōu)選為以每噸木片計0. 25-4磅載體/摩擦劑，最優(yōu)選的是以每噸木片計約3. 5磅載體/摩擦劑。例如， 向每小時約20噸生產(chǎn)率所需的量的木片中施加3. 5重量％的載體/摩擦劑溶液并且載體/ 摩擦劑劑量為約3. 5磅/噸時，施加速率應(yīng)當(dāng)為約3. 9加侖/分鐘00x3. 5/8. 5 (水密度， 每加侖磅數(shù))/60x100/3. 5 = 3. 9加侖/分鐘)，這將提供木片所需的載體/摩擦劑劑量。此外，可以利用上述浸泡和噴淋技術(shù)的組合來施加載體/摩擦劑溶液。當(dāng)利用這樣的方法時，每一方面所需的時間可以根據(jù)載體/摩擦劑溶液的濃度、所用木片的類型等等而改變。然而，載體/摩擦劑劑量應(yīng)當(dāng)保留在以每噸木片計約0.1-10磅載體/摩擦劑范圍內(nèi)，優(yōu)選以每噸木片計約0. 1-6磅載體/摩擦劑，更優(yōu)選為以每噸木片計約0. 25-4磅載體/摩擦劑，最優(yōu)選的是以每噸木片計約3. 5磅載體/摩擦劑。供步驟(a2)使用的載體包含陽離子瓜耳膠、陰離子瓜耳膠、非離子瓜耳膠、兩性瓜耳膠、陽離子淀粉、非離子聚環(huán)氧乙烷、陽離子型聚丙烯酰胺，陰離子型聚丙烯酰胺，非離子型聚丙烯酰胺，黃原酸膠，黃原酸膠和至少一種其它載體(優(yōu)選陽離子/非離子/陰離子/兩性瓜耳膠之一)的混合物、以及上述載體的其它各種組合。如陽離子瓜耳膠、陽離子淀粉、非離子聚環(huán)氧乙烷、陽離子型聚丙烯酰胺和黃原酸膠的那些載體與上述的相同， 而其余的載體如下所述。當(dāng)利用混合物時，每一種單獨的載體可以以如下重量比存在約 1 99-約99 1，更優(yōu)選約1 4-約4 1，最為優(yōu)選的重量比為約1 1。通常，根據(jù)步驟(^)所用的瓜耳膠是包含與以側(cè)鏈存在的一元α -D-半乳糖吡喃單元連接的β -D-甘露糖吡喃單元的直鏈的半乳糖-甘露聚糖，其中，這些單元的比率為約1 4。本發(fā)明的實施方案可以使用導(dǎo)致優(yōu)選的陰離子或非離子瓜耳膠的半乳糖和甘露糖的共聚物?？梢酝ㄟ^半乳糖-甘露糖鏈的羥基官能團，通過醚化或酯化反應(yīng)來生產(chǎn)陰離子瓜耳膠和非離子瓜耳膠衍生物。用于本發(fā)明的優(yōu)選的陰離子瓜耳膠和/或非離子瓜耳膠的數(shù)均分子量從約 1，000，000 至約 2，000，000，優(yōu)選從約 1，700，000 至約 1，900，000，更優(yōu)選為約 1，800，000。
優(yōu)選陰離子型瓜耳膠的例子包括但不局限于羧甲基羥丙基瓜耳膠。市售陰離子瓜耳膠的例子為 Galactasol 60H3FD(得自 Hercules Incorporated,Wilmington,DE) 優(yōu)選非離子瓜耳膠的例子包括但不局限于瓜耳膠。市售非離子瓜耳膠的例子為SupercoleG2S(得自 Hercules Incorporated, Wilmington, DE)。兩性瓜耳膠包含陽離子瓜耳膠和陰離子瓜耳膠的各種混合物。市售兩性瓜耳膠的例子為 AQU D-3372 (得自 Hercules Incorporated, Wilmington, DE)。陰離子型聚丙烯酰胺和非離子型聚丙烯酰胺包括丙烯酰胺的單體(即，CH = C[-CONH2]-，式中方括弧中的基團連接至第二個碳上)。陰離子型聚丙烯酰胺通常具有連接至聚合物鏈上的陰離子共聚-單體基團。所述單體包括但不局限于(甲基)丙烯酸及其鹽、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸鹽、硫代乙基_(甲基)丙烯酸酯、乙烯基磺酸，馬來酸或其它二元酸或其鹽或它們的混合物。非離子型聚丙烯酰胺通常具有連接至聚合物鏈上的非離子共聚-單體基團。非離子單體包括但不局限于(甲基)丙烯酰胺、N-烷基丙烯酰胺如N-甲基丙烯酰胺、N，N- 二烷基丙烯酰胺如N，N- 二甲基丙烯酰胺、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、乙酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、以及前述物質(zhì)的混合物等等。用于本發(fā)明的優(yōu)選的陰離子型聚丙烯酰胺和非離子型聚丙烯酰胺的數(shù)均分子量從約1，000, 000至約25，000, 000,優(yōu)選從約2，000, 000至約24，000, 000,更優(yōu)選為約 3，000, 000至約23，000, 000。另外，陰離子載體的陰離子電荷密度在約0摩爾％和約100摩爾％之間，優(yōu)選約1-99摩爾％，更優(yōu)選的陰離子電荷密度為約2-98摩爾％。市售陰離子型聚丙烯酰胺的例子包括但不局限于Floerger AN910(得自SNF Floerger, Riceboro, GA)。 市售非離子型聚丙烯酰胺的例子包括但不局限于Floerger FA920 (得自SNF Floerger, Riceboro, GA)。優(yōu)選的黃原酸膠和至少一種其它載體(優(yōu)選陽離子/非離子/陰離子/兩性瓜耳膠之一)，以及不同載體的混合物的重量比為約10 1至約1 10，更優(yōu)選從約5 1至約1 5，最優(yōu)選約1 1。步驟(a2)中的摩擦劑顆粒通常應(yīng)當(dāng)具有約1-9，優(yōu)選約2_7，更優(yōu)選約3_6的莫氏硬度(本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員熟知的硬度標(biāo)度)。摩擦劑的例子包括但不局限于氧化鋁、浮石、偏硅酸鈣(例如硅灰石)、霞石正長巖、硅石、長石、氫氧化鋁、玻璃珠、石英、粘土和所述摩擦劑的各種混合物。當(dāng)利用混合物時，每一種單獨的摩擦劑可以以如下重量比存在約1 99-約99 1，更優(yōu)選約1 4-約 4 1，最為優(yōu)選的重量比為約1 1。摩擦劑顆粒的粒度通常為約1-200微米，優(yōu)選約50-150微米，更優(yōu)選的粒度約70微米。用于本發(fā)明實施方案的市售摩擦劑的例子包括但不局限于得自KC AbrasivesCompany (LLC, Kansas City, KS)的氧化鋁(40微米、75-76微米或102微米和莫氏硬度為 9)和得自 Composition Materials (Milford CT)的 70-100 微米的氧化鋁。就步驟(b)而言，木片可以通過本領(lǐng)域已知的方法自動地或手工地(由操作者將木片加入精磨機中)輸送至精磨機中。通常，在本領(lǐng)域中，木片在精磨機中的停留時間為約0. 1秒鐘至約150秒鐘，這取決于木片的種類、螺旋喂送器的速度、精磨機磨片的間隙以及其它相關(guān)的參數(shù)。通常，在磨漿過程中，不管是在添加所述添加劑溶液或陽離子瓜耳膠/氧化鋁溶液之前還是之后，濕紙漿材料的PH值為約6. 5-9，優(yōu)選約6. 5-7. 5。
具體實施例方式實施例本發(fā)明的實施方案將在如下實施例中進行限定。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實施例僅僅是說明性的。根據(jù)上面的討論和這些實施例，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員能夠確定本發(fā)明的基本特征；并且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還能夠?qū)Ρ景l(fā)明作出各種改變和改進， 以便使本發(fā)明適應(yīng)各種用途和條件。因此，除在本發(fā)明中示出并描述的以外，根據(jù)上文的描述，本發(fā)明的各種改進對于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說將是顯而易見的。盡管參考特定的手段、材料和實施方案對本發(fā)明進行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于所公開的特定方案，而是延伸至權(quán)利要求書范圍的所有等同物。實施例1、2、3和4的條件和過程木片的制備利用Sweco振動分離器(例如Sweco振動能量分離器，型號LS18S33，由SWEC0， Incorporated, Florence KY 制造)，對得自 Georgia Pacific(Palatka, Florida)或 Alabama River Newsprint (Monroeville, Alabama)白勺f l羊胃^■豐公#口十胃&ff 選。合格的木片尺寸為大于7/8英寸且小于1英寸。每次磨漿批料使用2000克A.D.木片 (A.D.指的是常溫干燥)。對每次批料確定篩選木片的固含量。將各個木片批料在環(huán)境溫度下浸泡在去離子水、潤滑劑溶液或載體/摩擦劑溶液中為時1分鐘，所述溶液在帶有排水管的12夸脫的罐中；接著是30秒的排水時間。通過測量浸泡周期之前木片的重量和浸泡周期之后木片的重量增加來確定潤滑劑的劑量或載體/摩擦劑的劑量。例如，1000克的O.D.木片試樣吸附約400克、0.0625% 的潤滑劑溶液或載體/摩擦劑溶液。因此，所述劑量可根據(jù)如下公式計算產(chǎn)品溶液(％ )/ 木片的絕干重量(克)x溶液劑量(克)x2000(磅)=處理噸木片劑量的磅數(shù)。在實施例中試驗的潤滑劑包括1.) GalactaSOrSP 813S，得自 Hercules Incorporated (Wilmington, DE)的陽離子瓜耳膠(CGG)；2.) PerForm 8713，得自 Hercules Incorporated (Wilmington，DE)的陽離子型聚丙烯酰胺(CPAM)；3.) MicroCAT 110，得自 National Starch Company (Indianapolis, IN)的陽離子 waxy maze (CWM)；4.) Staloc 400，得自 National Starch Company (Indianapolis, IN)的陽離子馬鈴薯淀粉(CPS)；5. )Polyox WSR 303，得自 Dow chemical (Midland, MI)的聚環(huán)氧乙燒(PEO)；禾口6.)約75_76微米QOO目)和IO2微米(ΙδΟ目)的氧化鋁顆粒(AO)，得自Fisher Scientific ；7. ) Kelzan RD，得自 CP Kelco (Wilmington, DE)的黃原酸膠(XG)；8.)National 3782A，電荷密度0. 30-0. 36 %氮，陽離子玉米淀粉(CCS)，得自 National Starch and Chemical Company(Indianapolis, IN)。在實施例中試驗的載體包括Galactaxole SP 813S，得自Hercules Incorporated (Wilmington, DE)的陽離子瓜耳膠(CGG)。在實施例中試驗的摩擦劑包括1.)約75-76微米和102微米的氧化鋁顆粒(AO)，得自Fisher Scientific ；2.)得自 AGSCO Corporation (Wheeling, Illinois)的浮石，浮石 0-1/2。3.)得自 Fibertec (Bridgewater，Massachusetts)的偏硅酸鈣,硅灰石 915U。4.)得自 AGSCO Corporation (Wheeling, Illinois)的霞石正長巖，如霞石正長巖 #50。磨漿過程木片可以通過操作者手工地加入精磨機垂直進料槽，固定蓋板螺栓并在125°C使用蒸汽對所述槽加壓3分鐘。蒸汽直接注入所述室中。除了另有說明外，表1列出了實施例1、2、3和4所使用的精磨機參數(shù)。表 權(quán)利要求
1.一種就一定的目標(biāo)游離度降低精磨機比能的方法，包括(1)將一定量的木片輸送至精磨機；和(2)將載體/摩擦劑溶液施加至磨漿區(qū)域中的一定量的木片中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，通過浸泡、噴淋或其結(jié)合將所述載體/摩擦劑溶液施加至所述木片中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述載體/摩擦劑溶液包含載體，所述載體包括陽離子瓜耳膠、陰離子瓜耳膠、非離子瓜耳膠、兩性瓜耳膠、陽離子淀粉、陽離子型聚丙烯酰胺、陰離子型聚丙烯酰胺、非離子型聚丙烯酰胺、非離子聚環(huán)氧乙烷、黃原酸膠、黃原酸膠和至少一種其它載體的混合物、及它們的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述載體/摩擦劑溶液包含摩擦劑，所述摩擦劑包括 氧化鋁、浮石、偏硅酸鈣、霞石正長巖、硅石、長石、氫氧化鋁、玻璃珠、石英、粘土及它們的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述載體/摩擦劑溶液包含莫氏硬度為1-9的摩擦劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述載體/摩擦劑溶液包含粒度為1-200微米的摩擦劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述載體/摩擦劑溶液包含0.04-15重量％的所述載體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，所述載體/摩擦劑溶液包含約0.5重量％的所述載體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述載體/摩擦劑溶液包含0.3-30重量％的摩擦劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，所述載體/摩擦劑溶液包含約3重量％的所述摩擦劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述載體/摩擦劑溶液包含約0.5重量％的載體和約3重量％的摩擦劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述載體/摩擦劑中載體與摩擦劑的重量比為 1 20 至 1 3。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在施加所述載體/摩擦劑溶液之后，所述木片的載體 /摩擦劑劑量為每噸木片0.1-10磅。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，在施加所述載體/摩擦劑溶液之后，所述載體/摩擦劑劑量以每噸木片計為約3. 5磅。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，對所述木片浸泡1秒鐘至10分鐘。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述黃原酸膠和至少一種其它潤滑劑的混合物中黃原酸膠與所述至少一種潤滑劑的重量比從10 1至1 10。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種就一定的目標(biāo)游離度通過分別使用潤滑劑或載體/摩擦劑而增加精磨機生產(chǎn)率和/或降低比能消耗的方法。
文檔編號D21B1/02GK102154865SQ20111009026
公開日2011年8月17日 申請日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者埃里克·奧斯瓦爾多·費爾南德斯, 馬克·愛德華·勞林特 申請人:赫爾克里士公司