專利名稱：二次纖維的去油墨及漂白的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二次纖維素纖維的去油墨與漂白，特別是涉及處理此種纖維方法的改良，可達到所需要的白度，同時所生成的有害的氯化有機物降至零或微小程度。
在現(xiàn)有的二次纖維去油墨與漂白工廠內(nèi)，例如進行廢棄舊紙及其他含纖維物質(zhì)的回收，將此等物料收集并且依類別(書本、報紙、紙板等)堆放。將此等分堆的纖維物料在水力碎漿機中混合，制漿及清潔，如果情況需要然后進行水洗或浮選去油墨步驟。將此處理過的紙漿送至漂白裝置，進行一系列除本素/漂白及萃取步驟，每步驟要用到不同的化學(xué)處理藥劑及操作環(huán)境。起初的制漿及清潔操作是為了去除存在于纖維中的油墨，而其后的漂白步驟是為了增加紙漿的白度及去除任何殘留的油墨及(或)木素。紙漿漂白的有效程度是以白度粘度等指標表示。
在回收廢紙及其他二次纖維物料的去油墨及漂白方法中，最常用方式是應(yīng)用以氯為基礎(chǔ)的化學(xué)品(一般適用于高級紙)或亞硫酸氫鹽(一般適用于新聞紙)。回收紙漿的漂白應(yīng)用不同處理過程以獲得想要的白度，一般在76白度單位(ISO)以上，通常在78-82范圍之間。對于高級紙的漂白，超過80%的情形是用CEH型或CH型處理程序。在本技術(shù)領(lǐng)域中常用的此等字母分別代表C＝以氯(Cl2)進行氯化E＝以NaOH進行堿萃取
H＝堿性次氯酸鹽(NaOCl)使用以氯為基礎(chǔ)的化學(xué)品進行漂白處理的工廠，其對環(huán)境的負面影響近年來已為人們所關(guān)切，尤其在某些漂白廠排放物、淤漿及紙產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)有高毒性的氯化的二噁英(dioxins)及呋喃化合物。目前本行業(yè)已認為將紙漿及紙廠排放物中的氯-有機物含量降低是非常重要的事情。
由于含氯有機物的形成與傳統(tǒng)漂白過程的氯化及次氯鹽酸處理階段中所使用及消耗的分子氯的量有密切關(guān)系，于是借助于一種高成本效益手段將氯化及次氯酸鹽處理階段中的氯用量降低而減少氯-有機物的形成，遠比依賴先進的廢水處理系統(tǒng)進行后處理的技術(shù)來得重要。不同于牛皮紙工業(yè)(原始木材加工)，回收紙工業(yè)才剛開始對氯化的有毒物質(zhì)問題進行解決，包括降低氯及次氯酸鹽使用量的計劃才開始進行。
用于牛皮紙漿的漂白與除木素以及二次纖維漂白的所有一般處理過程，均牽涉到以氯為基礎(chǔ)的化學(xué)品。雖然一些實驗研究曾于二次纖維漂白方法中使用分子氧(Markham，L.D.，et al.，TAPPI 1988 PULPING CONFERENCE PROCEEDING，pp 189-196)，但是此等嘗試在沒有同時于漂白過程中使用相對大量的含氯化學(xué)品的情況下仍然無法生產(chǎn)出具有合格高白度的紙漿。
本發(fā)明的目的有A.于二次纖維物料的去油墨與漂白中避免或減少產(chǎn)生有害氯化物產(chǎn)品。
B.促使二次纖維素纖維的去油墨及漂白達到先前可獲得的相同高或更高的白度，同時不需借助于使用大量含氯化學(xué)品。
C.提供適用于二次纖維的去油墨與漂白方法，其中避免了殘留油墨及(或)其他污染物在清洗過程中的再沉淀。
D.促使二次纖維的有效漂白達致想要的白度，即使初始紙漿中存在有相當(dāng)高含量的殘余木素，也能達到。
按本發(fā)明，制成紙漿的二次纖維在經(jīng)傳統(tǒng)的清洗及清潔去油墨步驟后，于外加的堿存在下以含氧氣體進行處理，并且于含溶解的界面活性劑的水溶液介質(zhì)中清洗，如果情況需要亦可增加一個最后漂白階段而進一步處理。業(yè)已發(fā)現(xiàn)在上述清洗中存在有界面活性劑可避免殘留油墨或其他污染物再沉淀于纖維上。再者，使用界面活性劑清洗可增進后續(xù)或最后化學(xué)品漂白階段的紙漿可漂白性。
于本發(fā)明的一個較佳具體實施方案中，含有界面活性劑的堿性液體從紙漿中洗出后可以再循環(huán)至去油墨過程中的某個選定的階段，從而明顯地節(jié)省操作及化學(xué)品費用。
本

發(fā)明內(nèi)容
及其優(yōu)點可從以下說明并參考附圖進一步清楚了解，其中

圖1 為工藝流程圖，其中描繪了依本發(fā)明之一具體實施方案用于氧階段的系統(tǒng)并且將界面活性劑清洗應(yīng)用于二次纖維紙漿。
圖2 顯示出按說明書的實施例1進行界面活性劑清洗所獲得的白度效果。
圖3 顯示了操作變量對漂白過程中不同階段所獲得紙漿白度的影響。
圖4 顯示了在過氧化物漂白之前及之后氫氧化鈉用量對所獲得紙漿白度的影響。
圖5顯示了在兩種不同溫度在處理過程中變化滯留時間對所獲得白度的影響。
一般而言，本發(fā)明的實施包括使用氧、堿及界面活性劑對二次纖維進行漂白與去油墨。如圖1所示，在二次纖維于傳統(tǒng)步驟中經(jīng)過制漿，清潔，去油墨及清洗后，接著進行初始的氧漂白階段(10)的處理。此分子氧處理是在加壓狀態(tài)下在堿性水溶液介質(zhì)中進行。所選擇操作條件依所提供的再循環(huán)或廢棄纖維物料的種類而定。一般而言，進行此氧反應(yīng)是在溫度介于60-130℃，氫氧化鈉用量介于1至7%(以風(fēng)干紙漿重量為準)，滯留時間介于0.1至2小時，壓力介于20-150磅/平方英寸表壓。在氧處理步驟后，將紙漿稀釋(12)，再用真空過濾器以含有0.1至1.0%(以紙漿重量為準)界面活性劑的水進行清洗(14)。用界面活性劑清洗的目的在于避免殘留油墨及其他污染物再沉淀。汽相過的紙漿在最終漂白階段(15)進行處理，再次用真空過濾器清洗及干燥，如圖中(16)所示。
使用于具體情況下的優(yōu)選操作條件主要取決于再循環(huán)纖維的具體組成，例如木素含量，所存在油墨的量及種類，涂布層含量及添加劑等。對于具有高含量上述污染物的紙漿，若處理條件低于所需的程度，將導(dǎo)致所獲得白度低于想要的增加值。如果操作條件超過所需程度的上限，將導(dǎo)致強度及粘度大幅度下降，也將使得對紙漿有效漂白與去油墨所需要的設(shè)備帶來投資的局限性。
本發(fā)明在紙漿白度方面所達到的出乎意料的改進，且不論有無任何具體理論依據(jù)，至少顯現(xiàn)出有兩個有利因素。首先，在氧處理過程中，所含一切磨木漿(未經(jīng)加工的纖維)發(fā)生脫木素作用，從而借助于將之分解并將之從紙漿中洗脫而除掉木素的顏色。其次，早先未被除掉的殘留油墨被氧化并被脫除。如果在此清洗步驟中未使用界面活性劑，該油墨及殘留的有色物質(zhì)通常會再度沉淀于紙漿上。另方面，此界面活性劑可除去或防止此再沉淀物。
本發(fā)明方法的優(yōu)點之一是減少或完全避免在最終漂白工序所使用的化學(xué)品，例如亞硫酸氫鹽及(或)氯化合物，此等化學(xué)品均對環(huán)境有害。因此，一個典型的五工序漂白過程可以簡化至一、二或三工序過程，同時也使設(shè)備投資額減少。
于實驗室中進行了一批實驗，目的是測定在氧漂白步驟后于界面活性劑水溶液中清洗紙漿產(chǎn)生的效果。按兩種不同的程序進行實驗。于程序Ⅰ中用標示為OSP的過程，于過程Ⅱ中(標示為CEOSP)在氧處理步驟前采用中度氯化工序。
程序Ⅰ中所使用的操作過程基本上即為圖1所舉例示范者。
實施例1程序Ⅰ-OSP方法(氧-界面活性劑，過氧化物)A.標準氧漂白工序(O)將經(jīng)過清潔及清洗的紙漿置放于實驗室氧反應(yīng)器中，該反應(yīng)器是由一個加壓反應(yīng)器、混合器、流量控制器及反應(yīng)條件監(jiān)控器所組成。將一定量的水及氫氧化鈉加入該紙漿中，該紙漿對水的稠度為10%(氫氧化鈉量是變化的)。然后將反應(yīng)器密封并以水蒸汽及電熱外罩兩者進行加熱(至60-130℃)。然后，該反應(yīng)器用氧氣加壓至30-150磅/平方英寸表壓，并且將高剪力攪拌器開動1分鐘。該紙漿于此等條件下保持于該反應(yīng)器內(nèi)30分鐘至2小時，同時每10分鐘為周期攪拌混合一次。
B.界面活性劑清洗(S)將從氧反應(yīng)器取出的紙漿稀釋并倒入燒杯中，在其中與介于該紙漿重量0.25-2%的一種界面活性劑混合。將此混合物倒入真空過濾器，并按每60克風(fēng)干紙漿使用約4000毫升水的用量進行沖洗。
C.過氧化物工序(P)清洗及過濾后，將紙漿置于聚酯塑料袋中，并用1%氫氧化鈉及1%過氧化氫的劑量處理。加入水使紙漿稠度為12%。將塑料袋熱封合并置于150-180°F的恒溫水浴中60-120分鐘。然后將紙漿從該水浴及袋中移出，置于真空過濾器中，干燥至稠度約25%。依TAPPI標準試驗方法分別測定粘度(T230)，手抄紙頁(T218)，及白度(T217)?；瘜W(xué)品用量以重量百分比為基準，紙漿重量以風(fēng)干為基準。所列出測試程序見于TAPPIStandard Test Methods 1989。
使用程序Ⅰ的實驗中其操作條件列于表1中，在不同處理階段所測定紙漿白度列于表2中。
表1氧條件 過氧化物條件溫度，℃ 130° 65°堿用量(%) 5 1.0滯留時間(小時) 1 2壓力(磅/平方英寸表壓) 150 -界面活性劑(%) 0.5 -過氧化物(%) - 1.0表2工序 白度(ISO單位)使用界面 不使用界面活性劑 面活性劑 差值起初 56.9 56.9 -氧 69.0 69.0 -清洗 71.4 70.3 1.1過氧化物 78.0 74.1 3.9雖然在界面活性劑清洗步驟后紙漿白度僅顯示出約1.56%的增值，但是在最終過氧化物漂白后所測定的白度增值意外地超過5%。
實施例2程序Ⅱ-CEOSP方法A.氯化工序(C)將60克烘箱中干燥、對水為4%稠度的紙漿置放于聚酯塑料袋中，并將一定的氯水加入于其中使得活性氯含量為2.0%。將該塑料袋熱封并且在常溫進行氯化1小時。將該紙漿過濾并以水清洗。
B.堿氧萃取工序(EO)然后按程序(ⅠA)的步驟，并在反應(yīng)器中以不同條件(如以下描述)進行考察。溫度設(shè)定在60-100℃。壓力設(shè)定在30-50磅/平方英寸表壓，以及10分鐘滯留時間，以便模擬EO反應(yīng)器的上流管。全部滯留時間設(shè)定為60分鐘，氫氧化鈉用量保持在1.5%。
C.界面活性劑清洗(S)與程序(ⅠB)相同。
D.過氧化物階段(P)與程序(ⅠC)相同。
E.其他與程序(ⅠD)相同。
進行程序Ⅱ(CEOSP)的數(shù)據(jù)列于表3中，在不同工序所測得白度列于表4中。
表3條件 Cl2EOS P溫度，℃ 45 65 65Cl2用量，(%) 2.0 ＊ ＊稠度(%) 4.0 10.0 12.0滯留時間(小時) 0.5 0.83 2.0壓力(于上流塔中)磅/平方英寸表壓 ＊ 30 ＊滯留時間(于上流塔中)(分鐘) ＊ 10 ＊過氧化物用量(%) ＊ ＊ 1.0NaOH用量 ＊ 1.5 1.0界面活性用量(%) ＊ 1.0 ＊(于EO后的清洗槽中)注在EO工序的最初10分鐘里，將氧氣混合加入該反應(yīng)器中，是在每5分鐘一次的兩個1分鐘的時間段中分別混合加入。
表4白度(ISO單位)有界面 無界面階段 活性劑 活性劑 差值起初 56.9 56.0 -Cl261.0 61.0 -EO66.8 66.8 -清洗 69.2 67.9 1.3過氧化物 77.6 73.4 4.2實施例1及2中所有實驗，以及以后所報道者，均使用市售的未漂白再循環(huán)二次紙漿。用于實施例1及2的界面活性劑為壬基苯氧基(亞乙基氧)乙醇、乙二醇及水的非離子型摻混物。
從以上實例所觀察到的數(shù)據(jù)顯示出，界面活性劑處理增進了紙漿在最終處理階段的可漂白性，因此在白度提高方面達到了出乎意料的效果。
在實施例2的采用初始氯漂白步驟的程序中，僅需要相對地為低至中度濃度的活性氯，優(yōu)選為水溶液介質(zhì)中活性氯含量范圍約0.5至3.0%，一般均低于5%。
實施例3至10進行一系列不同操作條件的實驗，以決定在漂白過程中哪一階段使用界面活性劑水溶液洗滌最為有利。所得結(jié)果表示于圖2中。
總共進行了8個實驗，4個在(A)組條件下進行(100℃，4%NaOH，滯留時間60分鐘，130磅/平方英寸表壓)，另外4個在(B)組條件下進行(130℃，5%NaOH，滯留時間45分鐘，130磅/平方英寸表壓)。每組實驗中均有1個作為對照例，一對在氧反應(yīng)前進行界面活性劑清洗，另一對在氧反應(yīng)前及后均進行界面活性劑清洗。測量所有白度，其結(jié)果列于表5。
表5(A)白度 (B)白度氧 1) 62.2 2) 67.9界面活性劑-氧 3) 64.5 4) 68.8氧-界面活性劑 5) 65.1 6) 71.8界面活性劑-氧-界面活性劑 7) 69.0 8) 72.0表5中的數(shù)據(jù)顯示出，于氧反應(yīng)之前及之后進行界面活性劑清洗，于(B)條件下的實驗結(jié)果達到最佳白度(72)。此外氧反應(yīng)-界面活性劑的實驗結(jié)果基本上亦達到優(yōu)良結(jié)果(71.8)，其中減少了一次界面活性劑清洗而可節(jié)省一半量界面活性劑。如果想要在較溫和條件下(A)獲得高白度，界面活性劑-氧-界面活性劑程序提供了最佳方式。
如表5所示，在氧反應(yīng)前采用界面活性劑處理雖可在白度方面獲得某些改良，但不如在氧反應(yīng)后使用界面活性劑處理所獲得的效果。
實施例11-14，不同類型界面活性劑之效果界面活性劑基本上有三種不同類型非離子型，陰離子型及陽離子型。于以下實驗中進行氧反應(yīng)，并且將所獲得紙漿分成4個樣品;對每一個所測試的白度列于表6中。
表6白度11.以去離子水清洗(1000毫升)，再以過氧 74.5化物漂白12.以溶有非離子界面活性劑的1000毫升去 77.3離子水清洗，再以過氧化物漂白13.以溶有陰離子界面活性劑的1000毫升去 76.2離子水清洗，再以過氧化物漂白
14.以溶有陽離子界面活性劑的1000毫升去 72.3離子水清洗，再以過氧化物漂白所使用界面活性劑量為紙漿重量的0.5%，其中測試11 未使用測試12 壬基苯氧基(亞乙基氧)乙醇于乙二醇水溶液中測試13 (Adogen 464(Ashland化學(xué)公司)甲基三C8-C10烷基氯化銨測試14 二辛基磺基琥珀酸鈉(American Cyanamide)實施例15-17工藝條件進行了一批實驗以測定最適合于氧反應(yīng)工序的操作條件范圍(溫度、壓力、滯留時間、苛性堿用量)。實驗中亦考察某些操作條件變動(其他操作條件維持不變)對反應(yīng)的影響，以及對紙漿最終白度的影響。
此等實施例的每一個實驗均對一特定操作條件或某些操作條件進行研究。
實施例15氫氧化鈉用量對紙漿白度的影響。
溫度130℃，壓力150磅/平方英寸表壓，滯留時間45分鐘。
表7白度NaOH%用量 氧反應(yīng)工序后 氧及過氧化物工序后1.5 70.2 74.03.0 70.1 74.64.0 70.0 75.15.0 69.9 78.05.5 71.8 79.16.0 72.3 80.6
7.0 73.4 82.2以上結(jié)果示于圖3中。
實施例16滯留時間及溫度的影響。壓力固定于130磅/平方英寸表壓，NaOH固定于4%。
表8白度滯留時間 100℃ 130℃45分鐘 65.5 70.090分鐘 67.6 70.1135分鐘 69.7 70.8以上結(jié)果示于圖4中。
實施例17壓力對白度的影響。溫度設(shè)定于100℃，NaOH設(shè)定于4%，滯留時間設(shè)定于1小時。
表9壓力磅/平方英寸表壓 白度30 63.460 65.290 67.1120 68.3150 69.6實施本發(fā)明時，時?？稍诓恍柽M行最終化學(xué)品漂白工序的情況下即可獲得所處理紙漿的想要白度。如果采用此化學(xué)品漂白工序，以使用過氧化物為較佳。于最終漂白工序使用受控的少量過氯酸鹽也并非完全不可以，尤其在所加工紙漿于早先處理工序中未使用有氯或氯化合物的情形下，其所使用總量對環(huán)境具有較少負面影響。
如圖1可在紙漿處理過程之一處或多處引入界面活性劑，尤其如箭頭20，21及22所指示之處。此外，如果想要亦可將部分界面活性劑引入氧反應(yīng)器(10)中，如23所示者。紙漿在真空過濾器(14)沖洗后，其中已基本上無界面活性劑存在。
按本發(fā)明的一個較佳具體實施方案，從氧工序清洗槽(14)洗出的堿性過濾液至少一部分可以再循環(huán)至該去油墨過程的一個選定的工序中，于是所需要的能源及化學(xué)品消耗成本可大大地降低。如圖1的虛線所示，清洗過濾液25從清洗槽14排出，并且將受控的部分再循環(huán)至該去油墨過程的一個選定的工序中。于是，如舉例示范之實施方案(圖1)，所導(dǎo)出過濾液25一部分可回到該制漿過程(線26)或?qū)е寥ビ湍^程的浮選工序(線27)。從管路25獲得的液體可任選將其一部分回流而與清洗水合并用于氧工序清洗槽14，如線28所示者，于是對此工序提供了有用的界面活性劑。
應(yīng)特別指出，該氧工序的過濾液25含有熱量、水、苛性堿及界面活性劑(從紙漿中洗出者)。此等資源在一般的二次纖維漂白廠可能被當(dāng)作廢水送至排水溝。借助于所建議的再循環(huán)工序，一方面可以節(jié)省工廠操作費用，另一方面亦不使產(chǎn)品品質(zhì)受損。
權(quán)利要求
1.含有二次纖維素纖維的紙漿的去油墨與漂白方法，該方法包括將該紙漿的堿性水溶液漿狀液與一種含氧的氣體反應(yīng)，然后將所得經(jīng)漂白紙漿于一含有非離子型或陰離子型界面活性劑的水溶液浴中清洗，該界面活性劑是在清洗之前或清洗過程中加入到該紙漿的漿狀液中。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中該紙漿在與所述含氧氣體反應(yīng)之后用界面活性劑清洗。
3.按權(quán)利要求1的方法，其中該紙漿在與所述含氧氣體反應(yīng)之前進行氯化處理。
4.按權(quán)利要求1的方法，其中該紙漿在與所述含氧氣體反應(yīng)之前及之后均用一種非離子型界面活性劑處理。
5.按權(quán)利要求4的方法，其中與含氧氣體的反應(yīng)是在高于常壓、介于60至130℃溫度范圍及用0.1至2小時的滯留時間進行的。
6.按權(quán)利要求1的方法，其中該紙漿在與含氧氣體反應(yīng)之前，于含有0.5-5%活性氯的水溶液介質(zhì)中于常溫處理約1小時。
7.按權(quán)利要求6的方法，其中該紙漿在與含氧氣體反應(yīng)之后的清洗是使用劑量為紙漿烘干重量0.1至2%的非離子型界面活性劑進行的。
8.按權(quán)利要求1的方法，其中該界面活性劑為非離子型的。
9.按權(quán)利要求1的方法，其中在該紙漿用界面活性劑清洗之后，再進行至少一次化學(xué)漂白工序。
10.按權(quán)利要求1的方法，其中從清洗該經(jīng)漂白紙漿所回收的含界面活性劑液體是再循環(huán)至先前施加于該紙漿的去油墨過程中的一個選定的工序中。
11.按權(quán)利要求10的方法，其中該去油墨過程包含一個浮選工序，并且其中該含界面活性劑的清洗液體的至少一部分被再循環(huán)至該去油墨過程的此一浮選工序。
12.按權(quán)利要求10的方法，其中將所述回收的含界面活性劑液體的至少一部分應(yīng)用于該二次纖維素纖維的初始制漿工序。
13.一種處理二次纖維素纖維的方法，其中將此等纖維制成漿并進行去油墨處理，然后進行一次或多次漂白工序，其改進之處在于該漂白工序的至少其中之一包含將經(jīng)去油墨紙漿于氧分子存在下于一種堿性水溶液浴中進行處理，清洗該經(jīng)過氧處理的紙漿及回收該清洗濾液，以及將該清洗濾液的至少一部分再循環(huán)至該去油墨處理工序。
全文摘要
再循環(huán)的二次纖維的白度及可漂白性是借助以下步驟而提高將紙漿纖維于分散有含氧氣體的堿性水溶液介質(zhì)中處理之前及(或)之后，用界面活性劑水溶液進行清洗。
文檔編號D21C9/16GK1051062SQ9010827
公開日1991年5月1日 申請日期1990年10月5日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月18日
發(fā)明者羅納德·查爾斯·納迪歐, 奧古斯丁·艾凡賀·多爾頓 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司