專利名稱：向纖維懸浮液加填的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種向纖維懸浮液中加填碳酸鈣的方法。
業(yè)已公知多種用于向纖維懸浮液中加填碳酸鈣的方法。在美國專利US6413 365 B1中描述了一種方法，按該方法，纖維材料連同已經(jīng)存在于懸浮液中的氧化鈣和/或氫氧化鈣通過輸送管傳輸。纖維懸浮液從該輸送管進(jìn)一步輸送到旋轉(zhuǎn)的分配裝置中。二氧化碳作為反應(yīng)氣體環(huán)形地輸入到纖維懸浮液中，由此在懸浮液中形成碳酸鈣晶體。通過該旋轉(zhuǎn)的分配裝置使碳酸鈣晶體分布在纖維懸浮液中。這一過程被稱為纖維加填(填料)過程。
從德國專利申請DE 101 07 448 A1已知一種向纖維懸浮液中加填碳酸鈣的方法，按此方法，纖維懸浮液被輸入結(jié)晶器中并在其中受剪切力作用，以便將較大的纖維團(tuán)塊粉碎成較小的或者甚至為單根纖維絲，其中，該結(jié)晶器同時(shí)用作化學(xué)沉淀反應(yīng)的反應(yīng)器。
本發(fā)明的目的在于進(jìn)一步簡化上述類型的方法。
按本發(fā)明，上述目的通過具有下述方法步驟的方法來實(shí)現(xiàn)-將氧化鈣或液態(tài)或干態(tài)的氫氧化鈣添加到纖維懸浮液中，-將二氧化碳添加到纖維懸浮液中，-在處于一定壓力下的壓力容器內(nèi)，通過二氧化碳使碳酸鈣從氫氧化鈣中沉淀出。
本發(fā)明描述了一種制造加填纖維的沉淀碳酸鈣(Fiber LoadedPrecipitated Calcium Carbonate(FLPCC))的方法，其中待加填的纖維原料例如用回收紙、DIP(＝Deinked Paper脫墨紙)、二次纖維材料、漂白或未漂白的紙漿、木質(zhì)素、漂白或未漂白的硫酸鹽紙漿、成品廢料、亞麻纖維、棉纖維和/或大麻纖維(優(yōu)選使用于卷煙紙)和/或其他任何可在造紙機(jī)內(nèi)使用的紙?jiān)现圃臁?br> 采用本發(fā)明的方法，可以采用纖維加填工藝技術(shù)制造的填充材料來替代、補(bǔ)充或激活當(dāng)前采用的填充材料。在此所述的“激活”可理解成，通過纖維加填過程覆蓋已有的填料顆?；蛘咂浔挥米骶Ш瞬⒁虼双@得更好的光學(xué)特性。
當(dāng)用Flexo墨水(水基油墨)印刷的紙張尤其是報(bào)紙用作纖維原料時(shí)，本發(fā)明的方法尤其適用。由Flexo墨水組成的印刷油墨顆粒不能通過浮選工藝沉淀析出或很難沉淀析出?，F(xiàn)在利用本發(fā)明，可以將填料和如油墨、污物、粘膠等等被迫存在于脫墨紙中的雜質(zhì)結(jié)合到所述纖維加填結(jié)晶工藝過程中，此時(shí)，已有的填料顆粒通過所述纖維加填過程被覆蓋或者被用作晶核。
本發(fā)明的方法并不取決于纖維原料中是否含有通過在批量式反應(yīng)器內(nèi)的沉淀過程或通過研磨過程產(chǎn)生的填料，或者是否采用了滑石粉、二氧化鈦(Tio2)、硅等。所述研磨工藝也被稱為GCC(研磨碳酸鈣)工藝。
當(dāng)用纖維加填技術(shù)處理纖維懸浮液時(shí)，產(chǎn)生了一種可用于紙張制造應(yīng)用領(lǐng)域的全新的產(chǎn)品。該產(chǎn)品相對于現(xiàn)有產(chǎn)品具有新的和更好的特性。所述纖維加填技術(shù)可直接在造紙廠的漿料制備環(huán)節(jié)中沉淀出填料，尤其可沉淀出碳酸鈣，使它們均勻地分布和沉積在紙纖維之上、之中或之間。
所述用纖維加填工藝技術(shù)制造的填料的應(yīng)用領(lǐng)域涉及用于制造所有類型的紙張，包括卷煙紙、濾紙、牛皮袋紙、硬紙板和包裝紙以及采用了回收紙和脫墨紙的包裝紙。這樣的包裝紙可具有在1％-60％之間的填料含量和/或填料含量在1％-60％之間的白色保護(hù)層。這樣加填和制造的紙張可以在造紙機(jī)內(nèi)用回收紙、DIP(＝Deinked Paper脫墨紙)、二次纖維材料、漂白或未漂白的紙漿、木質(zhì)素、漂白或未漂白的硫酸鹽紙漿、成品廢料、亞麻纖維、棉纖維和/或大麻纖維(優(yōu)選使用于卷煙紙)和/或其他任何紙張的原材料制造出，而與最終產(chǎn)品是否包含填料無關(guān)。
利用本纖維加填組合工藝技術(shù)制造的纖維一般比按其他方法制造的纖維具有更高的脫水性；在加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度CSF為5至100ml或打漿度為0.2-15°SR時(shí)，脫水性與所要求的磨碎度有關(guān)。此外，按本纖維加填方法制造的纖維材料或紙漿視用于制造的原料而定有較低的、在2％-25％之間的保水性能。這能更有效地生產(chǎn)各種紙張例如所有類型的填料填充纖維(FL)復(fù)印紙和印刷紙、所有類型的FL涂布紙、所有類型的FL報(bào)紙印刷紙、所有類型的FL卷煙紙、所有類型的FL-B&P紙、所有類型的FL牛皮袋紙和FL濾紙，因?yàn)槔w維懸浮液中的水可更快地被去除，纖維原料也可相應(yīng)更快地被干燥。
當(dāng)在造紙時(shí)用纖維加填技術(shù)處理纖維懸浮液時(shí)，產(chǎn)生了一種全新的紙產(chǎn)品，它相對于市場上可買到的紙張具有新的和更好的特性。下面描述的纖維加填工藝可直接在造紙廠的漿料制備環(huán)節(jié)中沉淀出填料，尤其可沉淀出碳酸鈣，并使它們均勻地僅僅分布和沉積在紙纖維之上和之中。
通過分別和組合應(yīng)用本發(fā)明的下述措施可以實(shí)現(xiàn)僅僅制造出用于纖維加填過程的沉淀碳酸鈣并激活已有的填料。
通過在溶解器或批量式容器內(nèi)采用纖維加填技術(shù)可改善紙漿懸浮液和原材料的光學(xué)特性，改善0.5-30個(gè)、優(yōu)選1-25個(gè)亮度點(diǎn)，這主要是通過遮蔽油墨顆?；蛭畚锬菢拥牟粷嵨飦韺?shí)現(xiàn)。此外，采用纖維加填技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)對于儲藏在紙?jiān)匣蛎撃埣垵{中的無活性的纖維材料組成成分的轉(zhuǎn)換，例如未被轉(zhuǎn)換的氫氧化鈣、自由沉淀的碳酸鈣PCC、研磨碳酸鈣GCC、石灰成分等。
由從屬權(quán)利要求和說明書以及附圖中可以了解到本發(fā)明的一些有利的實(shí)施形式。
按照一種實(shí)施形式，將纖維材料成分濃度在1％-20％之間的含水纖維原料、尤其是含水紙?jiān)献鳛樵牧咸砑拥綁毫θ萜髦?，其中，在纖維成分在1％至6％之間時(shí)采用LC(low consistency低濃度)纖維材料，在纖維成分在6％至10％之間時(shí)采用MC(medium consistency中濃度)纖維材料，在纖維成分在10％至20％之間時(shí)采用HC(high consistency高濃度)纖維材料。
有利的是，用稀釋水將所述水狀的纖維原料稀釋為濃度在0.1％-20％之間、尤其是在2％-18％之間的纖維懸浮液。
在本發(fā)明方法的一恰當(dāng)?shù)臄U(kuò)展設(shè)計(jì)中，在加入水狀纖維材料和/或稀釋水后，用閘板封閉所述壓力容器。
有利的是，將氫氧化鈣或氧化鈣混合到所述水狀纖維原料中，其中，該氫氧化鈣或氧化鈣的加入量是所述干燥的纖維原料的已有固體成分質(zhì)量的0.1％-60％之間。
pH值優(yōu)選在6-11之間，尤其在6.5-10.5之間。
氫氧化鈣的反應(yīng)時(shí)間在0.0005至30分鐘之間，尤其在0.05至10分鐘之間。
有利的是，可在0至15巴、尤其在0至6巴之間的壓力范圍內(nèi)將二氧化碳混合加入來使碳酸鈣沉淀出。
在本發(fā)明方法的一實(shí)施方式中，通過過程水或稀釋水或水蒸汽在其溶解到纖維懸浮液中時(shí)，或通過纖維加填填料工藝或通過從外面輸入熱能尤其是蒸汽熱能或電能來加熱所述纖維懸浮液和/或二氧化碳。
可在添加二氧化碳或氫氧化鈣或氧化鈣之前、期間或之后輸入二氧化碳。
在此，有利的是在纖維加填反應(yīng)開始前用閥門或閘門關(guān)閉所述壓力容器，并在反應(yīng)結(jié)束之后開啟該容器。
若不采用用于研磨纖維材料的裝置，被加填的纖維沉淀所需的能量消耗在0.3-8kWh/t之間，尤其在0.5-4kWh/t之間。若纖維紙漿已充分溶解，也可在所述容器之前連接一個(gè)研磨機(jī)。按一種替代設(shè)計(jì)方案，該研磨機(jī)也可連接在所述壓力容器之后。
所述過程溫度優(yōu)選在-15℃至120℃之間，尤其在20℃至90℃之間。
通過所述纖維加填方法，可產(chǎn)生菱面體、偏三角面體和球形晶體。
通過所述方法優(yōu)選產(chǎn)生的晶體尺寸在0.05與5μm之間、尤其在0.3與2.5μm之間。
可使用靜力和/或運(yùn)動的尤其為旋轉(zhuǎn)的攪拌元件來攪拌纖維懸浮液。
比較有利的是，可規(guī)定在0至15巴、尤其在0至6巴之間的壓力范圍內(nèi)實(shí)施本發(fā)明的方法。
按照本發(fā)明的一優(yōu)選擴(kuò)展設(shè)計(jì)，也可以在沉淀過程的同時(shí)，使所述纖維材料在壓力容器內(nèi)經(jīng)受研磨處理。
本發(fā)明也涉及一種實(shí)施上述方法的設(shè)備。
本發(fā)明設(shè)備的特征在于，它具有用于輸入纖維原料的輸入裝置和壓力容器。
在本發(fā)明設(shè)備的一有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)中，所述壓力容器包括閘門或閥，通過該閘門或閥可輸入纖維原料，以制造帶有被加填填料的纖維的纖維懸浮液。有利的是，所述壓力容器具有用于稀釋水或壓榨水的加入口、用于氧化鈣或氫氧化鈣的加入口以及用于二氧化碳的加入口。
此外，所述壓力容器具有用于攪拌纖維懸浮液的轉(zhuǎn)子。
下面借助唯一的一張附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。該附

圖1簡略地表示一種向纖維懸浮液中加填的設(shè)備。
通過輸入管1向壓力容器2內(nèi)輸入纖維原料。為了能夠確定和限制輸入量，在輸入管1和壓力容器2之間設(shè)有閘門3，該閘門通過被馬達(dá)驅(qū)動的封閉機(jī)構(gòu)開啟和關(guān)閉。
通過其他輸入接頭4、5、6輸入稀釋水、氧化鈣或液態(tài)或固態(tài)形式的氫氧化鈣或化學(xué)材料，這樣，首先輸入纖維原料直至其達(dá)到充填水平線7，然后向壓力容器2中充填水平線的上方充填用于纖維加填用的氫氧化鈣和已溶解在其中的水和/或稀釋水。
為了使纖維原料與氫氧化鈣混合以便使氫氧化鈣滲入纖維中，位于壓力容器2底部之上和/或更高處的螺旋槳葉輪或類似部件的轉(zhuǎn)子8可起混合作用。轉(zhuǎn)子8由馬達(dá)9驅(qū)動。
優(yōu)選在壓力容器2的下部區(qū)域設(shè)有至少一個(gè)用于二氧化碳的入口10，通過二氧化碳與氫氧化鈣反應(yīng)產(chǎn)生碳酸鈣。在纖維原料已溶解并加填碳酸鈣之后，通過配備有閥11的排泄管12將其排放到制造纖維材料幅面的機(jī)器。
在壓力容器2上優(yōu)選還設(shè)有用于測量壓力容器2內(nèi)的內(nèi)容物的化學(xué)組成、尤其是測量pH值的測量點(diǎn)13。
附圖標(biāo)記清單1輸入管2壓力容器3閘門4輸入接頭5輸入接頭6輸入接頭7充填水平線8轉(zhuǎn)子9馬達(dá)10用于二氧化碳的入口11排泄管12閥13測量點(diǎn)
權(quán)利要求
1.一種向纖維素纖維的纖維懸浮液添加碳酸鈣的方法，包括下述方法步驟-將氧化鈣或液態(tài)或干態(tài)的氫氧化鈣加入纖維懸浮液中，-將二氧化碳加入到所述纖維懸浮液中，-在處于一定壓力的壓力容器(2)內(nèi)，通過二氧化碳使碳酸鈣從氫氧化鈣中沉淀出。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將纖維成分濃度在1％至20％之間的水狀纖維原料、尤其是水狀紙?jiān)献鳛樵牧霞尤胨鰤毫θ萜鲀?nèi)，其中，在纖維成分在1％至6％之間時(shí)采用LC纖維材料，在纖維成分在6％至10％之間時(shí)采用MC纖維材料，在纖維成分在10％至20％之間時(shí)采用HC纖維材料。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，用稀釋水將所述水狀纖維原料稀釋為濃度在0.1％-20％之間、尤其是在2％-18％之間的纖維懸浮液。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在加入水狀纖維材料和/或稀釋水后，用閘板(3)封閉所述壓力容器(2)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將氫氧化鈣或氧化鈣混合到所述水狀纖維原料中，其中，該氫氧化鈣或氧化鈣的加入量是所述水狀纖維原料的干燥的固體成分質(zhì)量的0.1％-60％之間。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在pH值處于6-11之間、尤其處于6.5-10.5之間的條件下實(shí)施該方法。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，氫氧化鈣的所述反應(yīng)性在0.0005至30分鐘之間、尤其在0.05至10分鐘之間的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在0至15巴、尤其在0至6巴之間的壓力范圍內(nèi)將二氧化碳混合加入，使碳酸鈣沉淀出。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過過程水或稀釋水或水蒸汽在其溶解到纖維懸浮液中時(shí)時(shí)，或通過纖維加填填料工藝或通過從外面輸入熱能尤其是蒸汽熱能或電能來加熱所述纖維懸浮液和/或二氧化碳。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在添加二氧化碳或氫氧化鈣或氧化鈣之前、期間或之后輸入二氧化碳。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在纖維加填反應(yīng)開始前用閥門或閘門(3)關(guān)閉所述壓力容器(2)，并在所述反應(yīng)結(jié)束之后開啟該容器。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)不采用用于研磨纖維材料的裝置時(shí)，使被加填的纖維沉淀所需的能量消耗在0.3-8kWh/t之間，尤其在0.5-4kWh/t之間。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在沉淀過程中，所述纖維材料在所述壓力容器(3)內(nèi)經(jīng)受研磨處理。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述過程溫度在-15℃至120℃之間，尤其在20℃至90℃之間。
15.如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，形成菱面體、偏三角面體和球形晶體。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述晶體尺寸在0.05與5μm之間，尤其在0.3與2.5μm之間。
17.如權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用靜力和/或運(yùn)動的尤其是旋轉(zhuǎn)的攪拌元件來攪拌所述纖維懸浮液。
18.一種實(shí)施如權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述方法的設(shè)備，其特征在于，它具有用于輸入纖維原料的輸入裝置(1)和壓力容器(2)。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓力容器包括閘門或閥，通過該閘門或閥可輸入纖維原料，以制造帶有被加填填料的纖維的纖維懸浮液。
20.如權(quán)利要求18或19所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓力容器(2)具有用于稀釋水或壓榨水的入口、用于氧化鈣或氫氧化鈣的入口以及用于二氧化碳的入口(4、5、10)。
21.如權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓力容器(2)具有用于攪拌所述纖維懸浮液的轉(zhuǎn)子(8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種向纖維素纖維的纖維懸浮液添加碳酸鈣的方法，包括下述方法步驟將氧化鈣或液態(tài)或較干燥的氫氧化鈣加入纖維懸浮液中；將二氧化碳加入到纖維懸浮液中；在處于一定壓力下的壓力容器(2)內(nèi)，通過二氧化碳使碳酸鈣從氫氧化鈣中沉淀出。
文檔編號D21H17/00GK101014740SQ200580030107
公開日2007年8月8日 申請日期2005年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月17日
發(fā)明者克勞斯·多勒 申請人:沃依特專利有限責(zé)任公司