СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ПЕЧАТНОЙ КРАСКИ С МАКУЛАТУРЫ
REMOVAL OF PRINKING INK FROM WASTE PAPER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к способу удаления печатной краски с макулатуры. В частности, настоящее изобретение относится к использованию особых химических добавок для удаления печатной краски с макулатуры с целью увеличения выхода на стадии флотации в способе удаления печатной краски с макулатуры без отрицательного воздействия на качество облагороженной макулатурной массы.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В бумажной промышленности на протяжении многих десятилетий практикуется вторичное использование макулатуры для регенерации целлюлозного волокна, пригодного для производства бумаги. В этих процессах печатную краску удаляют с макулатурной массы при помощи соответствующей химической композиции для удаления печатной краски. Путем регулирования процесса удаления печатной краски на заводе по переработке можно влиять на свойства бумаги, такие как белизна (яркость), и повышать возможность использования целлюлозного волокна для производства бумаги.
Удаление печатной краски с макулатуры состоит из серии комплексных химических и физических процессов. Эти процессы включают в себя, не ограничиваясь перечнем, отделение печатной краски, диспергирование печатной краски, накопление печатной краски, транспортировку печатной краски и извлечение печатной краски из суспензии макулатурной массы. Для обеспечения рациональной и эффективной очистки макулатуры от краски и получения качественной бумаги каждый из этих процессов предъявляет разные требования к поверхностям и границам контакта во время вторичной переработки.
Традиционно для получения очищенного от краски волокна после разволокнения (роспуска) используют два различных способа удаления печатной краски и связанных с краской образований, таких как крупинки (агломераты частиц краски). Этими двумя процессами являются флотация и удаление печатной краски методом промывки. Зачастую процессы включают в себя и флотацию, и удаление печатной краски методом промывки и могут рассматриваться как комбинированные процессы удаления печатной краски. Лежащие в основе химические и физические требования, предъявляемые к результативному очищению от краски, различаются для флотации, промывки и комбинированных способов удаления краски и в значительной степени зависят от состава макулатуры.
В частности, удаление печатной краски комбинацией процессов флотации/промывки относится к способу удаления печатной краски с макулатуры, при котором краску, отделенную от бумажной массы с помощью химической композиции для удаления печатной краски и под влиянием механической энергии на стадии разволокнения, отделяют от целлюлозных волокон в основном посредством флотационных устройств или флотационных камер процесса рециклизации перед прохождением целлюлозной массы через промывочные устройства на стадии промывки.
Процессы флотации существенно отличаются от процессов промывки. Это различие отчасти обусловлено тем, что для благоприятного разделения большое значение имеют размер частиц краски и гидрофобность. Флотационные способы отделения печатной краски в основном подразумевают прохождение пузырьков воздуха через водную систему, содержащую диспергированное целлюлозное волокно и минеральный наполнитель, которые в основном получают в процессе разволокнения. Получающаяся в результате суспензия целлюлозного волокна и минерального наполнителя содержит добавки, введенные до, во время или после разволокнения. По мере того как пузырьки воздуха поднимаются в объеме суспензии, вынося с собой посредством специфического взаимного притяжения частицы краски, они генерируют пену, обогащенную краской, которую впоследствии удаляют из верхней части флотационной камеры. Количество пены, являющееся обычно предпочтительным во флотационных системах для удаления печатной краски, представляет собой количество, которое может быть собрано путем съема пены, аспирацией или другими способами и которое переносит вместе с собой обогащенную концентрацию типографской краски, в то же время сводя к минимуму количество других твердых веществ, таких как волокна и наполнители, которые отбрасываются.
В конкретной системе для удаления печатной краски, как правило, используют химические реагенты удаления печатной краски, происходящие либо из процесса флотации, либо из процесса флотации/промывки. Обычно при любом способе в определенный момент очищенную от краски разволокненную макулатуру пропускают через серию тонких очистителей и/или сит, где отделяются небольшие твердые примеси (например, песок и гравий). Могут потребоваться стадии дополнительной обработки, такой как, например, диспергирование, для уменьшения размера частиц любых примесей либо стадия специальной очистки с помощью определенных очистителей для удаления определенных примесей.
После этого очищенную от краски макулатуру хранят до тех пор, пока ее с течением времени не загрузят в бумагоделательную машину.
Химия, используемая при традиционной очистке от печатной краски, наиболее часто предполагает добавление мыл жирных кислот, являющихся эффективными собирателями краски при флотации печатной краски в щелочных системах (с величиной рН больше 9), хотя такие мыла могут проявлять сниженные характеристики отделения печатной краски и приводить к образованию налета, вызывающего проблемы на более поздней стадии процесса.
Для отделения печатной краски и ее диспергирования и транспортировки хорошо подходят вспомогательные вещества для удаления краски на основе поверхностно-активных веществ, в особенности на основе специальных неионных поверхностно-активных веществ. Некоторые неионные поверхностно-активные вещества содействуют сбору печатной краски. Однако в случае неправильного выбора такие добавки могут также фактически препятствовать улавливанию печатной краски в ходе процессов флотации. При удалении печатной краски с помощью флотации обычно используют поверхностно-активные вещества, отличающиеся от используемых при промывке, поскольку свойства образующейся поверхности и размер частиц краски, являющийся благоприятным для удаления печатной краски с помощью флотации, отличаются от тех, которые требуются для удаления печатной краски методом промывки. Примеры традиционных неионных поверхностно-активных веществ, используемых при удалении печатной краски с макулатуры с помощью флотации, включают продукты присоединения (аддукты) окиси алкиленов и жирных спиртов или жирной кислоты и алканоламиды. Как правило, неионные поверхностно-активные вещества используют в сочетании с мылом либо отдельно или в составе сложной смеси мыла неалкоксилированной жирной кислоты и неионного поверхностно-активного вещества.
Кроме того, химия, задействованная при традиционном удалении печатной краски, очень часто предусматривает добавление каустической соды в устройство для разволокнения для увеличения рН зачастую выше 9 и иногда выше 10. Увеличение рН, однако, часто приводит к пожелтению и потемнению массы из макулатуры, в особенности если макулатура содержит древесную или механическую массу. Для того чтобы препятствовать такому нежелательному эффекту потемнения, для увеличения белизны и глянца целлюлозной массы, как правило, добавляют отбеливающую добавку. Для защиты отбеливающих добавок от химического разложения под действием ионов металлов, а также чтобы содействовать накоплению печатной краски в щелочной среде, также широко используют силикат натрия, или жидкое стекло.
Ключевым фактором экономически эффективного получения облагороженной макулатурной массы наряду с качеством конечной облагороженной макулатурной массы является производительность способа удаления печатной краски с макулатуры. Суммарный выход способов удаления печатной краски с макулатуры колеблется в пределах от 90% до 60%. Из этих от 10% до 40% потерь гидрофобные примеси, включающие краску, составляют лишь порядка нескольких процентов, как правило, менее 4%. Таким образом, значительные потери при удалении печатной краски с печатной макулатуры приходятся на волокна и минеральные наполнители, и эти потери свойственны любым способам удаления печатной краски с макулатуры, будь то флотация или флотация/промывка.
При удалении печатной краски с макулатуры с помощью флотации основным источником потерь является стадия флотации. Получение высокого уровня белизны на стадии флотации с учетом высокого выхода при флотации является ключевой характеристикой экономически эффективного удаления печатной краски с макулатуры методом флотации.
Патентный документ WO 2007/081921 раскрывает способ удаления печатной краски из макулатурной массы, включающий в себя стадии превращения макулатуры в водную суспензию целлюлозной массы в разбивателе целлюлозы, контактирования водной суспензии целлюлозной массы с неорганическими частицами и с композицией для удаления печатной краски, включающей в себя неионное поверхностно-активное вещество или жирную кислоту, и извлечения очищенной от печатной краски бумажной массы из водной суспензии целлюлозной массы. Неорганические частицы могут быть гидрофобно-модифицированными неорганическими частицами и, предпочтительно, являются карбонатом кальция.
Патентный документ ЕР 0989229 В1 раскрывает способ удаления и ингибирования клеевых загрязнений, то есть так называемых липких загрязнений, из бумажной массы в процессе обработки макулатуры. Во время обработки макулатуры гидрофобизированный синтетический или природный материал (такой как цеолит или карбонат кальция) добавляют в бумажную массу перед или во время подачи бумажной массы во флотационный аппарат. Минерал является настолько сильно гидрофобизированным, что не диспергируется в воде.
В патентном документе US 2007/0284067 раскрыта композиция для удаления печатной краски с макулатуры, включающая в себя поверхностно-активное вещество и компонент для удаления печатной краски на минеральной основе. Компонент для удаления печатной краски на минеральной основе является гидрофобным соединением, и его получают обработкой минеральных частиц гидрофобизирующими реагентами. Примером гидрофобизированного минерала является каолин, гидрофобизированный алкилгидроксаматом и талловым маслом, причем последнее активировано с помощью хлорида кальция. Упоминаются также и другие минералы, такие как тальк, кварц, слюда, поташ, кианит и так далее.
В патентном документе US 4443357 раскрыт гидрофобный диоксид кремния или силикат, являющийся продуктом реакции гидрофильного диоксида кремния или силиката и гидрофобного высшего алифатического спирта, где реакцию проводят в неводном жидком носителе при температуре выше 100°С. Предпочтительным спиртом является первичный спирт с нормальной неразветвленной цепью, содержащий от 8 до 30 атомов углерода. Согласно этому патенту предполагается, что силанольные группы на поверхности диоксида кремния или силиката реагируют с гидрофобным спиртом с образованием стабильной химической связи. Гидрофобный диоксид кремния или силикат используют в жидких противовспенивающих композициях посредством диспергирования в жидком углеводородном носителе. Такие композиции применяют для снижения пенообразования в черном щелоке.
В описании предшествующего уровня техники в патентном документе US 4443357 указано, что в течение более чем трех десятилетий очень мелкие частицы диоксида кремния или относительно высококремнеземистых силикатов используются в виде диспергированных добавок в органическом жидком носителе для создания противовспенивающей жидкой композиции для гашения пены в водных пеногенераторах. Как правило, такие диоксиды кремния или силикаты обрабатывают для придания им гидрофобности, пожалуй, наиболее общим обрабатывающим агентом является кремнийорганическое (полисилоксан с органическим заместителем) масло. Кроме того, сообщается о том, что система кремнийорганическое масло/гидрофильный диоксид кремния при обычно используемых соотношениях является неэффективной в качестве противовспенивателя, если только она не подвергнута термической обработке при температуре 150°С в течение приблизительно 2 ч. В таких условиях кремнийорганическое масло предположительно реагирует с поверхностью диоксида кремния. В описании предшествующего уровня техники в патентном документе US 4443357 указано также, что чем выше степень гидрофобности модифицированной частицы диоксида кремния, тем выше ее диспергируемость в масляном носителе и тем выше ее вклад в эффективность противовспенивающей жидкой композиции.
В патентном документе JP 2007-253014 раскрыт порошкообразный противовспенивающий агент, включающий в себя гидрофобный диоксид кремния, диспергированный в углеводородном масле, и пористый порошок, представляющий собой гидрофильный диоксид кремния, оксид алюминия, оксид титана, карбонат кальция, карбонат магния, углеродную сажу или тальк. Противовспенивающий агент получают адсорбцией дисперсии гидрофобного диоксида кремния в углеводородном масле на пористом порошке. Конечный порошкообразный противовспенивающий агент используется для строительных материалов, в особенности известковых растворов, и для штукатурных растворов.
В патентном документе WO 91/05905 раскрыты водные дисперсии щелочноземельных мыл и/или щелочноземельных смоляных мыл для удаления печатной краски с печатной макулатуры, при этом указанные дисперсии в качестве одного из компонентов могут содержать алюмосиликат щелочного или щелочноземельного металла. Композиция для удаления печатной краски имеет форму водной дисперсии. По мнению патентовладельцев, дисперсия дает равноценные результаты удаления печатной краски при сравнении с коммерчески доступной дисперсией, содержащей кальциевое мыло, при этом основным преимуществом дисперсии был тот факт, что стабильность пены оказалась значительно ниже, что устраняло необходимость использования ингибиторов пенообразования (страница 3, строка 25 - страница 4, строка 4, и страница 22, последний абзац).
В патентном документе US 4231841 раскрыт способ удаления печатной краски с печатной макулатуры путем использования композиции для удаления печатной краски с макулатуры, включающей в себя пять компонентов, представляющих собой:
(F) соль щелочного металла и жирной кислоты,
(G) неионное поверхностно-активное вещество,
(Н) анионное поверхностно-активное вещество,
(I) натриевую соль карбоксилметилцеллюлозы, и
(J) неорганическую соль щелочного металла, выбранную из класса, состоящего из метасиликата, дисиликата, карбоната, бората и полифосфата, в особенности метасиликата натрия. Целью композиции для удаления печатной краски было получение целлюлозной массы, обладающей высокой степенью белизны, и с высоким выходом на стадии извлечения.
В патентном документе WO 02/12618 раскрыто удаление печатной краски с макулатуры с помощью флотации, включающее в себя добавление в водную суспензию макулатурной массы (1) полиэфира, (2) первого агента для удаления печатной краски, представляющего собой алкоксилированное гидрофобное основание, и (3) второго агента для удаления печатной краски, представляющего собой алкоксилированное гидрофобное основание, имеющее более низкую точку помутнения, чем первый агент для удаления печатной краски (п.1). В данном документе также упомянуто, что типичные химические реагенты, используемые в устройстве для разволокнения целлюлозы, включают NaOH и перекись водорода и что силикат натрия, металлохелатирующий агент и хлорид кальция также могут быть добавлены в устройство для разволокнения целлюлозы и/или при флотации для поддержания жесткости воды с целью обеспечения образования кальциевого мыла.
При удалении печатной краски с макулатуры с помощью флотации или флотации/промывки в случае печатной макулатуры существует потребность в более эффективном и экономичном химическом решении для снижения потерь волокон и наполнителей на стадии флотации с сохранением при этом эффективного накопления печатной краски и, следовательно, с получением облагороженной макулатурной массы высокого качества, то есть имеющей высокую степень белизны и низкую остаточную концентрацию печатной краски и связанных с краской образований, таких как агломераты частиц краски.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу удаления печатной краски с макулатуры, включающему в себя разволокнение макулатуры с получением волокнистой суспензии и подвергание волокнистой суспензии флотации в присутствии химической добавки для удаления печатной краски, включающей в себя частицы диоксида кремния и/или частицы силиката металла, содержащие адсорбированную на них гидрофобную органическую жидкость. С помощью настоящего изобретения выход флотации значительно увеличивается за счет снижения отходов волокон и золы/наполнителя без отрицательного эффекта на удаление гидрофобных загрязнений, в особенности частиц краски и связанных с краской образований, таких как агломераты частиц краски. В то же время белизна продукта при флотации остается без изменения или улучшается. Благодаря возросшему выходу облагороженной макулатурной массы и сниженным отходам при флотации общие расходы при производстве облагороженной макулатурной массы будут сокращены.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложен способ удаления печатной краски с макулатуры, включающий стадии:
a) превращения макулатуры с печатной краской в водную волокнистую суспензию бумажной массы в пульпере (разбивателе), где печатная краска отделяется от бумажной массы,
b) осуществления флотации волокнистой суспензии для удаления гидрофобных загрязнений, включающих печатную краску, из волокнистой суспензии, при этом флотацию проводят в присутствии химической добавки для удаления печатной краски, включающей модифицированный диоксид кремния, полученный обработкой гидрофильных частиц диоксида кремния гидрофобной органической жидкостью.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ удаления печатной краски с макулатуры, включающий стадии:
a) превращения макулатуры с печатной краской в водную волокнистую суспензию бумажной массы в пульпере, где печатная краска отделяется от бумажной массы,
b) осуществления флотации волокнистой суспензии для удаления гидрофобных загрязнений, включающих печатную краску, из волокнистой суспензии, при этом флотацию проводят в присутствии химической добавки для удаления печатной краски, включающей модифицированный силикат металла, полученный обработкой гидрофильных частиц силиката металла гидрофобной органической жидкостью.
Химическая добавка для удаления печатной краски также может включать смесь указанных модифицированного диоксида кремния и модифицированного силиката металла.
Согласно изобретению было неожиданно обнаружено, что введение особой химической добавки для удаления печатной краски на основе диоксида кремния и/или силиката оказывает исключительно положительный эффект на селективную флотацию печатной краски и соответствующих образований, таких как агломераты печатной краски, что приводит к существенному повышению выхода процесса флотации и неизмененной или повышенной белизне, при этом не наблюдается ухудшения эффективности отделения печатной краски и пожелтения облагороженной массы.
В отличие от известного гидрофобного диоксида кремния, который обычно получают путем реакции диоксида кремния с реактивным гидрофобизирующим агентом или другим гидрофобизирующим агентом при условиях, которые стимулируют реакцию, таких как высокие температуры по меньшей мере 100°С, модифицированный диоксид кремния согласно настоящему изобретению получают путем обработки гидрофильного диоксида кремния гидрофобной органической жидкостью при таких условиях, когда по существу не происходит химической реакции между гидрофильным диоксидом кремния и гидрофобной органической жидкостью. То же относится к модифицированному силикату металла и смеси модифицированного диоксида кремния и модифицированного силиката металла согласно изобретению. Модифицированный диоксид кремния и модифицированный силикат металла являются достаточно гидрофильными, чтобы диспергироваться в воде и водной волокнистой суспензии, и в то же время достаточно гидрофобными, чтобы обеспечивать желаемое свойство контролировать образование пены в камере флотации.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения химическую добавку для удаления печатной краски вводят в начале стадии разволокнения предпочтительно в твердом виде, более предпочтительно в виде порошка. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения химическую добавку для удаления печатной краски сначала диспергируют в воде, а затем дисперсию вводят в начале стадии разволокнения. Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения химическую добавку для удаления печатной краски вводят в поток волокнистой суспензии, входящий на стадию флотации либо прямо в камеру флотации в виде порошка или в виде водной дисперсии.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения гидрофобную органическую жидкость адсорбируют на гидрофильные частицы диоксида кремния и/или гидрофильные частицы силиката металла с помощью распыления. Согласно настоящему изобретению гидрофобную органическую жидкость также можно адсорбировать на гидрофильные частицы диоксида кремния и/или гидрофильные частицы силиката металла другими способами, например с помощью перемешивания.
2
Исходный материал для гидрофильного диоксида кремния, используемый в настоящем изобретении, имеет пористую структуру и/или структуру агломерированных частиц. Предпочтительным исходным материалом для гидрофильного диоксида кремния является осажденный диоксид кремния, при этом относительно чистая форма диоксида кремния содержит более 95 масс.% SiO. Могут быть использованы и другие формы гидрофильного диоксида кремния, такие как диатомит или коллоидный диоксид кремния, который обычно получают путем гидролиза паров тетрагалогенида кремния в водородно-кислородном пламени с образованием дыма, содержащего наноразмерные частицы диоксида кремния, способные укрупняться.
Исходный материал для гидрофильного силиката металла, используемый в настоящем изобретении, имеет пористую структуру и/или структуру агломерированных частиц.
Исходный материал для гидрофильного силиката металла может быть силикатом щелочноземельного металла, таким как силикат кальция или силикат магния, алюмосиликат или силикат цинка, либо смесью двух или более таких силикатов металла. Предпочтительным исходным материалом для гидрофильного силиката металла является алюмосиликат, в особенности осажденный алюмосиликат, который синтезируют с помощью реакции силиката натрия с сульфатом алюминия.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения гидрофильные частицы диоксида кремния и/или гидрофильные частицы силиката металла имеют средний диаметр частиц от 0,5 мкм до 500 мкм, предпочтительно от 5 мкмдо 100 мкм.
Согласно настоящему изобретению химическая добавка для удаления печатной краски может включать в себя модифицированные частицы диоксида кремния, или модифицированные частицы силиката металла, или их смесь в любом соотношении от 100:0 до 0:100.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения до 30 масс.% гидрофильных частиц диоксида кремния или гидрофильных частиц силиката металла заменяют другими гидрофильными минеральными частицами, такими как тальк, диоксид титана, глина, карбонат кальция или карбонат магния. Количество, подлежащее замене, предпочтительно составляет от 5% до 20 масс.%.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения гидрофобная органическая жидкость включает в себя органическое вещество или смесь органических веществ. Органическое вещество или смесь органических веществ выбирают таким образом, чтобы оно было достаточно гидрофобным для обеспечения химической добавке для удаления печатной краски требуемой способности контроля пенообразования во флотационной камере, и в то же время оно не должно быть слишком гидрофобным, чтобы не ухудшать способность химической добавки для удаления печатной краски диспергироваться в водной суспензии бумажной массы.
Предпочтительные органические вещества включают углеводородные масла, сложноэфирные масла, окисленные углеводородные масла, сополимеры полиэтиленоксида и полипропиленоксида, алкоксилированные углеводороды, полипропиленгликоли, жирные спирты, жирные кислоты, кремнийорганические масла, кремнийорганические производные и антиоксиданты и их смеси.
Углеводородное масло может быть минеральным маслом, парафиновым маслом, животным или растительным маслом или синтетическим маслом.
Сложноэфирное масло может быть продуктом реакции жирного спирта с жирной кислотой, таким как моно- или диэфир полиэтиленгликоля или полипропиленгликоля.
Окисленное углеводородное масло может быть алифатическими спиртами или алифатическими эфирами.
Алкоксилированный углеводород может быть алкоксилированным жирным спиртом или алкоксилированной жирной кислотой.
Кремнийорганические производные могут быть кремнийорганическим полиэфиром.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения гидрофобную органическую жидкость сначала эмульгируют с помощью воды, после чего гидрофильные частицы диоксида кремния и/или гидрофильные частицы силиката металла обрабатывают эмульсией типа "масло в воде" или "вода в масле". Предпочтительно, чтобы указанную эмульсию смешивали и адсорбировали на гидрофильные частицы диоксида кремния и/или гидрофильные частицы силиката металла.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения обработку гидрофильных частиц диоксида кремния и/или гидрофильных частиц силиката металла гидрофобной органической жидкостью проводят при температуре от 5°С до 90°С, предпочтительно от 15°С до 50°С. В случае использования высоких температур гидрофобная органическая жидкость может быть предварительно нагрета до требуемой температуры перед обработкой порошком гидрофильного диоксида кремния и/или порошком гидрофильного силиката металла.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения массовое соотношение гидрофобной органической жидкости и гидрофильного диоксида кремния и/или гидрофильного силиката металла составляет от 10:90 до 70:30, предпочтительно от 30:70 до 60:40.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения химическую добавку для удаления печатной краски вводят в количестве от 0,1 кг/т до 20 кг/т, предпочтительно от 0,5 кг/т до 10 кг/т от массы печатной макулатуры.
Химическая добавка для удаления печатной краски настоящего изобретения является диспергируемой в воде.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения в водную волокнистую суспензию бумажной массы добавляют одно или несколько поверхностно-активных веществ. Такие поверхностно-активные вещества хорошо известны в данной области техники и, как правило, являются неионными поверхностно-активными веществами, мылами или жирными кислотами либо их комбинациями. Однако настоящее изобретение также работает и без поверхностно-активных веществ.
По сравнению с описанным в предшествующем уровне техники гидрофобным диоксидом кремния, где стабильная химическая связь образуется между силанольными группами на поверхности диоксида кремния и гидрофобизирующим агентом, химическую добавку для удаления печатной краски согласно настоящему изобретению получают в мягких условиях, например распылением при комнатной температуре, что не приводит к образованию какой-либо химической связи.
В частности, настоящее изобретение включает способ удаления печатной краски с макулатуры, содержащей печатную краску и бумажную массу, включающий в себя стадии превращения печатной макулатуры в водную волокнистую суспензию бумажной массы в пульпере, где печатная краска отделяется от бумажной массы; осуществления флотации волокнистой суспензии бумажной массы с целью удаления гидрофобных примесей, включая печатную краску, из суспензии бумажной массы, при этом указанную флотацию проводят в присутствии химической добавки для удаления печатной краски, включающей в себя модифицированный диоксид кремния, полученный адсорбцией гидрофобной органической жидкости на гидрофильные частицы диоксида кремния, или модифицированный силикат металла, полученный адсорбцией гидрофобной органической жидкости на гидрофильные частицы силиката металла, или смесь такого модифицированного диоксида кремния и такого модифицированного силиката металла; и извлечения очищенной от печатной краски бумажной массы из водной волокнистой суспензии.
Печатная макулатура включает в себя газетную бумагу, журналы, смешанный канцелярский мусор, книги, телефонные справочники, печатные рекламные материалы, материалы лазерной печати, компьютерную бумагу и так далее. Применительно к данному изобретению эти различные виды печатной макулатуры могут быть смешаны в любом соотношении. Бумажные волокна, использованные для получения таких материалов, могут быть бумажной массой, такой как крафт-целлюлоза, или могут быть химически обработанными целлюлозами высокого выхода, такими как химикотермомеханическая масса, либо могут быть механически полученными массами, такими как дефибрерная масса, или их смесями.
Обычно печатная макулатура содержит по меньшей мере два вида из следующих: старые газеты (ONP), старые журналы (OMG) и смешанный канцелярский мусор (MOW). Предпочтительно, чтобы ONP присутствовали в количестве самое большее 95 масс.%, более предпочтительно самое большее 80 масс.%.
Способ удаления печатной краски с макулатуры согласно настоящему изобретению включает в себя первую стадию превращения печатной макулатуры в водную волокнистую суспензию в аппарате, хорошо известном в данной области техники как пульпер (разбиватель). Разволокнение обычно проводят при определенной совокупности условий, включающей температуру, величину рН и жесткость воды. Эта стадия разволокнения предпочтительно протекает при температуре в диапазоне приблизительно от 25°С до 70°С. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения стадия разволокнения протекает при температуре в диапазоне приблизительно от 35°С до 55°С. Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения водная волокнистая суспензия содержит приблизительно от 5% до 35 масс.% печатной макулатурной массы. Более предпочтительно водная волокнистая суспензия содержит приблизительно от 10% до 25 масс.% печатной макулатурной массы. Зачастую это рассматривают как "консистенция бумажной массы" - данный термин используют в бумажной промышленности для описания концентрации (масс./масс.) водной суспензии целлюлозных волокон и наполнителей. Водная суспензия может дополнительно включать в себя мыло, жирную кислоту, неионное поверхностно-активное вещество, каустик или кальцинированную соду, силикат натрия, перекись водорода, хелатирующий агент, биоцид или их смеси. Предпочтительно, чтобы концентрация гидроксида натрия или кальцинированной соды лежала в диапазоне приблизительно от 0 кг/т печатной макулатуры до 20 кг/т печатной макулатуры, подлежащей очистке от печатной краски. Концентрация мыла, жирной кислоты или неионного поверхностно-активного вещества либо их комбинации лежит в диапазоне приблизительно от 0 кг/т печатной макулатуры до 10 кг/т печатной макулатуры, подлежащей очистке от печатной краски. Концентрация мыла, жирной кислоты или неионного поверхностно-активного вещества либо их комбинации также может лежать в диапазоне приблизительно от 0,2 кг/т печатной макулатуры до 10 кг/т печатной макулатуры, подлежащей очистке от печатной краски. Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения концентрации хелатирующего агента лежат в диапазоне приблизительно от 0 кг/т печатной макулатуры до 3 кг/т печатной макулатуры, подлежащей очистке от печатной краски. Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения концентрации перекиси лежат в диапазоне приблизительно от 0 кг/т печатной макулатуры до 20 кг/т печатной макулатуры, подлежащей очистке от печатной краски. Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения концентрации силиката, такого как силикат натрия, лежат в диапазоне приблизительно от 0 кг/т печатной макулатуры до 20 кг/т печатной макулатуры, подлежащей очистке от печатной краски.
После стадии разволокнения водная волокнистая суспензия может быть подвергнута очистке и просеиванию с последующей флотацией, где печатную краску и другие загрязнения отделяют от потока целлюлозных волокон. После флотации облагороженная макулатурная масса также может быть впоследствии промыта, загущена и отбелена до целевой степени белизны перед подачей в бумагоделательную машину, где могут вводиться добавки, такие как удерживающие добавки, укрепляющие добавки, осушающие добавки и/или агенты для проклейки бумаги. Как правило, выпускают бумагу, удовлетворяющую определенным техническим требованиям, включая степень белизны, сорность, прочность, проклейку (гидрофобность) и/или уровни гигроскопичности.
Очистку от печатной краски предпочтительно проводят при величине рН приблизительно от 6,8 до 11, более предпочтительно приблизительно от 7,5 до 10,5.
Настоящее изобретение далее будет описано более подробно с помощью следующих неограничивающих примеров, иллюстрирующих некоторые варианты осуществления изобретения. При описании проценты являются массовыми процентами, если не указано иное.
В следующих примерах химическая добавка для удаления печатной краски согласно настоящему изобретению будет также именоваться добавкой для контроля пенообразования (FCA).
ПРИМЕРЫ
В следующих примерах старые газеты (ONP), старые журналы (OMG) и смешанный канцелярский мусор (MOW) получали из разных мест и заводов.
В каждом примере конкретные переменные параметры методики проведения опытов по очистке от печатной краски, характерные для каждого опыта, представлены в сводной таблице. Эти сводные таблицы включают:
- соотношение разных сортов макулатуры,
- дозы различных реагентов для очистки от печатной краски в пульпере: конкретное поверхностно-активное вещество для очистки от печатной краски, гидроксид натрия, силикат натрия (обозначенный как силикат в таблицах экспериментов), перекись водорода (приведенные в таблицах количества относятся к количеству химического продукта как такового, например, "NaOH (50%): 15 кг/т" означает 15 кг 50% раствора NaOH на тонну, или 7,5 кг 100% NaOH на т),
- консистенцию, рН и температуру бумажной массы на стадии разволокнения,
- время и температуру флотации.
Разволокнение проводят в две стадии.
Первое короткое предварительное измельчение в течение 3 минут выполняют в пульпере с винтовым ротором Lamort (Lam'Deinkit), помещая в него 1500 г сухой макулатуры и количество водопроводной воды, необходимое для достижения требуемой консистенции, чтобы получить гомогенный образец предварительно измельченной макулатуры. В рамках каждого примера свойства добавок для контроля пенообразования (FCA) сравнивают со стандартом (без FCA) для того же предварительно измельченного образца.
2
2
Затем образец (200 г сухого вещества) этой предварительно измельченной бумажной массы добавляют в термостатированный Kitchen-Aid вместе с различными реагентами для очистки от печатной краски, систематически включающими 1 г СаСl·2НO для доведения жесткости воды до стандартных заводских условий. В случае использования FCA ее также добавляют в пульпер вместе с другими реагентами. Далее осуществляют разволокнение в течение 15 минут с установленной скоростью вращения 2 и при требуемой температуре разволокнения.
2
2
Затем проводят периодическую флотацию во флотационной камере Lamort емкостью 16 л на 160 г сухой бумажной массы при консистенции 1%. Перед проведением флотации во флотационную камеру добавляют 15 г CaCl·HO для доведения жесткости воды до стандартных заводских условий.
Выход флотации рассчитывают на основании материального баланса сырья и отходов при флотации в соответствии со следующей формулой:
Выход флотации (%) = (1 - [суммарные сухие отходы при флотации (г) / суммарное сухое сырье на флотацию (г)]) × 100.
Для измерения белизны при флотации готовят пластинки (по 8 г каждая) в двух экземплярах. Величина степени белизны представляет собой среднее значение для 8 измерений на 2 пластинках (по 2 измерения с каждой стороны) и определяется с помощью спектрофотометра Technidyne ColourTouch PC Spectrophotometer со стандартным источником света D65 (обычный дневной свет), стандартным наблюдателем 10° и без УФ.
Конкретное поверхностно-активное вещество для очистки от печатной краски представляет собой:
- мыло (полученное омылением талловой жирной кислоты): мыло А, мыло В,
- либо неионное поверхностно-активное вещество (алкоксилированный жирный спирт): поверхностно-активное вещество А, поверхностно-активное вещество В,
- либо смесь жирной кислоты и неионного поверхностно-активного вещества: смесь А, смесь В.
Эти отличающиеся методики с использованием поверхностно-активных веществ также могут быть объединены.
Пример 1
Приготовление добавки для контроля пенообразования (FCA)
Различные добавки для контроля пенообразования (FCA) готовят в смесителе путем адсорбции гидрофобного жидкого органического вещества или смесей различных веществ на частицы диоксида кремния с помощью напыления при комнатной температуре. Основные компоненты композиции FCA, используемые в различных примерах, представлены в Таблице 1. Все FCA являются диспергируемыми в воде, но используются в сухой форме (в виде порошка).
Таблица 1
Стандартный FCA
Диоксид кремния (осажденный)
Органическое вещество
Органическое вещество/диоксид кремния (масс./масс.)
FCA 1
Диоксид кремния А
Минеральное масло (40%)Эфир полиэтиленгликоля (33%)Эфир полипропиленгликоля (PPG) (27%)
1,32
FCA 2
Диоксид кремния А
Сополимер полиэтиленоксида-полипропиленоксида
1,03
FCA 3
Диоксид кремния В
Сополимер полиэтиленоксида-полипропиленоксида
1,02
FCA 4
Диоксид кремния А
PPG (полипропиленгликоль)
1
FCA 5
Диоксид кремния С
PPG
1
FCA 6
Диоксид кремния А
Сополимер полиэтиленоксида-полипропиленоксида, кремнийорганический полиэфир
1
FCA 7
Диоксид кремния А
Алкоксилированный жирный спирт
1
FCA 8
Диоксид кремния А
Эфир PEG и PPG, кремнийорганический полиэфир
1
В следующих примерах 2 и 3 эти добавки для контроля пенообразования сравнивают с хорошо известными промышленными недиспергируемыми в воде гидрофобизированными минералами, не являющимися частью данного изобретения. Гидрофобизация этих промышленных минералов достигается с помощью химической реакции определенных органических соединений с химическими группами на поверхности минерала. Этими продуктами являются:
- продукт А: гидрофобизированный тальк,
- продукт В: гидрофобизированный осажденный карбонат кальция,
- продукт С: гидрофобизированный диоксид кремния,
- продукт D: гидрофобизированный диоксид кремния.
В следующем примере 4 добавки для контроля пенообразования сравнивают с 2 другими экспериментальными гидрофобизированными недиспергируемыми в воде минералами, полученными с помощью простой адсорбции полидиметилсилоксана (DMPS) с различной молекулярной массой и вязкостью на порошкообразный гидрофильный диоксид кремния:
- ND порошок А: DMPS 100 сП адсорбировано на диоксид кремния А (органическое соединение/диоксид кремния, масс./масс. = 1),
- ND порошок В: DMPS 100 сП + DMPS 30000 сП (20%) адсорбировано на диоксид кремния А (органическое соединение/диоксид кремния, масс./масс. = 1).
Эти два продукта также не являются частью данного изобретения.
В следующем примере 5 добавку для контроля пенообразования сравнивают с двумя разными композициями жидкого пеногасителя на масляной основе, полученного диспергированием различного типа порошка гидрофобного диоксида кремния в различных масляных фазах. Эти два продукта являются промышленными пеногасителями на масляной основе для использования на стадии разволокнения и также не являются частью изобретения.
Такими двумя продуктами являются:
- жидкий пеногаситель А: дисперсия гидрофобного диоксида кремния в минеральном масле,
- жидкий пеногаситель В: дисперсия другого гидрофобного диоксида кремния в минеральном масле, смешанном с эфиром.
Пример 2
Пульпер
Флотация
ONP/OMG: 20/80
Мыло А: 2,5 кг/т
Поверхностно-активное вещество В: 0,2 кг/т
NaOH (50%): 15 кг/т
Силикат (40%): 10 кг/т
Н<sub>2</sub>O<sub>2 </sub>(30%):10 кг/т
Консистенция: 18%
рН 10,3
Время: 3 мин 00 с
Температура: 47°С
Температура: 50°С
Дополнительные добавки в пульпере
Доза (кг/т)
Выход флотации (%)
Белизна массы при флотации (%)
Без дополнительных добавок (стандарт)
0
64,9
54,8
FCA 1
10
76,5
54,6
Продукт А
10
63,8
54,8
Продукт В
10
65,2
55,4
Соотношение ONP/OMG составляет 20/80. Очистка от печатной краски достигается в щелочной среде.
Продукт FCA 1 при этой высокой скорости прибавления показывает значительное увеличение выхода флотации без отрицательного воздействия на белизну массы при флотации.
Два гидрофобизированных недиспергируемых в воде минерала не оказывают положительного воздействия на выход при флотации. Однако продукт В демонстрирует незначительное положительное влияние на белизну массы при флотации.
Пример 3
Пульпер
Флотация
ONP/OMG: 20/80
NaOH (50%): 15 кг/т
Силикат (40%): 10 кг/т
Н<sub>2</sub>O<sub>2 </sub>(30%): 10 кг/т
Консистенция: 18%
рН 9,7
Время: 2 мин 30 с
Температура: 47°С
Температура: 50°С
Дополнительные добавки в пульпере
Доза (кг/т)
Выход флотации (%)
Белизна массы при флотации (%)
Без дополнительных добавок (стандарт)
0
76,0
57,9
FCA 1
2
78,5
58,0
FCA 3
2
79,5
58,0
Продукт С
2
76,4
58,2
Продукт D
2
76,4
58,3
Соотношение ONP/OMG составляет 20/80. Очистка от печатной краски достигается в щелочной среде.
При в 5 раз более низкой скорости прибавления способ с использованием FCA демонстрирует значительное увеличение выхода при флотации без изменения белизны массы при флотации.
Для сравнения 2 промышленных недиспергируемых в воде гидрофобизированных диоксида кремния не оказывают существенного влияния на выход флотации и белизну массы при флотации.
Пример 4
Пульпер
Флотация
ONP/OMG: 20/80
Мыло А: 3 кг/т
NaOH (50%): 13,5 кг/т
Силикат (40%): 10 кг/т
Н<sub>2</sub>O<sub>2 </sub>(30%): 10 кг/т
Консистенция: 20%
рН 10,1
Время: 2 мин 30 с
Температура: 47°С
Температура: 50°С
Дополнительные добавки в пульпере
Доза (кг/т)
Выход флотации (%)
Белизна массы при флотации (%)
Без дополнительных добавок (стандарт)
0
68,9
56,8
FCA 2
2
73,4
56,5
FCA 6
2
73,7
56,7
FCA 7
2
75,5
56,6
ND порошок А
2
70,1
56,6
ND порошок В
2
69,1
56,8
Соотношение ONP/OMG составляет 20/80. Очистка от печатной краски достигается в щелочной среде.
Способ с использованием FCA демонстрирует значительное увеличение выхода флотации без существенного снижения белизны массы при флотации. Для сравнения 2 недиспергируемых в воде гидрофобизированных диоксида кремния, полученных адсорбцией DMPS на гидрофильный диоксид кремния, оказывают очень незначительное влияние на выход флотации и белизну массы при флотации.
Пример 5
Пульпер
Флотация
ONP/OMG: 20/80
Мыло А: 3 кг/т
NaOH (50%): 12,5 кг/т
Силикат (40%): 10 кг/т
Н<sub>2</sub>O<sub>2 </sub>(30%): 10 кг/т
Консистенция: 20%
рН 9,9
Время: 2 мин 30 с
Температура: 47°С
Температура: 50°С
Дополнительные добавки в пульпере
Доза (кг/т)
Выход флотации (%)
Белизна массы при флотации (%)
Без дополнительных добавок (стандарт)
0
72,5
53,8
FCA 2
2
77,0
54,0
Жидкий пеногаситель А
1
72,8
54,0
Жидкий пеногаситель В
1
71,9
54,4
Соотношение ONP/OMG составляет 20/80. Очистка от печатной краски достигается в щелочной среде.
FCA позволяет достичь значительного увеличения выхода флотации без потерь в белизне массы при флотации.
Для сравнения 2 пеногасителя на масляной основе, добавленные на стадии разволокнения с такой же дозой активного вещества, как и в случае продукта с FCA, не оказывают существенного влияния ни на выход флотации, ни на селективность флотации печатной краски.
Пример 6
Пульпер
Флотация
ONP/OMG: 20/80
Мыло А: 3 кг/т
NaOH (50%): 13 кг/т
Силикат (40%): 10 кг/т
Н<sub>2</sub>O<sub>2 </sub>(30%):10 кг/т
Консистенция: 20%
рН 10,1
Время: 2 мин 30 с
Температура: 47°С
Температура: 50°С
FCA в пульпере
Доза (кг/т)
Выход флотации (%)
Белизна массы при флотации (%)
Без FCA (стандарт)
0
63,0
56,2
FCA 1
2
65,8
56,5
FCA 8
2
66,6
56,1
Соотношение ONP/OMG составляет 20/80. Очистка от печатной краски достигается в щелочной среде.
Как FCA 1, так и FCA 8 позволяют достичь значительного увеличения выхода флотации без изменения белизны массы при флотации.
Пример 7
Пульпер
Флотация
ONP/OMG: 50/50
Мыло А: 3 кг/т
NaOH (50%): 14 кг/т
Силикат (40%): 10 кг/т
Н<sub>2</sub>O<sub>2 </sub>(30%): 10 кг/т
Консистенция: 16,5%
рН 9,6
Температура: 47°С
Температура: 50°С
FCAB пульпере
Время флотации
Доза (кг/т)
Выход флотации (%)
Белизна массы при флотации (%)
Без FCA (стандарт)
2 мин 30
0
68,0
47,8
FCA 1
2 мин 30
2
71,2
47,8
FCA 3
2 мин 30
2
73,7
47,7
Без FCA (стандарт)
1 мин 30
0
76,1
45,9
FCA 2
1 мин 30
2
79,3
45,9
Соотношение ONP/OMG увеличивают до 50/50 по сравнению с предыдущими примерами. Консистенцию бумажной массы регулируют в соответствии с этим новым составом макулатуры. Очистка от печатной краски достигается в щелочной среде.
Результаты очистки от печатной краски при разных значениях времени флотации представлены в таблице.
В случае этой отличающейся композиции бумаги при двух различных значениях времени флотации наблюдается положительное влияние способа с использованием FCA на выход флотации без изменения белизны массы при флотации.
Пример 8
Пульпер
Флотация
ONP/OMG: 80/20
Мыло А: 3 кг/т
NaOH (50%): 17 кг/т
Силикат (40%): 10 кг/т
Н<sub>2</sub>O<sub>2 </sub>(30%): 10 кг/т
Консистенция: 15%
рН 9,6
Время: 2 мин 30 с
Температура: 47°С
Температура: 50°С
FCA в пульпере
Доза (кг/т)
Выход флотации (%)
Белизна массы при флотации (%)
Без FCA (стандарт)
0
73,3
45,4
FCA 2
2
77,6
45,3
Соотношение ONP/OMG снова увеличивают до 80/20. Консистенцию бумажной массы регулируют в соответствии с этим новым составом макулатуры. Очистка от печатной краски достигается в щелочной среде.
FCA 2 демонстрирует очень незначительное увеличение выхода флотации без неблагоприятного воздействия на белизну массы при флотации.
Пример 9
Пульпер
Флотация
ONP/OMG: 95/5
Мыло А: 3 кг/т
NaOH (50%): 19 кг/т
Силикат (40%): 10 кг/т
Н<sub>2</sub>O<sub>2 </sub>(30%): 10 кг/т
Консистенция: 14%
рН 10,2
Время: 2 мин 30 с
Температура: 47°С
Температура: 50°С
FCA в пульпере
Доза (кг/т)
Выход флотации (%)
Белизна массы при флотации (%)
Без FCA (стандарт)
0
80,9
45,0
FCA3
2
89,2
44,9
Соотношение ONP/OMG снова увеличивают до 95/5. Консистенцию бумажной массы регулируют в соответствии с этим новым составом макулатуры. Очистка от печатной краски достигается в щелочной среде.
При сравнении с опытом по очистке от печатной краски в условиях ONP/повышенное содержание ОМР (Примеры 2 и 3) этот пример демонстрирует наличие синергического эффекта между FCA 3 и низким содержанием журналов в макулатуре, выражающегося в существенном увеличении выхода флотации без отрицательного воздействия на белизну массы при флотации.
Пример 10
Пульпер
Флотация
ONP/OMG: 0/100
Смесь А: 1 кг/т
NaOH (50%): 0 кг/т
Силикат (40%): 0 кг/т
Н<sub>2</sub>O<sub>2</sub> (30%): 0 кг/т
Консистенция: 20%
рН 7,8
Время: 2 мин 30 с
Температура: 35°С
Температура: 35°С
FCA в пульпере
Доза (кг/т)
Выход флотации (%)
Белизна массы при флотации (%)
Без FCA (стандарт)
0
79,8
64,4
FCA 1
2
82,6
64,3
FCA 4
2
82,5
64,4
FCA 5
2
81,4
64,4
Этот опыт по очистке от печатной краски проводят при использовании 100% OMG. Консистенцию бумажной массы регулируют в соответствии с этим новым составом макулатуры. Очистка от печатной краски достигается при достаточно низкой температуре и в нейтральной среде (без добавления щелочи и перекиси водорода в пульпер). Мыло также заменяют смесью жирной кислоты и неионного поверхностно-активного вещества.
Способ с использованием FCA позволяет достичь увеличения выхода флотации без изменения белизны массы при флотации.
Пример 11
Пульпер
Флотация
MOW/OMG: 90/10
Смесь В: 1 кг/т
NaOH (50%): 0 кг/т
Силикат (40%): 0 кг/т
Н<sub>2</sub>O<sub>2</sub> (30%): 0 кг/т
Консистенция: 20%
рН 7,9
Время: 3 мин 30
Температура: 50°С
Температура: 50°С
FCA в пульпере
Доза (кг/т)
Выход флотации (%)
Белизна массы при флотации (%)
Без FCA (стандарт)
0
80,8
78,3
FCA 1
2
83,7
78,4
FCA 2
2
85,0
78,5
ONP заменяют на MOW, а содержание OMG снижают до 10%. Консистенцию бумажной массы регулируют в соответствии с этим новым составом макулатуры. Очистку от печатной краски проводят в нейтральной среде. Поверхностно-активное вещество для очистки от печатной краски представляет собой смесь жирной кислоты и неионного поверхностно-активного вещества.
Способ с использованием FCA демонстрирует значительное увеличение выхода флотации без отрицательного воздействия на белизну массы при флотации.
Пример 12
Пульпер
Флотация
MOW/OMG: 67/33
Мыло В: 1,3 кг/т
Поверхностно-активное вещество А: 1 кг/т
NaOH (50%): 0 кг/т
Силикат (40%): 0 кг/т
Н<sub>2</sub>O<sub>2</sub> (30%); 0 кг/т
Консистенция: 20%
рН 7,9
Время: 3 мин 30 с
Температура: 56°С
Температура: 56°С
FCA в пульпере
Доза (кг/т)
Выход флотации (%)
Белизна массы при флотации(%)
Без FCA (стандарт)
0
79,2
73,3
FCA 2
2
84,0
73,5
FCA 3
4
85,8
73,0
Соотношение MOW/OMG увеличивают до 67/33. Очистку от печатной краски также осуществляют с использованием мыла и неионного поверхностно-активного вещества при более высокой температуре и в нейтральной среде.
Как и в предыдущем примере, способ с использованием FCA работает очень хорошо, приводя к значительному увеличению выхода флотации наряду с практически неизмененной белизной массы при флотации.
Очевидно, что после прочтения приведенного выше описания настоящего изобретения специалист в данной области техники на основании этого сможет внести изменения и вариации. Эти изменения и вариации включены в объем и сущность следующей прилагаемой формулы изобретения.