用于助留目的的二氧化硅的在線生產(chǎn)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文獻(xiàn)涉及用于造紙工藝和造紙板工藝的在線生產(chǎn)方法、和用于將至少一種添加劑同時(shí)遞送到造紙機(jī)或造紙板機(jī)的原料懸浮液中以形成助留劑(截留劑，retent1nagent)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化硅通常單獨(dú)或與另一成分一起用作助留化學(xué)品或助留劑，以在生產(chǎn)紙或紙板時(shí)保留細(xì)材料，主要為溶解的膠狀物質(zhì)、化學(xué)品、細(xì)粒(細(xì)肩，fines)和填料粒子。可以許多方式生產(chǎn)二氧化硅，例如滲析、電滲析、中和、膠溶，而一種常規(guī)的商業(yè)方法是通過(guò)偏硅酸鈉(具有常用名硅酸鈉(Na2S13),其也被稱為水玻璃)的離子交換。文獻(xiàn)中也描述了其他方法，如用酸處理水玻璃，隨后在罐或容器中形成二氧化硅。
[0003]但是，這些常規(guī)技術(shù)具有一些缺點(diǎn)。預(yù)制(readymade)的膠體二氧化娃產(chǎn)物的固含量例如非常低，這導(dǎo)致所述產(chǎn)物到紙/板研磨機(jī)中的昂貴且環(huán)境不友好的運(yùn)輸和較高的CO2足跡。與膠體二氧化硅的制造相關(guān)的另一問(wèn)題是必須優(yōu)化該方法以得到不沉淀或絮凝的穩(wěn)定產(chǎn)物，這可影響膠體二氧化硅的性能。此外，現(xiàn)場(chǎng)方法具有一些缺點(diǎn)。
[0004]因此，對(duì)于用于制造該助留化學(xué)品和將該助留化學(xué)品添加到造紙工藝或造紙板工藝的新的方法存在需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本公開(kāi)內(nèi)容的目標(biāo)為提供用于將助留化學(xué)品形成用添加劑進(jìn)料到纖維網(wǎng)形成機(jī)的短循環(huán)中的改善的方法。
[0006]本發(fā)明公開(kāi)了用于將助留劑提供到原料懸浮液的液體流和造紙機(jī)的短循環(huán)中的在線生產(chǎn)方法，其中所述方法包括如下步驟:
[0007]⑴提供原料懸浮液的液體流；和
[0008](ii)將至少一種添加劑進(jìn)料到所述原料懸浮液的液體流中，其中所述助留劑在所述原料懸浮液中直接形成.
[0009]所述至少一種添加劑可例如以液體流加入到所述原料懸浮液中。
[0010]通過(guò)本發(fā)明的方法提供的助留劑可進(jìn)一步改善脫水速率的控制和隨后的紙的強(qiáng)度性能。
[0011]通過(guò)該方法，提供了將助留劑直接形成在原料懸浮液中的方式。由此，廢除了運(yùn)輸例如預(yù)制的助留劑溶液的需求，且因此可以非常成本有效的方式形成助留助劑(retent1naid)。此外，由于將助留劑直接形成在原料懸浮液中，其可非?？焖偾矣行У卣掣降郊?xì)粒子上或原料懸浮液中的填料上，且由此可實(shí)現(xiàn)更有效的效果。
[0012]本發(fā)明的方法進(jìn)一步使得能夠制造用現(xiàn)有方法不可能或難以提供的助留系統(tǒng)，因?yàn)閷?duì)于所述系統(tǒng)的膠體穩(wěn)定性的要求與現(xiàn)有方法相比不那么高。在本發(fā)明的方法中，膠體不穩(wěn)定性可甚至是有利的且改善助留性質(zhì)。
[0013]可將兩種或更多種添加劑進(jìn)料到原料懸浮液中并使得它們彼此反應(yīng)以形成助留劑或引發(fā)或促進(jìn)助留劑的形成。
[0014]優(yōu)選地，助留劑是基于二氧化硅的助留劑?；诙趸璧闹魟┛衫鐬槎趸藁蚱浠祀s物(hybrid)?；诙趸薜闹魟﹥?yōu)選的為膠體形式、最優(yōu)選納米粒子的形式。
[0015]與在數(shù)周和數(shù)月內(nèi)必須穩(wěn)定的預(yù)制的膠體溶液相反，本發(fā)明使得能夠使用快速絮凝的二氧化硅粒子，其進(jìn)一步改善細(xì)粒和膠體物質(zhì)的助留。
[0016]所述方法可包括將硅酸加入到原料懸浮液中，該硅酸在懸浮原料中進(jìn)一步聚合為膠體二氧化硅。
[0017]在另一實(shí)施方式中，所述方法包括將第一和第二添加劑加入到原料懸浮液中，由此在所述原料懸浮液中直接形成基于二氧化硅的助留劑，和其中所述第一添加劑是硅酸鹽和所述第二添加劑是酸性介質(zhì)。
[0018]所述硅酸鹽可例如為水溶性硅酸鹽，例如硅酸鈉、硅酸鈣、硅酸鉀或硅酸鎂。
[0019]所述酸性介質(zhì)可例如包括如下中的任一種:無(wú)機(jī)酸例如硫酸、磷酸、鹽酸；酸性金屬鹽(酸式金屬鹽，acidic metal salt)和/或二氧化碳。
[0020]替代地或額外地，酸性介質(zhì)可包括金屬鹽或多價(jià)金屬離子；酸性鹽(酸式鹽，acidic salt)，例如硫酸銨、硫酸鋁、多硝酸鋁和/或多氯化鋁。當(dāng)用包括多氯化鋁的酸性介質(zhì)處理硅酸鈉時(shí)，形成多鋁硅酸鹽。由此形成的多鋁硅酸鹽高度帶電，其改善助留劑的助留特性。
[0021]可將酸性介質(zhì)以一個(gè)或數(shù)個(gè)(例如兩個(gè))步驟進(jìn)料到原料中。
[0022]硅酸鹽的初始酸化產(chǎn)生硅酸(Si(0H)4)。此后，所述硅酸聚合，其分子尺寸增加且形成具有強(qiáng)負(fù)電荷的經(jīng)聚合的娃酸的膠束(微團(tuán)，micelle)。所述聚合可通過(guò)控制pH或通過(guò)控制聚合過(guò)程中存在的鹽的濃度而得到控制。在低于7的pH下，形成硅膠。在中性pH或高于7的pH下，形成硅溶膠。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選形成硅溶膠，且因此優(yōu)選稍高于7、例如7.5的聚合pH。
[0023]在一個(gè)實(shí)施方式中，將第一和第二添加劑同時(shí)進(jìn)料到原料懸浮液中。這意味著例如娃酸鈉和酸性介質(zhì)同時(shí)進(jìn)料(例如通過(guò)一個(gè)定量給料(dosing)設(shè)備或噴嘴)到原料懸浮液，其中在原料懸浮液中形成二氧化硅。根據(jù)該實(shí)施方式，雖然硅酸可已經(jīng)在定量給料設(shè)備中形成，但是最終聚合為膠體二氧化硅可在原料懸浮液中發(fā)生。通過(guò)這種方式，可降低第一或第二添加劑與原料中其他成分或試劑的不期望反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。而且，可避免纖維的變色/變黃。在另一實(shí)施方式中，可首先將第一添加劑進(jìn)料到原料中，和在所述第一添加劑之后基本上立即將第二添加劑進(jìn)料到所述原料中。通過(guò)這種方式，可降低酸性介質(zhì)與其他試劑例如與填料如碳酸鈣的不期望反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)?？蓪⒌诙砑觿?如酸)在第一添加劑的添加后立即以一個(gè)或數(shù)個(gè)步驟進(jìn)料到所述原料中。
[0024]在又一實(shí)施方式中，首先將所述第二添加劑以一個(gè)或數(shù)個(gè)步驟進(jìn)料到所述原料中，且在所述第二添加劑的添加后基本上立即將所述第一添加劑進(jìn)料到所述原料中。通過(guò)該方式可避免纖維的變色或變黃。
[0025]可通過(guò)注射進(jìn)行添加劑(一種或多種)到原料懸浮液的液體流或短循環(huán)中的進(jìn)料。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述添加劑可通過(guò)注射同時(shí)進(jìn)料。在另一實(shí)施方式中，所述添加劑可通過(guò)注射分開(kāi)進(jìn)料。
[0026]所述添加劑(一種或多種)到原料懸浮液的液體流中的注射可在與液體流的方向基本上橫向的方向上且在比原料懸浮液的液體流的流速高的流速下由一個(gè)或數(shù)個(gè)噴嘴進(jìn)行。所述注射由此可通過(guò)設(shè)備例如W02011/110744中公開(kāi)的那些進(jìn)行。
[0027]液體流原料懸浮液可包括下列組分中的至少一種:原漿懸浮液(長(zhǎng)纖維漿、短纖維漿、機(jī)械漿、化學(xué)機(jī)械漿、化學(xué)漿、微纖維漿、納米纖維漿)、循環(huán)漿懸浮液(循環(huán)漿、廢品、來(lái)自纖維回收過(guò)濾器的纖維級(jí)分)、添加劑懸浮液和含固體物的濾出液。
[0028]可將第一和第二添加劑兩者以液體流進(jìn)料到原料懸浮液中。還可將所述第二添加劑(即中和化學(xué)品)以氣體形式注入。包括所述第一添加劑的液體流可進(jìn)一步包括優(yōu)化所形成的助留助劑的電荷和/或粒徑的添加劑。這樣的添加劑可例如為表面活性劑、醇、非離子物質(zhì)、成核劑、兩性和/或陽(yáng)離子化合物。
[0029]所述助留劑可在微原纖化纖維素(MFC)和/或納米原纖化多糖的存在下在原料懸浮液中形成。當(dāng)向膠體二氧化硅的聚合在MFC和/或納米原纖化多糖的存在下發(fā)生時(shí)，形成的基于二氧化硅的助留劑可與MFC形成絡(luò)合物，其具有改善的助留和脫水性能?？蓪FC和/或納米原纖化多糖例如與水玻璃和酸性介質(zhì)的進(jìn)料分開(kāi)地但緊密接近地進(jìn)料(例如通過(guò)注射)到原料懸浮液中。替代地，可將MFC和/或納米原纖化多糖與水玻璃的進(jìn)料一起進(jìn)料(例如通過(guò)注射)到原料懸浮液中。在該實(shí)施方式中，可將MFC和/或納米原纖化多糖在注入到造紙?jiān)系囊后w流中之前與水玻璃混合。根據(jù)又一實(shí)施方式，MFC和/或納米原纖化多糖可在造紙?jiān)系囊后w流中提供，和水玻璃和酸性介質(zhì)可通過(guò)注射分開(kāi)地