用于监测造纸中的有机沉积物的方法

文档序号:6122059阅读:296来源:国知局
专利名称:用于监测造纸中的有机沉积物的方法
技术领域
本发明属于造纸领域。具体地说,本发明属于造纸工艺中监测有机沉 积物的领域。
背景技术
有机树脂物质(初级原料中的木质提出物和相关的天然材料、再生材 料中的粘性物质以及类似的人造组分)沉积物的形成是造纸中常见的问 题。对于各种等级的纸而言,当这些提出物在木材加工期间或者在纸制品 回收过程中被释放时,其可能成为造纸配料中不期望的组分以及成为所有 工厂设备上棘手的沉积物。
有机沉积物的性质根据工艺不同和工厂不同而各异。最为普遍地是, 所述有机沉积物是不溶的有机盐、不能皂化的有机物、木质纤维和/或难 溶的聚合物造纸添加剂的混合物。因此,由于上述多种可能的潜在原因使 得有机沉积物在生产过程中的沉积成为相当复杂的事情。
用于监测有机沉积物并预测沉积物活性的控制程序的表示方法对于 此行业而言具有重大价值。目前,市场上尚无这样的方法。

发明内容
本发明提供了用于监测造纸工艺中来自流体或纸浆的有机沉积物沉 积的方法,所述方法包括测量来自所述流体或纸浆的有机沉积物沉积到石 英晶体微量天平上的速率,所述石英晶体^t量天平具有与所述流体或纸浆 接触的顶面以及与所迷流体或纸浆隔离的第二底面。
本发明还提供了用于测量减少造纸工艺中有机沉积物沉积的抑制剂
的效果的方法,所述方法包括监测来自造纸工艺的流体或纸浆的有机沉积 物的沉积,其包括测量来自所述流体或纸浆的有机沉积物沉积到石英晶体 微量天平上的速率,所述石英晶体微量天平具有与所述流体或纸浆接触的
顶面以及与所述流体或纸浆隔离的第二底面;向所述流体或纸浆中加入减 少有机沉积物沉积的抑制剂;以及再次测量来自所述流体或纸浆的有机沉 积物沉积到所述石英晶体微量天平上的速率。
本发明还提供了用于测量减少造纸工艺中的有机沉积物沉积的抑制 剂的效果的方法,所述方法包括监测来自流体或纸浆的有机沉积物的沉 积,该流体或纸浆模拟造纸工艺中形成的流体或纸浆,所述方法包括测量 来自所述流体或纸浆的有机沉积物沉积到石英晶体^:量天平上的速率,所 述石英晶体微量天平具有与所述流体或纸浆接触的顶面以及与所述流体 或纸浆隔离的第二底面;向所述流体或纸浆中加入减少有机沉积物沉积的 抑制剂;以及再次测量来自所述流体或纸浆的有机沉积物沉积到所述石英 晶体微量天平上的速率。
附图简述


图1.在后氧粗浆洗涤器管道(post-oxygen brownstock washer line)中 形成的有机沉积物累积质量。
图2.在后氧粗浆洗涤器管道中形成的有机沉积物阻尼电压 (damping voltage )。
图3.在造纸机(白水管道)中沉积的木质树脂和胶合的细料(glued fines)。
图4.在造纸机(白水管道)中沉积的木质树脂和胶合的细料累积质量。
图5.在造纸机(白水管道)中沉积的木质树脂和胶合的细料阻尼 电压。
图6.于60。C在再制浆的流浆箱配料中的胶粘剂(Stickies)监测(操 作台面的实验)累积质量。
图7.于60。C在再制浆的流浆箱配料中的胶粘剂监测(操作台面的实 验)阻尼电压。
图8.于60。C在再制浆的流浆箱配料中的胶粘剂监测(操作台面的实 验)温度。
图9.漂白车间的D100滤液排出管道(discharge line )中混合的有^L /无积"冗积物。
图10.漂白车间的D1滤液排出管道中混合的有机/无机沉积物。
图11.废纸再调浆器的白水管道中的聚合物有机酸的混合铝-钙盐 (沉积物控制程序应用中诊断的过量污垢(scale)抑制剂)累积质量。
图12.废纸再调浆器的白水管道中的聚合物有机酸的混合铝-4丐盐 (沉积物控制程序应用中诊断的过量污垢抑制剂)阻尼电压。
发明详述
"QCM"指石英晶体微量天平。
"IDM"指独立的沉积物监测器。该仪器由Nalco Company, Naperville, IL获得。从适用的角度来说,该仪器为记录实际沉积物的便携式仪器, 其与常规取样管的不同之处在于其高的灵敏度以及连续跟踪沉积并评估 沉积物性质的能力。在数分钟至数小时的间隔范围连续地采集数据,并且 随后从IDM下栽至个人的计算机。 一般釆用带压缩配件的不锈钢管来实 现所有的管件(plumbing)。这包括系统的取样入口和出口 。持续操作(探 测器通过滑流装置与工艺管道相连)中的流速一般为每分钟2-4加仑。该 仪器还允许从批量系统采集数据,在所述批量系统中,该仪器的探测器浸 入采用机械或磁力搅拌器搅拌的测试流体中。
监测系统基于QCM,所述QCM为仪器探测器的主要部分。QCM的 基本物理原理和术语可在以下的出版物中找到Martin等人,Measuring liquid properties with smooth-and textured-surface resonators, Proc. IEEE Int. Freq. Control Symp., v.47, p.603-608 (1993) ; Martin 等人, Resonator/Oscillator response to liquid loading, Anal.Chem., v.69 (11),
2050-2054 (1997); Schneider等人,Quartz Crystal Microbalance (QCM) arrays for solution analysis, Sandia Report SAND97-0029, p. 1-21 (1997)。在 QCM中,将扁平的石英晶体夹在两个导电的表面之间。 一个表面(顶面) 与所测试的介质持续接触,而另一个表面(底面)与所测试的流体或纸浆 隔离。当施加电势时,QCM振动(压电效应)。由仪器的探测器测量的 参数、振动器频率和阻尼电压与QCM顶面(暴露于介质)上的沉积物的 量和物理性能有关。通常,振动频率与QCM的金属表面上的沉积物的质 量成线性比例。因此,频率的测量提供了实时监测沉积物的方式。该仪器 还测量阻尼电压。这种参数取决于沉积物的粘弹性质,由此标示其性质。 在硬质沉积物(任何无机物范畴)的情况中,阻尼电压不发生改变。在有 机沉积物的情况中,阻尼电压在累积的初期阶段会升高。振动器频率和阻 尼电压还受水相的性能(如温度和粘度)影响。因此,在每项实验的自始 自终应保持条件一致。
在一个实施方案中,造纸工艺在选自以下组成的组的场所进行纸浆 厂、造纟氏机、造薄纸机(tissue making machine)、再调浆器、水回路、湿 部备料以及脱墨阶段。
在另一个实施方案中,有机沉积物选自以下组成的组木材、提出物、 再沉积的木质素、消泡剂、表面活性剂以及胶粘剂。在另一个实施方案中, 所述表面活性剂为硅表面活性剂。
在另 一个实施方案中,所述胶粘剂选自胶料化学品和粘合剂组成的组。
在另一个实施方案中,连续流动的纸浆为液体浆。
在另 一个实施方案中,所述有机沉积物为硅表面活性剂以及所述造纸 工艺为薄纸再制浆工艺。
在另一个实施方案中,所述石英晶体微量天平的顶面由一种或多种导 电材料制成,所述导电材料选自以下组成的组柏、钛、银、金、铅、镉、 具有或不具有注入离子的类金刚石薄膜电极、钛,铌,钽的硅化物、铅硒 合金、汞合金以及硅。
在另 一个实施方案中,所述石英晶体微量天平的顶面涂覆有选自以下
组成的组的任何一种或多种导电或不导电的材料聚合物膜、单层、多层、 表面活性剂、聚合物电解质(polyelectrolites)、硫醇、二氧化硅、芳香 族山梨酸酯、自组装(self-assembled)单层以及固体分子。
除非本发明所附的权利要求另有说明,否则以下的实施例不预期限制 本发明。
实施例
实施例1.将IDM仪器直接与滤液管道相连(滑流连接件)以便确保 溶液的连续流动。直接记录沉积作用并在图1和图2中体现该数据。使用 IDM在线监测氧后粗浆料洗涤器管道中形成的"亮的"有机沉积物。观 察到稳定的累积质量,并且其伴有阻尼电压的性能改变(起初升高,之后 变平)。在一些实验中,Nalco化学制品PP10-3095的加入导致沉积物去 除,接着完全抑制了沉积作用(100-50 ppm)或者使沉积作用减慢(25 ppm)。
实施例2.将IDM仪器直接与造纸机中的白水管道(0.3-0.5%的制浆 细料)相连(滑流装置)。直接记录木质树脂和胶合的细料的沉积作用, 并在图3中体现该数据。当以100ppm施加Nalco化学制品PP10-3095时, 沉积作用停止(值得注意地是该化学制品并未从QCM的表面除去材料)。
实施例3.将IDM仪器直接与造纸机中的白水管道(0.3-0.5%的制浆 细料)相连(滑流装置)。记录木质树脂和胶合的细料的沉积作用,并在 图4和图5中体现该数据。当以50 ppm和100 ppm施加Nalco化学制品 PP10-3095时,沉积作用停止(该化学制品并未从QCM的表面除去沥青)。
实施例4.来自面巾纸再制浆工艺(3%纸浆,烧杯,400rpm,室温) 的硅油表面活性剂。在此项操作台面的应用中,观察到有机沉积物以依赖 于系统中存在的沉积物控制剂的速率线性累积。
实施例5.胶粘剂监测。流浆箱配料样品(100%再循环的OCC箱) 在6(TC下被再制浆。将纸浆转移到配置有磁力搅拌器的1 L烧杯中。将
IDM探测器垂直地放置在架台上并在图6-8中体现该数据。在室温下以 400 rpm的恒定速率搅拌所述纸浆并允许其冷却。采用在另外的实验中针 对IDM仪器获得的温度-频率线性相关公式将所述数据校正至20°C。质量 累积以及阻尼电压曲线可以明确地归因于有机材料,该有机材料在溶液仍 保温时以显著的速率沉积并且随后的沉积作用减慢。
实施例6.混合的有机/无机沉积物。本实施例给出了使用既作为监测 工具又作为诊断工具的技术的实例。在造纸厂中,在滤液排出管道(pH 3.5-3.8, 60-66°C)中连续地安装IDM,在该滤液排出管道中混合的硫酸 钡/草酸钙污垢被认为即将沉积。在两种情况中,该仪器记录了由于阻尼 电压的显著变化而不能完全归因于无机污垢的沉积作用(参见图9-10)。 事实上,沉积物的显微照片还显示所述污垢是混合的,其主要含有有机组 分(可能是截留的纤维以及或许为粘滞性的有机物)。
实施例7.聚合物有机酸的混合铝-钩盐(沉积物控制程序应用中诊断 的过量污垢抑制剂)。将IDM仪器直接与废纸再调浆器的白水管道 (0.3-0.5%的制浆细料)相连(滑流装置)。该沉积物起初为无机物。溶 液含有浓度极高的金属离子,尤其是铝和锅。经由蠕动泵向IDM管道中 施加过量的污垢控制剂,所述污垢控制剂本质上是造成沉积作用波动的聚 合物有机酸(参见图11-12)。该仪器允许将此现象直接归因于有机材 料——其只能是因过量的污垢抑制剂而形成的聚合物有机酸的混合铝-钩 盐
权利要求
1.一种用于监测来自造纸工艺的流体或纸浆的有机沉积物沉积的方法,其包括测量来自所述流体或纸浆的有机沉积物沉积到石英晶体微量天平上的速率,所述石英晶体微量天平具有与所述流体或纸浆接触的顶面以及与所述流体或纸浆隔离的第二底面。
2. 根据权利要求1所述的方法,其中所述石英晶体微量天平的所述 顶面由一种或多种导电材料制成,所述导电材料选自以下物质组成的组 铂、钛、银、金、铅、镉、具有或不具有注入离子的类金刚石薄膜电极、 钛,铌,钽的硅化物、铅硒合金、汞合金以及硅。
3. 根据权利要求1所述的方法,其中所述造纸工艺在选自以下组成 的组的场所进行纸浆厂、造纸机、造薄纸机、再调浆器、水回路、湿部 备料以及脱墨阶段。
4. 根据权利要求1所述的方法,其中所述有机沉积物选自以下物质 组成的组木材、提出物、再沉积的木质素、消泡剂、表面活性剂以及胶 粘剂。
5. 根据权利要求4所述的方法,其中所述胶粘剂选自胶料化学制品 和粘合剂组成的组。
6. 根据权利要求1所述的方法,其中所述纸浆为液体浆。
7. —种用于测量减少造纸工艺中的有机沉积物沉积的抑制剂的效果 的方法,其包括a. 监测来自造纸工艺的流体或纸浆的有机沉积物沉积,所述方法包 括测量来自所述流体或纸浆的有机沉积物沉积到石英晶体微量天平上的 速率,所述石英晶体微量天平具有与所述流体或纸浆接触的顶面以及与所 述流体或纸浆隔离的第二底面;b. 向所述流体或纸浆加入减少有机沉积物沉积的抑制剂;以及c. 再次测量来自所述流体或纸浆的有机沉积物沉积到所述石英晶体 微量天平上的速率。
8. 根据权利要求7所述的方法,其中所述造纸工艺在选自以下组成 的组的场所进行纸浆厂、造纸机、造薄纸机、再调浆器、水回路、湿部 备料以及脱墨阶段。
9. 一种用于测量减少造纸工艺中的有机沉积物沉积的抑制剂的效果 的方法,其包括a. 监测来自流体或纸浆的有机沉积物的沉积,该流体或纸浆模拟造 纸工艺中形成的流体或纸浆,所述方法包括测量来自所述流体或纸浆的有 机沉积物沉积到石英晶体微量天平上的速率,所述石英晶体微量天平具有 与所述流体或纸浆接触的顶面以及与所述流体或纸浆隔离的第二底面;b. 向所述流体或纸浆中加入减少有机沉积物沉积的抑制剂;以及c. 再次测量来自所述流体或纸浆的有机沉积物沉积到所述石英晶体 微量天平上的速率。
10. 根据权利要求4所述的方法,其中所述表面活性剂为硅表面活性剂。
11. 根据权利要求1所述的方法,其中所述有机沉积物为硅表面活性 剂以及所述造纸工艺为薄纸再制浆工艺。
12. 根据权利要求1所述的方法,其中所述石英晶体微量天平的所述 顶面涂覆有选自以下物质组成的组的任何 一 种或多种导电或不导电的材 料聚合物膜、单层、多层、表面活性剂、聚合物电解质、硫醇、二氧化 硅、芳香族山梨酸酯、自组装单层以及固体分子。
全文摘要
用于监测来自造纸流体或纸浆中的有机沉积物沉积的方法。所述方法包括测量来自造纸工艺的流体或纸浆的有机沉积物沉积到石英晶体微量天平上的速率,所述石英晶体微量天平具有与所述流体或纸浆接触的顶面以及与所述流体隔离的底面。还公开了用于测量减少造纸工艺中有机沉积物沉积的抑制剂的效果的方法。
文档编号G01F23/28GK101189494SQ200680019960
公开日2008年5月28日 申请日期2006年6月6日 优先权日2005年6月9日
发明者普拉萨德·杜吉瑞拉, 谢尔盖·舍甫琴科 申请人:纳尔科公司
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