專利名稱：用于監測造紙中的有機沉積物的方法
技術領域：
本發明屬于造紙領域。具體地說，本發明屬于造紙工藝中監測有機沉 積物的領域。
背景技術：
有機樹脂物質(初級原料中的木質提出物和相關的天然材料、再生材 料中的粘性物質以及類似的人造組分)沉積物的形成是造紙中常見的問 題。對于各種等級的紙而言，當這些提出物在木材加工期間或者在紙制品 回收過程中被釋放時，其可能成為造紙配料中不期望的組分以及成為所有 工廠設備上棘手的沉積物。
有機沉積物的性質根據工藝不同和工廠不同而各異。最為普遍地是， 所述有機沉積物是不溶的有機鹽、不能皂化的有機物、木質纖維和/或難 溶的聚合物造紙添加劑的混合物。因此，由于上述多種可能的潛在原因使 得有機沉積物在生產過程中的沉積成為相當復雜的事情。
用于監測有機沉積物并預測沉積物活性的控制程序的表示方法對于 此行業而言具有重大價值。目前，市場上尚無這樣的方法。
發明內容
本發明提供了用于監測造紙工藝中來自流體或紙漿的有機沉積物沉 積的方法，所述方法包括測量來自所述流體或紙漿的有機沉積物沉積到石 英晶體微量天平上的速率，所述石英晶體^t量天平具有與所述流體或紙漿 接觸的頂面以及與所迷流體或紙漿隔離的第二底面。
本發明還提供了用于測量減少造紙工藝中有機沉積物沉積的抑制劑
的效果的方法，所述方法包括監測來自造紙工藝的流體或紙漿的有機沉積 物的沉積，其包括測量來自所述流體或紙漿的有機沉積物沉積到石英晶體 微量天平上的速率，所述石英晶體微量天平具有與所述流體或紙漿接觸的
頂面以及與所述流體或紙漿隔離的第二底面；向所述流體或紙漿中加入減 少有機沉積物沉積的抑制劑；以及再次測量來自所述流體或紙漿的有機沉 積物沉積到所述石英晶體微量天平上的速率。
本發明還提供了用于測量減少造紙工藝中的有機沉積物沉積的抑制 劑的效果的方法，所述方法包括監測來自流體或紙漿的有機沉積物的沉 積，該流體或紙漿模擬造紙工藝中形成的流體或紙漿，所述方法包括測量 來自所述流體或紙漿的有機沉積物沉積到石英晶體^:量天平上的速率，所 述石英晶體微量天平具有與所述流體或紙漿接觸的頂面以及與所述流體 或紙漿隔離的第二底面；向所述流體或紙漿中加入減少有機沉積物沉積的 抑制劑；以及再次測量來自所述流體或紙漿的有機沉積物沉積到所述石英 晶體微量天平上的速率。
附圖簡述
圖1.在后氧粗漿洗滌器管道(post-oxygen brownstock washer line)中 形成的有機沉積物累積質量。
圖2.在后氧粗漿洗滌器管道中形成的有機沉積物阻尼電壓 (damping voltage )。
圖3.在造紙機(白水管道)中沉積的木質樹脂和膠合的細料(glued fines)。
圖4.在造紙機(白水管道)中沉積的木質樹脂和膠合的細料累積質量。
圖5.在造紙機(白水管道)中沉積的木質樹脂和膠合的細料阻尼 電壓。
圖6.于60。C在再制漿的流漿箱配料中的膠粘劑(Stickies)監測(操 作臺面的實驗)累積質量。
圖7.于60。C在再制漿的流漿箱配料中的膠粘劑監測(操作臺面的實 驗)阻尼電壓。
圖8.于60。C在再制漿的流漿箱配料中的膠粘劑監測(操作臺面的實 驗)溫度。
圖9.漂白車間的D100濾液排出管道(discharge line )中混合的有^L /無積"冗積物。
圖10.漂白車間的D1濾液排出管道中混合的有機/無機沉積物。
圖11.廢紙再調漿器的白水管道中的聚合物有機酸的混合鋁-鈣鹽 (沉積物控制程序應用中診斷的過量污垢(scale)抑制劑)累積質量。
圖12.廢紙再調漿器的白水管道中的聚合物有機酸的混合鋁-4丐鹽 (沉積物控制程序應用中診斷的過量污垢抑制劑)阻尼電壓。
發明詳述
"QCM"指石英晶體微量天平。
"IDM"指獨立的沉積物監測器。該儀器由Nalco Company, Naperville, IL獲得。從適用的角度來說，該儀器為記錄實際沉積物的便攜式儀器， 其與常規取樣管的不同之處在于其高的靈敏度以及連續跟蹤沉積并評估 沉積物性質的能力。在數分鐘至數小時的間隔范圍連續地采集數據，并且 隨后從IDM下栽至個人的計算機。 一般釆用帶壓縮配件的不銹鋼管來實 現所有的管件(plumbing)。這包括系統的取樣入口和出口 。持續操作(探 測器通過滑流裝置與工藝管道相連)中的流速一般為每分鐘2-4加侖。該 儀器還允許從批量系統采集數據，在所述批量系統中，該儀器的探測器浸 入采用機械或磁力攪拌器攪拌的測試流體中。
監測系統基于QCM，所述QCM為儀器探測器的主要部分。QCM的 基本物理原理和術語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，將扁平的石英晶體夾在兩個導電的表面之間。 一個表面(頂面) 與所測試的介質持續接觸，而另一個表面(底面)與所測試的流體或紙漿 隔離。當施加電勢時，QCM振動(壓電效應)。由儀器的探測器測量的 參數、振動器頻率和阻尼電壓與QCM頂面(暴露于介質)上的沉積物的 量和物理性能有關。通常，振動頻率與QCM的金屬表面上的沉積物的質 量成線性比例。因此，頻率的測量提供了實時監測沉積物的方式。該儀器 還測量阻尼電壓。這種參數取決于沉積物的粘彈性質，由此標示其性質。 在硬質沉積物(任何無機物范疇)的情況中，阻尼電壓不發生改變。在有 機沉積物的情況中，阻尼電壓在累積的初期階段會升高。振動器頻率和阻 尼電壓還受水相的性能(如溫度和粘度)影響。因此，在每項實驗的自始 自終應保持條件一致。
在一個實施方案中，造紙工藝在選自以下組成的組的場所進行紙漿 廠、造纟氏機、造薄紙機(tissue making machine)、再調漿器、水回路、濕 部備料以及脫墨階段。
在另一個實施方案中，有機沉積物選自以下組成的組木材、提出物、 再沉積的木質素、消泡劑、表面活性劑以及膠粘劑。在另一個實施方案中， 所述表面活性劑為硅表面活性劑。
在另 一個實施方案中，所述膠粘劑選自膠料化學品和粘合劑組成的組。
在另一個實施方案中，連續流動的紙漿為液體漿。
在另 一個實施方案中，所述有機沉積物為硅表面活性劑以及所述造紙 工藝為薄紙再制漿工藝。
在另一個實施方案中，所述石英晶體微量天平的頂面由一種或多種導 電材料制成，所述導電材料選自以下組成的組柏、鈦、銀、金、鉛、鎘、 具有或不具有注入離子的類金剛石薄膜電極、鈦，鈮，鉭的硅化物、鉛硒 合金、汞合金以及硅。
在另 一個實施方案中，所述石英晶體微量天平的頂面涂覆有選自以下
組成的組的任何一種或多種導電或不導電的材料聚合物膜、單層、多層、 表面活性劑、聚合物電解質(polyelectrolites)、硫醇、二氧化硅、芳香 族山梨酸酯、自組裝(self-assembled)單層以及固體分子。
除非本發明所附的權利要求另有說明，否則以下的實施例不預期限制 本發明。
實施例
實施例1.將IDM儀器直接與濾液管道相連(滑流連接件)以便確保 溶液的連續流動。直接記錄沉積作用并在圖1和圖2中體現該數據。使用 IDM在線監測氧后粗漿料洗滌器管道中形成的"亮的"有機沉積物。觀 察到穩定的累積質量，并且其伴有阻尼電壓的性能改變(起初升高，之后 變平)。在一些實驗中，Nalco化學制品PP10-3095的加入導致沉積物去 除，接著完全抑制了沉積作用(100-50 ppm)或者使沉積作用減慢(25 ppm)。
實施例2.將IDM儀器直接與造紙機中的白水管道(0.3-0.5%的制漿 細料)相連(滑流裝置)。直接記錄木質樹脂和膠合的細料的沉積作用， 并在圖3中體現該數據。當以100ppm施加Nalco化學制品PP10-3095時， 沉積作用停止(值得注意地是該化學制品并未從QCM的表面除去材料)。
實施例3.將IDM儀器直接與造紙機中的白水管道(0.3-0.5%的制漿 細料)相連(滑流裝置)。記錄木質樹脂和膠合的細料的沉積作用，并在 圖4和圖5中體現該數據。當以50 ppm和100 ppm施加Nalco化學制品 PP10-3095時，沉積作用停止(該化學制品并未從QCM的表面除去瀝青)。
實施例4.來自面巾紙再制漿工藝(3%紙漿，燒杯，400rpm,室溫) 的硅油表面活性劑。在此項操作臺面的應用中，觀察到有機沉積物以依賴 于系統中存在的沉積物控制劑的速率線性累積。
實施例5.膠粘劑監測。流漿箱配料樣品(100%再循環的OCC箱) 在6(TC下被再制漿。將紙漿轉移到配置有磁力攪拌器的1 L燒杯中。將
IDM探測器垂直地放置在架臺上并在圖6-8中體現該數據。在室溫下以 400 rpm的恒定速率攪拌所述紙漿并允許其冷卻。采用在另外的實驗中針 對IDM儀器獲得的溫度-頻率線性相關公式將所述數據校正至20°C。質量 累積以及阻尼電壓曲線可以明確地歸因于有機材料，該有機材料在溶液仍 保溫時以顯著的速率沉積并且隨后的沉積作用減慢。
實施例6.混合的有機/無機沉積物。本實施例給出了使用既作為監測 工具又作為診斷工具的技術的實例。在造紙廠中，在濾液排出管道(pH 3.5-3.8， 60-66°C)中連續地安裝IDM,在該濾液排出管道中混合的硫酸 鋇/草酸鈣污垢被認為即將沉積。在兩種情況中，該儀器記錄了由于阻尼 電壓的顯著變化而不能完全歸因于無機污垢的沉積作用(參見圖9-10)。 事實上，沉積物的顯微照片還顯示所述污垢是混合的，其主要含有有機組 分(可能是截留的纖維以及或許為粘滯性的有機物)。
實施例7.聚合物有機酸的混合鋁-鉤鹽(沉積物控制程序應用中診斷 的過量污垢抑制劑)。將IDM儀器直接與廢紙再調漿器的白水管道 (0.3-0.5%的制漿細料)相連(滑流裝置)。該沉積物起初為無機物。溶 液含有濃度極高的金屬離子，尤其是鋁和鍋。經由蠕動泵向IDM管道中 施加過量的污垢控制劑，所述污垢控制劑本質上是造成沉積作用波動的聚 合物有機酸(參見圖11-12)。該儀器允許將此現象直接歸因于有機材 料——其只能是因過量的污垢抑制劑而形成的聚合物有機酸的混合鋁-鉤 鹽
權利要求
1.一種用于監測來自造紙工藝的流體或紙漿的有機沉積物沉積的方法，其包括測量來自所述流體或紙漿的有機沉積物沉積到石英晶體微量天平上的速率，所述石英晶體微量天平具有與所述流體或紙漿接觸的頂面以及與所述流體或紙漿隔離的第二底面。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述石英晶體微量天平的所述 頂面由一種或多種導電材料制成，所述導電材料選自以下物質組成的組 鉑、鈦、銀、金、鉛、鎘、具有或不具有注入離子的類金剛石薄膜電極、 鈦，鈮，鉭的硅化物、鉛硒合金、汞合金以及硅。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中所述造紙工藝在選自以下組成 的組的場所進行紙漿廠、造紙機、造薄紙機、再調漿器、水回路、濕部 備料以及脫墨階段。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中所述有機沉積物選自以下物質 組成的組木材、提出物、再沉積的木質素、消泡劑、表面活性劑以及膠 粘劑。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中所述膠粘劑選自膠料化學制品 和粘合劑組成的組。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中所述紙漿為液體漿。
7. —種用于測量減少造紙工藝中的有機沉積物沉積的抑制劑的效果 的方法，其包括a. 監測來自造紙工藝的流體或紙漿的有機沉積物沉積，所述方法包 括測量來自所述流體或紙漿的有機沉積物沉積到石英晶體微量天平上的 速率，所述石英晶體微量天平具有與所述流體或紙漿接觸的頂面以及與所 述流體或紙漿隔離的第二底面；b. 向所述流體或紙漿加入減少有機沉積物沉積的抑制劑；以及c. 再次測量來自所述流體或紙漿的有機沉積物沉積到所述石英晶體 微量天平上的速率。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中所述造紙工藝在選自以下組成 的組的場所進行紙漿廠、造紙機、造薄紙機、再調漿器、水回路、濕部 備料以及脫墨階段。
9. 一種用于測量減少造紙工藝中的有機沉積物沉積的抑制劑的效果 的方法，其包括a. 監測來自流體或紙漿的有機沉積物的沉積，該流體或紙漿模擬造 紙工藝中形成的流體或紙漿，所述方法包括測量來自所述流體或紙漿的有 機沉積物沉積到石英晶體微量天平上的速率，所述石英晶體微量天平具有 與所述流體或紙漿接觸的頂面以及與所述流體或紙漿隔離的第二底面；b. 向所述流體或紙漿中加入減少有機沉積物沉積的抑制劑；以及c. 再次測量來自所述流體或紙漿的有機沉積物沉積到所述石英晶體 微量天平上的速率。
10. 根據權利要求4所述的方法，其中所述表面活性劑為硅表面活性劑。
11. 根據權利要求1所述的方法，其中所述有機沉積物為硅表面活性 劑以及所述造紙工藝為薄紙再制漿工藝。
12. 根據權利要求1所述的方法，其中所述石英晶體微量天平的所述 頂面涂覆有選自以下物質組成的組的任何 一 種或多種導電或不導電的材 料聚合物膜、單層、多層、表面活性劑、聚合物電解質、硫醇、二氧化 硅、芳香族山梨酸酯、自組裝單層以及固體分子。
全文摘要
用于監測來自造紙流體或紙漿中的有機沉積物沉積的方法。所述方法包括測量來自造紙工藝的流體或紙漿的有機沉積物沉積到石英晶體微量天平上的速率，所述石英晶體微量天平具有與所述流體或紙漿接觸的頂面以及與所述流體隔離的底面。還公開了用于測量減少造紙工藝中有機沉積物沉積的抑制劑的效果的方法。
文檔編號G01F23/28GK101189494SQ200680019960
公開日2008年5月28日 申請日期2006年6月6日 優先權日2005年6月9日
發明者普拉薩德·杜吉瑞拉, 謝爾蓋·舍甫琴科 申請人:納爾科公司