結垢(scaling)是指在工藝表面(process surfaces)上形成無機沉積物，其在富水工業過程如紙張和紙板制造中通常是一個嚴重的問題。在紙張和紙板制造中，特別是近來的閉路工藝水循環的趨勢增加了與結垢相關的問題。
在紙張和紙板制造中最常見的結垢化合物之一是碳酸鈣。碳酸鈣通常在原料中用作填料以及在涂料組合物中用作礦物顏料。當來自該工藝的再循環的纖維和損紙用作纖維原材料時，碳酸鈣在工藝流中的含量提高，并提高了在工藝表面上形成碳酸鈣結垢的風險。
通常通過向工藝水流中添加不同的阻垢劑或結垢抑制劑來解決結垢問題。典型的阻垢劑化合物是例如各種膦酸鹽和聚羧酸鹽。但是始終需要用于減少紙張和紙板制造中生成垢的有效的新方法與化合物。
本發明的一個目的是盡量減少或甚至完全消除現有技術中存在的缺點。
本發明的另一目的是提供一種用于在紙張和紙板制造中防止在工藝表面上生成垢的有效且安全的方法。
本發明的再一目的是提供一種用于在紙張和紙板制造中防止在工藝表面上生成垢的環境友好的方法。
采用具有下文中獨立權利要求的特征部分中呈現的特征的發明實現這些目的。
在獨立權利要求中給出了本發明的某些優選實施方案。
用于在紙張或紙板等的制造工藝中防止在工藝表面上生成垢的本發明的典型方法是使用過甲酸作為阻垢劑。
現在發現，添加過甲酸可有效地防止或至少減少在紙張和紙板制造中在工藝表面上生成垢。在經受嚴重結垢問題的造紙廠中已經獲得的結果出乎預料地好。非常令人驚訝的是即使少量過甲酸也能成功地減少和防止生成垢。此外，過甲酸是甲酸和過氧化氫的反應產物，其是完全可生物降解和腐蝕安全的。因此其用作阻垢劑是有利的，因為其不會損害環境或工藝設備。
過甲酸，CH2O3，在本發明中以水溶液形式使用。通常該過甲酸具有以重量對體積計算為至少10％的濃度，通常以重量對體積計算為大約13.5％。優選該過甲酸水溶液以包含過甲酸、甲酸和過氧化氫的平衡溶液形式使用。
過甲酸可以在至少一個工藝位置處添加到紙張或紙板制造工藝的工藝水中，該工藝位置包括成漿池(machine chest)、混合漿池(mixing chest)、白水管道(white water channel)、網部儲料倉(wire silo)、短循環回路(short circulation loop)、白水貯槽(white water storage tank)、纖維回收系統和/或噴淋水系統。還有可能在選自上面給出的位置的幾個不同位置處向工藝水中添加過甲酸。
適用于本發明的一種過甲酸制備裝置已經由Kemira Oyj,Finland設計。因此，過甲酸可以在緊鄰其要被添加到工藝水的工藝位置處制備。這保證了過甲酸的高化學效率。通過合適的接頭將過甲酸引導至該工藝位置并通過使用合適的進料裝置將其進料至所需工藝水流中。
優選在普通紙張或紙板制造工藝過程中加入過甲酸，而不僅僅在清潔關機以清洗工藝表面的過程中添加。這意味著過甲酸的添加可以是連續的，即在紙張或紙板制造工藝中的至少一個工藝位置處將過甲酸連續添加到工藝水中。或者，可以以預定的時間間隔將過甲酸添加到工藝水中。
添加過甲酸可以完全自動化。有可能的是存在至少一個傳感器，其檢測工藝水中過甲酸的量，并可以根據由至少一個傳感器獲得的信息自動調節過甲酸的添加。根據一個實施方案，連續地或以預定的間隔檢測工藝水中的過甲酸濃度，并且根據所獲得的關于濃度的信息自動調節過甲酸的添加。這種系統改善了對于添加量的控制并且保證了過甲酸在工藝水中的正確有效濃度。
過甲酸可以添加到未過濾的工藝水和/或進入工藝的新鮮水中。還有可能將過甲酸添加到過濾的工藝水中。
所需用于獲得積極的防垢效果的過甲酸量是低的，這對整體工藝經濟是有利的。過甲酸的添加量可以在0.1-150毫克/升、優選0.3-100毫克/升、更優選0.5-50毫克/升、甚至更優選0.7-20毫克/升的范圍內。給出的這些值為過甲酸在工藝流中的最終濃度。這意味著如果將過甲酸在幾處不同位置添加到工藝水中，一個位置的添加量可以低于上面規定的量，條件是最終的添加量在上面定義的范圍內。
通常在向工藝水流中添加過甲酸之前，該工藝水的pH為>7，優選>7.3，更優選為7.5-8.5。已經觀察到添加過甲酸不會顯著改變該工藝水的pH，即工藝水的pH在過甲酸添加到工藝水之后仍保持在相同水平。這也意味著采用本發明獲得的防垢效果并非由于pH降低，而是具有一些其他原因，其還沒有被完全理解。根據本發明的一個優選實施方案，在添加過甲酸后該工藝水的pH值變化小于1，優選小于0.5，更優選小于0.3pH單位。這意味著在添加過甲酸之前和之后，工藝水的pH值之間的差別是小于1，優選小于0.5，更優選小于0.3，甚至更優選小于0.2pH單位。
根據本發明的一個優選實施方案，過甲酸尤其用于防止生成碳酸鈣結垢。鈣結垢是紙張和紙板制造中，尤其在涂布紙品級的制造中以及在其中再循環纖維和/或損紙用作原料的紙張或紙板的制造中的常見問題。本發明對于其中循環工藝水中鈣濃度為100-1000毫克/升、優選200-800毫克/升、更優選400-600毫克/升的紙張和紙板制造工藝是有利的。
根據一個實施方案，本發明適于使用包含基于干纖維重量計為至少50重量％、優選至少75重量％的再循環纖維材料的纖維原料的制造工藝。例如，該纖維可以包含基于干纖維重量計為50-100重量％、優選65-100重量％、更優選75-100重量％的再循環纖維材料。
根據另一個實施方案，本發明適于使用包含100重量％的再循環纖維材料的纖維原料的制造工藝。根據再一個實施方案，本發明適于使用包含100重量％的原生纖維材料(virgin fibre material)的纖維原料的制造工藝。
如上所述，過甲酸有效地防止或減少生成垢。該制造工藝可不具有酸洗步驟。通常，通過采用酸洗除去工藝表面上形成的結垢和沉積物，該酸洗會不時進行。當采用本發明時，不需要單獨的酸洗，并且該方法可以完全不具有酸洗。這節約了時間，并提供了更有效的生產工藝。
還觀察到，過甲酸甚至能夠從工藝表面上除去陳舊的碳酸鹽結垢。這獲得了顯著的結垢控制和清潔度的改善，令人驚訝的是該效果并非基于降低循環工藝水的pH值。
過甲酸可以在印刷紙、書寫紙、包裝紙或衛生紙，優選衛生紙的制造中用作阻垢劑。通常衛生紙可以具有10-40克/平方米、優選15-35克/平方米的克數。此外，根據一個實施方案，過甲酸可以在涂布或未涂布的紙張或紙板品級的制造中，優選在未涂布的紙張或紙板品級的制造中用作阻垢劑。
根據本發明的一個實施方案，過甲酸用作用于防止在工藝表面上生成垢的阻垢劑，所述工藝表面選自造紙機表面、輥表面、工藝用織物、網部和/或毛毯。還已經觀察到，當過甲酸用作阻垢劑時，網部和/或毛毯的滲透率進一步改進。
實施例
在下面的非限制性實施例中描述了本發明的某些實施方案。
實施例1：衛生紙造紙機(tissue machine)中的實物試驗(full-scale test)
Western Europe中的衛生紙造紙機由100％脫墨制漿制造衛生紙品級。由于在工藝表面上存在大量碳酸鹽結垢，該造紙機在最終的衛生紙產品中存在嚴重的污垢問題。從造紙機表面上刮下硬結垢樣品，其被分析為含有96.8％的碳酸鈣。
將過甲酸計量投放到白水管道、成漿池中，并投放到造紙機的纖維回收系統中，即僅投放到循環工藝水回路中。在損紙流或其它儲存系統中不進行過甲酸添加。在試驗期間，目視檢查顯示結垢減少并可以省略造紙機早期的定期酸洗。
在過甲酸處理前的5個月期間在三個不同的日子里收集來自試驗前的工藝水的pH數據。在進行過甲酸處理的頭九個月期間在大約40天的不同日子里收集過甲酸處理過程中的數據。表1顯示了在過甲酸處理開始后造紙系統的平均pH提高。這表明歸因于過甲酸的令人驚訝的碳酸鹽結垢減少的效果并非由于體系中pH的降低。
表1過甲酸處理之前和過甲酸處理期間的pH
即使參照目前看來最實用和優選的實施方案描述了本發明，要理解的是本發明不應限于上述實施方案，本發明意在涵蓋所附權利要求范圍內的所有不同的變體和等效技術方案。