不同制樣方法對(duì)廢紙脫墨漿光學(xué)性能的影響

雷 龍 馮文英

(1.中國(guó)制漿造紙研究院，北京，100102;2.制漿造紙國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京，100102)

脫墨漿光學(xué)性能的檢測(cè)指標(biāo)主要包括光散射系數(shù)、有效殘余油墨濃度 (ERIC)及白度等，其中，光散射系數(shù)對(duì)ERIC和白度的測(cè)定有較大的影響[1-3］。對(duì)于成分相對(duì)較復(fù)雜的脫墨漿，其所含的填料、油墨及細(xì)小纖維等都會(huì)對(duì)光散射系數(shù)、ERIC及白度等的準(zhǔn)確測(cè)量產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而影響脫墨效果的評(píng)價(jià)。因此，研究填料、油墨、細(xì)小纖維等組分對(duì)光學(xué)性能的影響十分重要?？蒲泄ぷ髡邔?duì)此展開(kāi)了大量的研究，包括填料對(duì)光散射系數(shù)、光吸收系數(shù)以及油墨粒子濃度的影響[4］、700 nm和950 nm兩種波長(zhǎng)對(duì)不同顏色油墨粒子ERIC測(cè)定的影響[5］、采用光散射系數(shù)的修正公式來(lái)減小因不透明度大于97%對(duì)ERIC測(cè)定帶來(lái)的誤差[6］以及采用ID(油墨剝離率)、IE(油墨去除率)評(píng)價(jià)脫墨效果[7-8］等。而有關(guān)不同廢紙漿及制樣方法對(duì)光學(xué)性能影響的研究較少，廢紙漿及其制樣方法對(duì)漿料中填料、油墨、細(xì)小纖維等組分的影響較大，進(jìn)而對(duì)測(cè)試介質(zhì)的光學(xué)性能帶來(lái)較大的影響。

本實(shí)驗(yàn)以兩種廢紙漿及其經(jīng)浮選和充分洗滌后的脫墨漿為原料，采用紙頁(yè)成形器及布氏漏斗的制樣方法制備了不同的漿片，研究了廢紙脫墨漿不同制樣方法對(duì)光學(xué)性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

國(guó)產(chǎn)舊報(bào)紙 (L-ONP)和歐洲舊報(bào)紙 (E-ONP)經(jīng)碎漿、浮選脫墨和充分洗滌后，分別得到碎解漿、浮選脫墨漿 (F漿)和充分洗滌漿 (HW漿)[7］。

1.2 儀器和設(shè)備

PTI紙頁(yè)成形器;布氏漏斗;Bauer McNett篩分儀;ERIC測(cè)定儀;馬弗爐;L＆W纖維質(zhì)量分析儀。

1.3 漿片的制備

按照 INGEDE方法 1[9］抄紙。在紙頁(yè)成形器(150目濾網(wǎng))上抄造手抄片，定量60 g/m2;在紙頁(yè)成形器的濾網(wǎng)上采用墊布 (200目)的方式抄造漿片，定量60 g/m2;用布氏漏斗制備漿片，定量225 g/m2。具體步驟:取相當(dāng)于3.5 g絕干漿的漿料，稀釋到875 mL，用330 g/L硫酸鋁調(diào)節(jié)pH值至6左右，攪勻，用直徑140 mm布氏漏斗墊兩張濾紙 (孔徑1～3 μm的濾紙)過(guò)濾，之后夾在兩張新濾紙中于94℃條件下真空干燥7 min，潤(rùn)濕濾紙后取下，換上兩張新濾紙，再于94℃條件下真空干燥3～5 min。測(cè)定白度前揭開(kāi)濾紙。

1.4 性能檢測(cè)

白度 (GB/T 7974—2013)、ERIC(GB/T 20216—2006)、灰分 (TAPPI標(biāo)準(zhǔn)T211om—02)、細(xì)小纖維(GB/T 2678.1—1993)(漿料經(jīng) Bauer McNett篩分儀分級(jí)，過(guò)100目的組分)。

1.5 光學(xué)性能測(cè)定

根據(jù)GB/T 10339—2007，光散射系數(shù)與光吸收系數(shù)的定義式分別見(jiàn)式 (1)和式 (2);根據(jù)GB/T 20216—2006，ERIC的定義式見(jiàn)式 (3)。

式中，S為光散射系數(shù)，m2/kg;W為定量，g/m2;R0為單層反射因數(shù);R∞為內(nèi)反射因數(shù);k為光吸收系數(shù)，m2/kg;ERIC為有效殘余油墨濃度，m2/kg;kink為油墨的光吸收系數(shù)，設(shè)為10000 m2/kg。

從式 (1)～式 (3)可以看出，光散射系數(shù)、光吸收系數(shù)以及ERIC之間存在一定的關(guān)系，當(dāng)漿片因某一因素引起光散射系數(shù)變化時(shí)，則光吸收系數(shù)與ERIC也會(huì)隨之發(fā)生變化，進(jìn)而影響漿片白度，導(dǎo)致光學(xué)性能的變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同廢紙漿的基本性質(zhì)

不同來(lái)源廢紙漿中的灰分、細(xì)小纖維等含量不同，對(duì)紙張的光學(xué)性能影響較大。因此，對(duì)L-ONP和E-ONP的碎解漿、F漿和HW漿的纖維平均長(zhǎng)度和細(xì)小纖維含量進(jìn)行了檢測(cè)，其結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 L-ONP和E-ONP漿的基本性質(zhì)

由表1可知，不同ONP漿的基本性質(zhì)差異較大。L-ONP漿料的纖維平均長(zhǎng)度較E-ONP漿的短，而細(xì)小纖維含量則較高。此外，經(jīng)過(guò)浮選脫墨和充分洗滌后，脫墨漿的細(xì)小纖維含量差異也較大，F(xiàn)漿中細(xì)小纖維含量較碎解漿有所下降，而HW漿中細(xì)小纖維含量則下降明顯，其中E-ONP的HW漿中細(xì)小纖維含量低于1%，因此認(rèn)為在充分洗滌過(guò)程中剝離下來(lái)的油墨粒子、填料、細(xì)小纖維等基本被全部去除[7］。

2.2 不同制樣方法對(duì)灰分含量的影響

文獻(xiàn)[4］指出，填料對(duì)光學(xué)性能的影響較明顯，尤其對(duì)光散射系數(shù)和白度的影響較大。而不同的制樣方法對(duì)漿料中填料的留著率影響較大，因此，對(duì)不同制樣方法成形的漿片灰分含量進(jìn)行測(cè)定 (見(jiàn)圖1)，以此分析不同制樣方法對(duì)漿料中填料留著率的影響。

圖1 不同制樣方法對(duì)漿片灰分含量的影響

從圖1可以看出，紙頁(yè)成形器 (無(wú)墊布)成形的漿片灰分含量低于紙頁(yè)成形器 (墊布)和布氏漏斗成形的漿片灰分含量。這表明在紙頁(yè)成形器 (無(wú)墊布)成形漿片的過(guò)程中，大量的填料通過(guò)銅網(wǎng)隨白水流失，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果一致[10］。而在紙頁(yè)成形器 (墊布)和布氏漏斗兩種制樣方法的制備過(guò)程中，由于200目的尼龍布和濾紙的截留作用大大提高了填料的留著率，漿片的灰分含量較高。但紙頁(yè)成形器 (墊布)成形的漿片灰分含量較布氏漏斗成形的低，這是由于紙頁(yè)成形器 (墊布)的制樣方法對(duì)提高細(xì)小組分的留著雖有較大的貢獻(xiàn)，但其截留作用還是低于布氏漏斗的截留作用。由圖1還可以看出，碎解漿和F漿的灰分含量較HW漿的高出很多，而且碎解漿和F漿的不同制樣方法制備的漿片灰分含量相差較大;其中，同一漿料的碎解漿和F漿經(jīng)紙頁(yè)成形器 (無(wú)墊布)成形的漿片灰分含量較布氏漏斗成形的漿片灰分含量低55%以上;而HW漿的不同制樣方法制備的漿片灰分含量相差較小，這是因?yàn)闈{料經(jīng)過(guò)充分洗滌后，大量的細(xì)小纖維和填料被除去，從而對(duì)漿料制備過(guò)程中灰分的流失影響不大。

2.3 不同制樣方法對(duì)光學(xué)性能的影響

2.3.1 不同制樣方法成形漿片的光散射系數(shù)

由于布氏漏斗成形漿片的不透明度較高，一般接近100%，導(dǎo)致光散射系數(shù)無(wú)法檢測(cè)，因此只測(cè)定了紙頁(yè)成形器成形的漿片光散射系數(shù) (見(jiàn)圖2)。由圖2可知，不論L-ONP漿還是E-ONP漿，紙頁(yè)成形器(墊布和無(wú)墊布)制樣得到的F漿與碎解漿漿片的光散射系數(shù)相差不大，且明顯高于HW漿，光散射系數(shù)的變化趨勢(shì)與漿料中細(xì)小纖維和灰分的變化趨勢(shì)一致，這與Mika等人[10］的研究結(jié)果吻合。這是因?yàn)樵诮t外區(qū)域，填料對(duì)光散射系數(shù)有很大的貢獻(xiàn)[4］，即相同漿料中細(xì)小組分的含量越高，光散射系數(shù)越大，同時(shí)文獻(xiàn)[10］也指出，當(dāng)細(xì)小纖維和填料含量較低時(shí)，它們對(duì)光散射系數(shù)的影響不大。

圖2 不同制樣方法成形漿片的光散射系數(shù)

2.3.2 不同制樣方法對(duì)ERIC的影響

圖3所示為不同漿料采用不同的制樣方法成形漿片的ERIC。從圖3中可以看出，大量的油墨粒子在紙頁(yè)成形器 (無(wú)墊布)制備漿片過(guò)程中會(huì)隨白水流失，而布氏漏斗制備漿片的過(guò)程則能基本截留全部油墨粒子，紙頁(yè)成形器 (墊布)制樣過(guò)程的截留油墨粒子能力略高于紙頁(yè)成形器 (無(wú)墊布)制樣過(guò)程。從圖3還可以看出，E-ONP碎解漿中的油墨含量最高，紙頁(yè)成形器 (無(wú)墊布)與布氏漏斗成形的漿片之間的ERIC相差最大，達(dá)508.4 mg/kg;L-ONP的HW漿中的油墨含量最低，紙頁(yè)成形器 (無(wú)墊布)與布氏漏斗制備的漿片之間的ERIC值差值為40.8 mg/kg。表明漿料中油墨粒子含量越高，紙頁(yè)成形器 (無(wú)墊布)與布氏漏斗成形的漿片之間的ERIC差值越大，當(dāng)ONP漿料經(jīng)過(guò)脫墨后，這兩種制樣方法成形的漿片間的ERIC差異明顯減小，尤其是HW漿中的游離油墨粒子基本被全部去除，使兩種制樣方法制備的漿片之間的ERIC差異最小。

圖3 不同制樣方法對(duì)漿片ERIC的影響

由于HW漿經(jīng)大量水沖洗，絕大部分填料、油墨和細(xì)小纖維等被除去，因此理論認(rèn)為制樣方法不會(huì)對(duì)HW漿片ERIC的測(cè)定產(chǎn)生影響[9］，但從圖3結(jié)果可以看出，HW漿經(jīng)過(guò)不同制樣方法成形的漿片ERIC仍存在一定差值。尤其是E-ONP的HW漿中的油墨粒子含量依然較多，使得布氏漏斗成形的漿片ERIC較紙頁(yè)成形器 (無(wú)墊布)成形的相差較大，因而為了測(cè)定漿料的油墨剝離率，HW漿應(yīng)該采用紙頁(yè)成形器成形的制樣方法，才能更準(zhǔn)確地反映油墨的剝離程度;而對(duì)于F漿和碎解漿則只有采用布氏漏斗成形的制樣方法才能更準(zhǔn)確地反映漿料中油墨粒子的真實(shí)含量。

2.3.3 不同制樣方法對(duì)白度的影響

圖4所示為不同漿料采用不同的制樣方法成形的漿片白度。由圖4可知，ONP漿經(jīng)過(guò)浮選和充分洗滌后，脫墨漿的白度較碎解漿明顯提高，且兩種紙頁(yè)成形器成形的漿片白度均高于相應(yīng)布氏漏斗成形的漿片白度，這是因?yàn)橛湍渴怯绊憦U紙漿白度的一個(gè)重要因素。此外還發(fā)現(xiàn)L-ONP漿的HW漿不同制樣方法成形的漿片白度均低于F漿。這說(shuō)明漿片白度除了與漿料中油墨粒子含量及色度等有關(guān)外，還應(yīng)與紙張中的灰分含量有關(guān)，因?yàn)樘盍虾康脑黾硬粌H能夠提高漿片的光散射系數(shù)，還對(duì)白度有貢獻(xiàn)[4］。在相同ONP的F漿和HW漿的油墨含量相差不大的情況下，灰分含量對(duì)白度的貢獻(xiàn)表現(xiàn)得比較明顯。

圖4 不同制樣方法成形的漿片白度

此外，從圖4中還發(fā)現(xiàn)L-ONP漿的F漿和HW漿以及E-ONP的HW漿的不同制樣方法成形的漿片白度相差較小，僅為0.3～0.9個(gè)百分點(diǎn)。這可能因?yàn)檫@3組漿料經(jīng)過(guò)浮選脫墨或充分洗滌后，大量的游離油墨被去除，使得漿片之間的ERIC相差不大，盡管同一漿料其布氏漏斗成形的漿片中ERIC仍然高于紙頁(yè)成形器成形的漿片ERIC，會(huì)影響紙張的白度，但是布氏漏斗成形的漿片中灰分含量高，這對(duì)提高漿片的白度有一定的幫助。但從圖4中還發(fā)現(xiàn)E-ONP漿的F漿布氏漏斗成形的漿片白度明顯低于HW漿的布氏漏斗成形的漿片白度，這與E-ONP漿的F漿中油墨粒子濃度依然很高有關(guān)，導(dǎo)致F漿的ERIC明顯高于HW漿的ERIC，從而對(duì)漿片的白度有較大的影響，盡管F漿布氏漏斗成形的漿片白度中灰分含量高，但此時(shí)填料對(duì)白度的貢獻(xiàn)不足以抵消高油墨粒子含量對(duì)白度產(chǎn)生的影響。

3 結(jié)論

3.1 紙頁(yè)成形器 (墊布)的制樣方法較紙頁(yè)成形器(無(wú)墊布)制樣方法能夠有效地截留細(xì)小組分，但效果遠(yuǎn)不如布氏漏斗制樣方法。碎解漿和浮選脫墨漿經(jīng)紙頁(yè)成形器 (無(wú)墊布)成形的漿片灰分含量較布氏漏斗成形的漿片灰分含量低55%以上。

3.2 紙頁(yè)成形器 (墊布和無(wú)墊布)成形的漿片光散射系數(shù)相差不大。

3.3 E-ONP碎解漿中的油墨含量最高，紙頁(yè)成形器(無(wú)墊布)與布氏漏斗成形的漿片之間的ERIC相差最大，達(dá)508.4 mg/kg，L-ONP的HW漿中的油墨含量最低，紙頁(yè)成形器 (無(wú)墊布)與布氏漏斗成形的漿片之間的ERIC值差值為40.8 mg/kg，表明漿料中油墨粒子含量越高，紙頁(yè)成形器與布氏漏斗成形的漿片之間的ERIC差值越大;同一漿料經(jīng)布氏漏斗、紙頁(yè)成形器 (墊布)、紙頁(yè)成形器 (無(wú)墊布)成形的漿片白度依次升高。

[1]XU Qing-hua，SHI Shu-lan，QIN Meng-hua.Evaluation Methods of Deinked Pulp Quality[J］.China Pulp ＆ Paper，2004，23(4):46.徐清華，石淑蘭，秦夢(mèng)華.廢紙脫墨效果評(píng)價(jià)方法[J］.中國(guó)造紙，2004，23(4):46.

[2]Wen Hai-ping，He Bei-hai，Liu Pan，et al.The effective residual ink concentration measurement method and its characteristics[J］.Transactions of China Pulp and Paper，2008，23(4):104.文海平，何北海，劉 攀，等.有效殘余油墨濃度測(cè)量方法及其特點(diǎn)分析[J］.中國(guó)造紙學(xué)報(bào)，2008，23(4):104.

[3]LEI Long，F(xiàn)ENG Wen-ying.Research Progress of Old Newspaper Deinking[J］.China Pulp ＆ Paper，2014，33(9):62.雷 龍，馮文英.舊報(bào)紙脫墨的研究進(jìn)展[J］.中國(guó)造紙，2014，33(9):62.

[4]MikaK?rkk?，OssiLaitinen，Antti Haapala，et al.The influence of PCC filler on near-infrared scattering，absorption and residual ink measurement error[C］//TAPPI Engineering，Pulp ＆ Environmental Conference，Memphis，Tennessee，2009.

[5]Mika K?rkk?，Antti Haapala，Ari ?mm?l?.et al.Effect of wavelength selection on determination of ink content and ink elimination at 700 or 950 nm[J］.Tappi J.，2014，13(1):45.

[6]CHENG Hao，ZHAO Yuan-yuan，XU Rong，et al.The Influence of Deinked Pulp Opacity on ERIC and Its Correction[J］.China Pulp ＆Paper，2014，33(2):21.程 皓，趙媛媛，徐 嶸，等.脫墨漿不透明度對(duì)ERIC的影響及修正[J］.中國(guó)造紙，2014，33(2):21.

[7]Lei Long，F(xiàn)eng Wen-ying.Efficient evaluation methods of ONP deinking efficiency[J］.Paper and Paper Making，2014，34(12):57.雷 龍，馮文英.ONP脫墨效果的高效評(píng)價(jià)方法[J］.紙和造紙，2014，34(12):57.

[8]WANG Zhi-cheng.Evaluation of wastepaper pulp deinking process[J］.Paper and Paper Making，2008，27(2):68.王志成.廢紙漿脫墨效果的評(píng)價(jià)[J］.紙和造紙，2008，27(2):68.

[9]INGEDE Method 1-2007.Test sheet preparationof pulps and filtrates from deinking process[S］.

[10]Mika K?rkk?，Kalle Kemppainen，Antti Haapala，et al.Test medium for ERIC analysis-the effect of furnish[C］//10thResearch Forum on Recycling，Green Bay，Wisconsin，2013.