新型廢紙脫墨劑的應(yīng)用實例
——蒲葵紙基材料廢紙脫墨

曹曉瑤，鄭鑒洪，林麗霞，龔偉洽

（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 江門　529090）

新型廢紙脫墨劑的應(yīng)用實例
——蒲葵紙基材料廢紙脫墨

曹曉瑤，鄭鑒洪，林麗霞，龔偉洽

（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 江門529090）

研制了一種新型廢紙脫墨劑。通過正交實驗法確定了脫墨劑配方中各組分的配比用量及制備工藝路線，測定了脫墨劑的理化性能，并對蒲葵紙基材料廢紙脫墨進行應(yīng)用實驗。結(jié)果表明，該新型廢紙脫墨劑具有優(yōu)良的脫墨效果。

脫墨劑；蒲葵紙基材料；廢紙脫墨

隨著世界紙和紙板的產(chǎn)能及需求量的與日俱增，造紙原料緊張、能源短缺等問題日益加劇。資源如何更好地開發(fā)和利用，減少資源浪費正在受到各界廣泛關(guān)注。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，未來的50年內(nèi)，原漿的產(chǎn)量與紙和紙板的產(chǎn)量之間的差距將越來越大，其差額部分將主要由二次纖維（廢紙）來補充［1］7。

二次纖維已經(jīng)成為造紙工業(yè)一種必不可少的纖維來源。另外，據(jù)有關(guān)專家測算，利用1 t廢紙，相當(dāng)于節(jié)約3 m3木材，1.2 t標準煤，600 kW·h電，100 m3水［1］7。生產(chǎn)1 t紙漿，只需要1.5 t的廢紙即可［2］。建設(shè)廢紙生產(chǎn)企業(yè)的投資資金比用木材原料生產(chǎn)的企業(yè)成本上降低2～4倍［3］。可見，廢紙的回收利用既可以回收纖維資源、減少資源浪費又能節(jié)能并減少環(huán)境污染，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

那么，提高廢紙漿利用率的關(guān)鍵問題在于二次纖維的回收利用即廢紙脫墨。本文主要研究蒲葵紙基材料的廢紙脫墨技術(shù)。蒲葵是葵樹屬棕櫚科，是常年生長于熱帶和亞熱帶常綠喬木。如今蒲葵的大量廢棄莖稈被焚燒，會造成環(huán)境污染和資源的極大浪費。為了更好地利用這一廢棄物，我們前期所做工作已經(jīng)對蒲葵莖稈進行了制漿造紙的化學(xué)成分分析，并對其制漿造紙的可行性進行了研究。結(jié)果表明蒲葵莖稈漂白漿抄制的紙頁強度性能較好，可直接或以一定比例與針葉木漿、廢紙漿等配抄靜電復(fù)印紙、瓦楞紙原紙和包裝用紙等。

本文就蒲葵漿料所抄造的紙張在印刷油墨使用后的廢紙脫墨做些探討。眾所周知，廢紙脫墨是一個非常復(fù)雜的過程，對這種特定類型的廢紙——蒲葵紙基材料的廢紙脫墨、并生產(chǎn)出較高質(zhì)量的脫墨漿是與所使用的脫墨方法、脫墨工藝、脫墨化學(xué)品及其用量等息息相關(guān)的。

1　廢紙脫墨原理

1.1油墨的組成

油墨是將具有顏色的色料（如碳黑）均勻地涂布在具有膠黏作用的連結(jié)料（如植物油、松香、礦物油等）中，形成具有一定黏度性能的流體物質(zhì)。印刷油墨主要由顏料與連結(jié)料組成，還包含填料、溶劑等。其中，顏料主要有無機顏料和有機顏料，而連結(jié)料主要有油脂和樹脂類物質(zhì)（天然樹脂或合成樹脂）。印刷的過程就是將油墨均勻地涂布在基材上，基材可以是紙張類也可以是塑料薄膜（如PE）類等。

1.2廢紙脫墨的過程

在印刷過程中，油墨通過滲透干燥、揮發(fā)干燥、凝聚干燥和氧化膜干燥等方式固著在紙張表面，它們之間的結(jié)合力有物理的、機械的投錨效應(yīng)，潤濕作用和化學(xué)的二次結(jié)合力。作為逆過程的脫墨須破壞這些油墨粒子對于纖維的黏附力，即在疏解階段，強烈的機械攪拌、纖維的劇烈磨擦，使油墨粒子的平均粒徑減小，廢紙疏解成纖維，促使油墨從纖維上脫離，也使成片油墨分散開來，并防止其再次附著到纖維上。

廢紙脫墨，即通常所說的二次纖維的回用，是一個化學(xué)反應(yīng)和物理作用相結(jié)合的過程，就是使用脫墨試劑來破壞印刷油墨對纖維的黏附即降低廢紙上印刷油墨的表面張力，從而產(chǎn)生潤濕、滲透、乳化和分散等多種作用，最終使油墨從紙面上脫離下來。游離出來的顏料粒子通過洗滌法、浮選法或二者結(jié)合的方法等除去。其中，浮選法占世界廢紙脫墨能力的80%左右。這是因為浮選可以高質(zhì)量地脫除廢紙油墨，纖維流失少，得率高，其適用的油墨粒度范圍寬、種類多，且污染小，耗水量和需用動能較少，投資費用也較低。浮選技術(shù)在礦物加工工業(yè)中已有深入的研究和應(yīng)用，無論是浮選設(shè)備研制、還是藥劑制度和工藝流程方面，都有許多成熟的經(jīng)驗可以借鑒［4］。

前期工作已經(jīng)研究過“表面活性劑在廢舊新聞紙脫墨中的特性比選及應(yīng)用”［5］，是對現(xiàn)成的表面活性劑進行特性比選及應(yīng)用于廢舊新聞紙的脫墨。本文就自主合成研制的表面活性劑做些研究，開發(fā)出一種新型的廢紙脫墨劑，經(jīng)反復(fù)對廢棄蒲葵紙基材料的脫墨應(yīng)用試驗結(jié)果表明，本脫墨劑具有很強的油墨捕集能力和抗再吸附、再沉淀能力，脫墨快速徹底，易于清洗，脫墨效果良好。

2　廢紙脫墨劑的制備實驗

2.1儀器和試劑

（1）儀器：白度儀；JJ型精密電動攪拌器；HHS-2S型電子恒溫水浴鍋；打漿機；碎漿機（溫度、轉(zhuǎn)速均可控）；浮選機；紙樣抄取器；電爐；數(shù)顯電子天平；電熱鼓風(fēng)干燥箱。

（2）試劑：氫氧化鈉（NaOH）；羧甲基纖維素納（CMC）、硅酸鈉、自制脫墨劑組分［包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9）和脂肪酸聚氧乙烯嵌段酯（A-107）等］。

2.2脫墨劑的配方組成和生產(chǎn)工藝流程

采用正交實驗法確定脫墨劑中各組分的用量、配比及制備工藝路線。本脫墨劑以陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑為主要成分。配方中包含的化學(xué)品有：氫氧化鈉，硅酸鈉和脫墨劑等。氫氧化鈉能使油墨的連接料（如油脂）皂化，使油墨粒子游離出來，脫離纖維，加速纖維潤濕膨脹，軟化纖維。為了防止游離出來的顏料粒子被纖維重新吸收，在脫墨劑中含有抗再沉積劑。

通過正交實驗，得到脫墨劑中各組分的最佳質(zhì)量配比如表1所示。

表1　脫墨劑的配方組成　w/%

經(jīng)反復(fù)實驗，確定了如圖1所示的制備廢紙脫墨劑的工藝路線。

圖1　脫墨劑制備的工藝流程

制備廢紙脫墨劑時先將AES置于反應(yīng)器內(nèi)加水溶解，再依次加入AEO-9、CMC，充分混合，加入水和乳化劑，冷卻后出料，制成脫墨劑成品。

2.3脫墨劑的理化性質(zhì)

實驗檢測了脫墨劑的起泡力、潤濕性及水溶性等理化性能，結(jié)果詳見表2（起泡力的測定：配制 1.5 g/L的脫墨劑溶液，置于具塞量筒中，20℃水浴恒溫5 min后劇烈搖動20次，放回水浴鍋中，記錄30 min時的泡沫高度。潤濕性的測定：室溫，取1.5 g/L脫墨劑溶液100 mL置于燒杯中，在液面上放上帆布片，記錄帆布片從液面沉降到杯底所用的時間）。

表2　脫墨劑的理化性能

3　廢紙脫墨劑的應(yīng)用試驗

3.1脫墨工藝過程

廢棄蒲葵紙基材料的漿料中加入2%的NaOH、3%Na2SiO3、0.5%EDTA、0.05%MgSO4和2%H2O2（均以絕干漿計，下同）溫度50～60℃、漿濃9%條件下碎解15 min加入脫墨劑并在水浴鍋中50～60℃恒溫熟化15 min，以保證脫墨劑與油墨的充分乳化、分散、反應(yīng)，有利于脫墨效果的提高稀釋成漿濃為1%的漿料，浮選3 min抄成定量100 g/m2的紙樣片烘干白度儀檢測白度。

3.2廢紙脫墨制漿與廢紙類型的關(guān)系

單種廢紙，其碎后漿白度，通常代表纖維的初始白度。有研究表明，進口廢紙中以37號歐廢白度最高，達到74%；8號歐廢最低，僅33%左右。這一點，與通常的表現(xiàn)一致，也就是說木素含量相對較低的化學(xué)纖維才具有高白度［6］。

我們前期已經(jīng)按照石淑蘭等編寫的《制漿造紙分析與檢測》［7］中所介紹的推薦性國家標準（GB/T）測試方法對蒲葵莖稈的化學(xué)成分進行了檢測和分析，水抽出物含量、1%NaOH抽出物含量、苯-醇抽出物含量和灰分含量測定分別參照國家標準GB/T 2677.4—1993、GB/T 2677.5—1993、GB/T 2677.6—1994和GB/T 2677.3—1993，并與目前已用于造紙的竹子、蔗渣等原料的化學(xué)成分進行比較，見表3。

從表3可以看出，蒲葵莖稈的化學(xué)成分基本符合造紙原料的要求，而且蒲葵莖稈木素含量相對低些；因此廢紙脫墨時的化學(xué)纖維具有較高的白度，達到46.5%。

表3　蒲葵莖稈造紙相關(guān)化學(xué)成分的檢測結(jié)果及相近原料的比較數(shù)據(jù)　w/%

3.3脫墨劑用量對脫墨效果的影響

當(dāng)NaOH加入量為2.0%、Na2SiO3加入量為3%和H2O2加入量為2%時，脫墨后紙漿白度與脫墨劑加入量（以絕干廢紙質(zhì)量計，下同）的關(guān)系曲線見圖2。

圖2　脫墨后紙漿白度與脫墨劑用量的關(guān)系曲線

由圖2可見，隨著脫墨劑用量的增加，從1.2%到1.6%，紙漿白度大幅度增加，繼續(xù)增加脫墨劑，白度增加緩慢；因此，脫墨劑用量以1.8%為佳。

3.4NaOH用量對脫墨效果的影響

NaOH是油墨連結(jié)料中油脂類成分的皂化劑。它的作用是使油墨中的油脂皂化。如果是用松香做紙張施膠劑的還能使紙張中的松香皂化脫落，廢紙纖維膨脹、纖維變得柔軟，利于碎解和分散纖維，并使油墨粒子、填料等從纖維表面游離出來，提高了脫墨效果。

當(dāng)脫墨劑加入量為1.8%、Na2SiO3加入量為3%和H2O2加入量為2%時，脫墨后紙漿白度與NaOH加入量的關(guān)系曲線見圖3。

圖3　脫墨后紙漿白度與NaOH用量的關(guān)系曲線

圖3表明，NaOH用量為2%時，紙漿白度為最大值，NaOH用量為2.5%時，白度減小。這是因為過多的NaOH使體系堿性增加，導(dǎo)致脫墨劑析出，降低脫墨效果，也可能使纖維受到損傷。因此，NaOH最佳用量應(yīng)為絕干廢紙質(zhì)量的2%。

3.5H2O2用量對脫墨效果的影響

為了研究H2O2用量對脫墨效果的影響，保證其他化學(xué)品用量相同，只改變H2O2的用量，因此設(shè)定NaOH加入量為2.0%，Na2SiO3加入量為3%，脫墨劑加入量為1.8%。脫墨后紙漿白度與H2O2加入量的關(guān)系曲線見圖4。

圖4　脫墨后紙漿白度與H2O2用量的關(guān)系曲線

H2O2能夠氧化紙漿中的色素，破壞色素的發(fā)色基團，起到漂白去雜作用。由圖4可見，當(dāng)用量達到一定極限時，白度不再上升或上升緩慢，結(jié)合考慮成本，H2O2加入量以2%為宜。

3.6Na2SiO3用量對脫墨效果的影響

Na2SiO3在廢紙脫墨中充當(dāng)緩沖劑。緩沖劑的意思是指Na2SiO3對pH有一個緩沖作用，因此能擴大NaOH的用量范圍，使機木漿的變黑返黃作用大為降低，白度增大。Na2SiO3又是一種穩(wěn)定劑，在浮選脫墨法中，在 H2O2和脂肪酸加入的情況下，它能穩(wěn)定H2O2，使H2O2充分發(fā)揮其作用，提高白度；Na2SiO3在脂肪酸收集劑存在的情況下能促進油墨粒子趨向生成較大的粒徑（＞32 μm以上的較多），有利于浮選除去油墨，提高白度。再加上Na2SiO3價格低廉，因此在生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。

為了研究Na2SiO3的用量對脫墨效果的影響，其他化學(xué)品用量不變，只改變Na2SiO3的用量，因此設(shè)定NaOH加入量為2.0%，脫墨劑加入量為1.8%，H2O2加入量為2%，脫墨后紙漿白度與Na2SiO3加入量的關(guān)系曲線見圖5。

圖5　脫墨后紙漿白度與Na2SiO3用量的關(guān)系曲線

從圖5可以看出，Na2SiO3加入量為3%時脫墨后紙頁白度最高。

4　結(jié)束語

通過上述應(yīng)用實驗，結(jié)果表明：碎漿濃度、疏解時間和溫度，脫墨劑（包括油墨捕集劑、皂化劑等）、浮選時間和濃度等是影響廢紙脫墨效果的主要因素。通過優(yōu)化新型脫墨劑配方設(shè)計和制備方案，優(yōu)化廢紙脫墨工藝流程，取得了很好的技術(shù)目標：當(dāng)NaOH加入量為2.0%，Na2SiO3加入量為3%，脫墨劑加入量為1.8%，H2O2加入量為2%時，蒲葵紙基材料廢紙脫墨可將白度從46.5%提高到58.0%，脫墨效果良好。

［1］顧民達.擴大二次纖維回收利用的對策［J］.紙和造紙，2000，19（3）.

［2］徐明.國內(nèi)外廢紙制漿造紙的發(fā)展現(xiàn)狀［J］.江蘇造紙，2007（3）：17-21.

［3］A S Smolin，A V Kuleshov，M V Vanchakov.Secondary fibrous materials from cardboard and paper production and consumption waste［J］.Russian Journal of General Chemistry，2012，82（5），991-998.

［4］鄭其，高洪山，楊奉蘭.浮選法廢紙脫墨工藝研究［J］.環(huán)境保護，2002（8）：13-15.

［5］曹曉瑤.表面活性劑在廢舊新聞紙脫墨中的特性比選及應(yīng)用［J］.包裝工程，2013，34（21）：123-126.

［6］劉成良，劉曙光，趙年珍，等.不同廢紙脫墨制漿性能的研究［J］.中國造紙，2012，31（5）：9-14.

［7］石淑蘭，何福望.制漿造紙分析與檢測［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2008.

New Type of Waste Paper Deinking Agent's New Applicationdeinking of Waste Paper of Sabal Paper Base Material

CAO Xiao-yao，ZHENG Jian-hong，LIN Li-xia，GONG Wei-qia
（Jiangmen Polytechnic，Jiangmen 529090，China）

This paper developed a new type of waste paper deinking agent.Through the orthogonal experiment method we determined the dosage of each component in the deinking agent formula and the technology of preparation route，measured the physical and chemical properties of deinking agent.After repeated deinking application experiments of waste paper of sabal paper base material，the results showed that the deinking agent had good deinking effect.

deinking agent；sabal paper base material；waste paper deinking

TS724

A

1007-2225（2015）01-0023-05

曹曉瑤女士（1977-），講師，在職博士；研究方向：造紙化學(xué)品；E-mail：cxy681186@163.com。

2014-11-13（修回）

本文文獻格式：曹曉瑤，鄭鑒洪，林麗霞，等．新型廢紙脫墨劑的應(yīng)用實例——蒲葵紙基材料廢紙脫墨［J］．造紙化學(xué)品，2015，27（1）∶23-27．