改善廢紙油墨和膠粘物去除效率的研究

早期的研究表明，采用改性高嶺土作為新型的浮選脫墨試劑能夠有效地分離和去除廢紙纖維中的油墨和污染物顆粒，其脫墨機(jī)理是基于改性高嶺土作為捕集劑對(duì)細(xì)小油墨、塵埃和污染物顆粒的捕捉能力。造紙企業(yè)采用該試劑能夠提高脫墨漿的白度，降低塵埃度。該實(shí)驗(yàn)針對(duì)所述試劑是否能夠改善廢紙漿中膠粘物的去除進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將改性高嶺土與另一種試劑聯(lián)合應(yīng)用可以有效地將膠粘物與纖維分離，改善膠粘物的去除率。改性高嶺土與這一試劑的協(xié)同應(yīng)用能夠進(jìn)一步改善油墨和塵埃去除效果。造紙企業(yè)可以采用該方法處理膠粘物問題。

在美國(guó)和歐洲地區(qū)，回收紙和紙板，如舊報(bào)紙（ONP）、舊雜志紙（OMG）、混合辦公廢紙（MOW）、分選白賬簿紙（SWL）和分選辦公用紙（SOP），是主要造紙?jiān)?。在中?guó)和其他亞洲國(guó)家，造紙用廢紙?jiān)弦裁黠@增加。在印度，造紙工業(yè)中廢紙?jiān)系挠昧空急冗_(dá)47%。盡管在美國(guó)和歐洲地區(qū)，以回收新聞紙和印刷紙為原料的紙張生產(chǎn)已大幅減少，但是以回收衛(wèi)生紙、牛皮紙和紙板為原料的紙張產(chǎn)量卻在持續(xù)增加。

目前廢紙回收利用面臨的主要問題是廢紙的質(zhì)量。隨著單一種類廢紙的回收越來越普遍，回收紙和紙板的質(zhì)量變得越來越差，同時(shí)這也會(huì)導(dǎo)致廢紙回收過程中膠粘物問題更加普遍。目前造紙業(yè)的膠粘物障礙是一個(gè)全球性的問題，會(huì)影響各種廢紙的回收利用。膠粘物不僅會(huì)影響廢紙回收的生產(chǎn)過程而且會(huì)影響成品的最終質(zhì)量。膠粘物對(duì)生產(chǎn)過程的影響會(huì)使停機(jī)頻繁，維修、清潔、設(shè)備更換和斷紙次數(shù)增加；對(duì)成品質(zhì)量的影響，膠粘物會(huì)使成紙產(chǎn)生孔洞、紙幅缺陷、較高的塵埃度和后加工問題，這會(huì)導(dǎo)致斷紙次數(shù)和次品率增加。廢紙回用過程問題和成品問題均會(huì)降低廢紙回用效率，增加生產(chǎn)成本，從而降低紙機(jī)的生產(chǎn)效率。因此，膠粘物問題亟待解決。

膠粘物控制的本質(zhì)是解決膠粘物帶來的上述這些問題。其控制方法重點(diǎn)關(guān)注膠粘物對(duì)紙機(jī)和成紙的影響。目前的膠粘物控制方法包括鈍化、分散、固著和降黏?！扳g化”是通過使用滑石粉、膨潤(rùn)土、蒙脫石和其他礦物助劑來穩(wěn)定膠粘物；“分散”是利用陰離子或非離子分散劑控制膠粘物；典型的“固著”方法是用陽離子聚合物將膠粘物附在紙漿纖維上；“降黏”需利用各種化學(xué)復(fù)合物，通常使用酶制劑。雖然膠粘物控制方法不少，但是，我們?nèi)匀恍枰_發(fā)將膠粘物去除的新方法。

早期的研究發(fā)現(xiàn)，改性高嶺土基脫墨劑用于浮選脫墨可以改善廢紙漿中油墨、塵埃和其他污染物的去除效果。與早期那些基于未經(jīng)處理的水洗高嶺土脫墨方法不同，本研究所用的高嶺土基脫墨試劑是表面改性的高嶺土顆粒。將改性高嶺土與一種脫墨表面活性劑混合制得脫墨高嶺土試劑（DK），可以有效分離和去除紙漿中的油墨、塵埃和污染物顆粒。通過開展進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，分析該方法是否適用于改善膠粘物的去除。本研究利用多種不同的試劑改性高嶺土，制備能夠改善膠粘物去除效果的DK試劑。

1 實(shí)驗(yàn)

本研究所用的實(shí)驗(yàn)原料包括ONP、SOP、SWL、MOW和涂布書籍用紙以及未印刷的辦公復(fù)印紙。將廢紙?jiān)纤核橛脽嶙詠硭囟?5℃）稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的漿濃。加入所需用量的制漿試劑和脫墨試劑（非離子表面活性劑），碎解10 min。碎漿之后，漿料試樣利用自來水稀釋至1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，在Denver浮選槽中浮選5 min。浮選之后，收集脫墨紙漿。在同一條件下進(jìn)行3次浮選實(shí)驗(yàn)，結(jié)果取平均值。脫墨漿白度的測(cè)定根據(jù)TAPPI T-218標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法《紙漿的反射率測(cè)定（布氏漏斗法）》，將脫墨漿制成紙墊，烘干，利用Model Micro S-5白度儀測(cè)定GE白度。此外，利用Technidyne Technibrite ERIC 950測(cè)定有效殘余油墨濃度（ERIC）。對(duì)于大膠粘物的測(cè)定，首先利用篩縫為 0.006英寸（約 0.15 mm）的 Pulmac Masterscreen篩分儀進(jìn)行收集，然后利用透明薄膜層合法進(jìn)行定量，最后利用Pulmac Sticky Scan 200進(jìn)行圖像分析。

為了制備這種DK試劑，首先對(duì)高嶺土進(jìn)行改性，改變其表面的疏水性，然后進(jìn)行濃縮。早期的研究發(fā)現(xiàn)將這種表面改性濃縮的高嶺土與脫墨表面活性劑混合能夠優(yōu)化其脫墨能力。用其他專有試劑對(duì)DK膠粘物去除劑進(jìn)行處理以提高膠粘物和其他污染物從纖維分離的能力。DK試劑可完全替代脫墨表面活性劑用于所有浮選脫墨中。

2 結(jié)果與討論

首先采用未印刷復(fù)印紙開展實(shí)驗(yàn)，通過添加壓敏黏合劑來實(shí)現(xiàn)原料中的膠粘物，以確定進(jìn)料一致，且具有相對(duì)恒定的膠粘物量。加入不同的DK膠粘物去除試劑（編號(hào)為A～F）以尋找最優(yōu)的脫墨試劑。DK膠粘物去除試劑含有不同種類的協(xié)同試劑。實(shí)驗(yàn)室采用含有不干膠標(biāo)簽的未印刷辦公用紙浮選測(cè)試的結(jié)果如表1所示，試驗(yàn)條件：試劑用量為0.5 kg/t。

從表1可以看出，DK膠粘物去除試劑C表現(xiàn)出最好的膠粘物去除效果，因此利用試劑C進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。盡管表1中未列出，但是所有測(cè)試中每種試劑的平均浮選得率相近（90±1）%。

表1 采用含有不干膠標(biāo)簽的未印刷辦公用紙的實(shí)驗(yàn)室浮選脫墨試驗(yàn)

在標(biāo)準(zhǔn)堿性浮選化學(xué)條件下（1.8%硅酸鈉，0.6%氫氧化鈉，0.7%過氧化氫，0.05%氯化鈣和2.5 kg/t脫墨試劑），分析非離子表面活性劑、DK試劑和DK膠粘物去除試劑C對(duì)100%ONP的浮選脫墨效果。實(shí)驗(yàn)室采用舊新聞紙的浮選脫墨結(jié)果如表2所示。

表2 采用舊新聞紙的實(shí)驗(yàn)室浮選脫墨試驗(yàn)

由表2可見：采用ONP脫墨常用的非離子表面活性劑，浮選后漿料白度增加11.1，ERIC值降低73%；采用DK試劑代替脫墨表面活性劑，浮選后漿料白度增加13.7，ERIC值降低74%；采用DK膠粘物去除試劑時(shí)，浮選后紙漿白度能增加14.3，ERIC值降低77%。這表明DK試劑改性后得到的DK膠粘物去除試劑能夠使專有試劑產(chǎn)生協(xié)同作用改善油墨脫除。采用不同試劑平均浮選脫墨得率沒有發(fā)現(xiàn)明顯差異。

針對(duì)DK膠粘物去除試劑與表面活性劑和DK試劑在膠粘物脫除性能方面的對(duì)比進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)中膠粘物的測(cè)定僅針對(duì)大膠粘物。舊新聞紙的實(shí)驗(yàn)室浮選測(cè)試結(jié)果如表3所示（脫墨試劑用量仍為2.5 kg/t）。

從表3可以看出，采用DK試劑膠粘物能夠降低24%，而采用表面活性劑膠粘物脫除率僅為13%。DK膠粘物去除試劑膠粘物脫除率增加至42%。這表明改性脫墨高嶺土基試劑能夠明顯改善膠粘物的去除效率。

表3 采用舊新聞紙的實(shí)驗(yàn)室浮選脫墨膠粘物去除試驗(yàn)

接下來的實(shí)驗(yàn)是針對(duì)典型的回收印刷廢紙漿。紙漿原料由SOP、SWL、MOW和涂布書籍用紙組成。所用的對(duì)比表面活性劑是該類廢紙脫墨常用的一種非離子型表面活性劑，同時(shí)在碎漿機(jī)中加入堿性化學(xué)試劑（氫氧化鈉和硅酸鈉），然后與DK試劑和DK膠粘物去除試劑C對(duì)比?；厥沼∷⒓埖膶?shí)驗(yàn)室浮選脫墨測(cè)試結(jié)果如表4所示（脫墨試劑用量為0.4 kg/t）。

由表4可見：與對(duì)比表面活性劑相比，DK試劑脫墨漿的ERIC值降低較多，且白度較高；DK膠粘物去除試劑能夠進(jìn)一步降低ERIC值，但是白度變化不明顯。另外，盡管表4未列出，但是每種試劑平均浮選脫墨得率并未呈現(xiàn)出明顯差異（±1.6）。

表4 采用回收印刷紙的實(shí)驗(yàn)室浮選脫墨試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了膠粘物測(cè)試以對(duì)比DK試劑和表面活性劑對(duì)膠粘物的去除效果，見表5（脫墨試劑用量為 0.4 kg/t）。

表5 采用回收印刷紙的實(shí)驗(yàn)室浮選脫墨膠粘物去除試驗(yàn)

從表5可以看出：DK試劑能夠獲得較高的膠粘物去除率，DK試劑膠粘物去除量是表面活性劑的2倍；DK膠粘物去除試劑與DK試劑相比具有較高的膠粘物去除率。

總之，與表面活性劑相比，DK試劑和DK膠粘物去除試劑C都能夠獲得較好的膠粘物去除率和較低的ERIC值，DK膠粘物去除試劑的效果比DK試劑更優(yōu)。

3 結(jié)論

早期開發(fā)的用于浮選脫墨的高嶺土基脫墨試劑，用專有試劑進(jìn)行改性后可有助于改善膠粘物從纖維的分離。研究發(fā)現(xiàn)，在脫墨控制技術(shù)中利用這種DK膠粘物去除試劑能夠進(jìn)一步改善膠粘物的去除。其改善膠粘物去除率的機(jī)理是脫墨高嶺土能夠在浮選過程中收集膠粘物并使其與纖維分離。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果表明，與非離子脫墨表面活性劑相比，該試劑能夠提高多種廢紙漿料的膠粘物去除率。

改性DK試劑也能夠改善ONP和回收印刷紙漿料的油墨脫除效果。與DK試劑和表面活性劑相比，DK膠粘物去除試劑漿料的白度增加值和ERIC降低值均較高。這種DK膠粘物去除試劑完全可替代脫墨表面活性劑用于任何浮選脫墨中。