表面活性劑的篩選與廢紙脫墨劑配方的優(yōu)化

賈路航，王子千

（上海喜赫精細化工有限公司，上海201620）

利用回收廢紙制造再生漿，在目前能源和環(huán)保的壓力下已成為世界造紙工業(yè)發(fā)展的趨勢。廢紙回收再利用的關鍵內(nèi)容就是脫墨化學處理，在該過程中脫墨劑是一種重要化學品，其脫墨性能的好壞將直接影響再生紙漿的品質(zhì)。脫墨劑的主要作用是將油墨中的動植物油、松香酯、礦物油等膠粘劑皂化并溶解于脫墨工作液中，將纖維上隨之脫離下來的油墨和顏料保持穩(wěn)定微小顆粒的分散狀態(tài)，同時，防止油墨顆粒再次附著到纖維上，避免纖維的二次污染導致白度下降[1]。

隨著新型油墨和油墨膠粘劑的出現(xiàn)，廢紙脫墨變得越來越難，這就對脫墨劑的組成——表面活性劑要求更高，要求表面活性劑具有潤濕、洗滌、分散、捕集等均衡的作用。因此，了解更多的表面活性劑本身結(jié)構(gòu)、性能與脫墨效果之間的關聯(lián)，并將幾種表面活性劑復配與組合，利用表面活性劑之間的相互協(xié)同與增效作用，獲得乳化、分散、捕集、附聚等性能均衡的脫墨劑，是目前脫墨劑研發(fā)的方向和途徑[2]。

1 實驗與測試

1.1 實驗原料與藥品

國產(chǎn)廢新聞紙（ONP）、黑白雜志紙（OMG），實驗室收集；

10碳異構(gòu)醇醚XP50、XP70（工業(yè)級99% 上海巴斯夫化工）；異構(gòu)醇醚E1308、E1310（工業(yè)級 99% 浙江皇馬化工有限公司）；C12-14脂肪醇醚MOA-3、MOA-5、MOA-7、MOA-9（工業(yè)級 99% 安徽中糧生化集團）；辛基酚聚氧乙烯醚OP-7、OP-10（工業(yè)級 99% 吉林化學總公司）；壬基酚聚氧乙烯醚TX-10（工業(yè)級 99%吉林化學總公司）；失水山梨醇脂肪酸酯S-60、S-80（工業(yè)級99%河北邢臺藍天助劑廠）；失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚T-60、T-80（工業(yè)級99%河北邢臺藍天助劑廠）；脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE（工業(yè)級 70%上海喜赫精細化工有限公司）；十二烷基苯磺酸鈉LAS（工業(yè)級30%南京金桐石化公司）；乙氧基化脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉AES（工業(yè)級70%中輕物產(chǎn)化工有限公司）；烯基磺酸鈉AOS（工業(yè)級 99%中輕物產(chǎn)化工有限公司）；烷基糖苷APG（工業(yè)級60%沈陽永潔化工）；雙氧水（工業(yè)級27.5%上海遠大化工）；硅酸鈉（工業(yè)級40Be上海紅楓助劑廠）；EDTA（工業(yè)級99%蘇州日出化工）。

1.2 實驗儀器

HBK-1水力碎漿機 （天津輕工業(yè)學院機工廠）；Datacolour白度顏色測色儀（美國戴塔卡勒精密儀器公司）；YK-899電熱恒溫水浴鍋（溫州市云開實驗電器廠）；XFD浮選槽（湖南順澤礦冶機械制造有限公司）；ZCX-159A抄片器（長春市小型試驗機廠）；CZ-2篩漿機（上海師銳機械設備有限公司）；SOWER-1實驗室用高速攪拌器（上海索維機電設備有限公司）；AW330分析天平（日本島津?qū)嶒炘O備制作所）；ERIC-950油墨粒子濃度測定儀（美國Technidyne精研機械公司）。

1.3 實驗流程[3]

1.3.1 碎漿

先將廢新聞紙（ONP）和黑白雜志紙（OMG）撕成2 cm×2 cm的紙片，平衡水分6 h待用。將一定量的水倒入碎漿機中，然后將一定量的紙張（將兩種廢紙以1∶1質(zhì)量）倒入碎漿機中，調(diào)節(jié)碎漿溫度為50℃左右。同時加入 w（NaOH）=1%，w（表面活性劑）=0.10%，w（Na2SiO3）=2%，w（EDTA）=1%，w（H2O2）=2%（均為相對干紙質(zhì)量計）。碎漿漿濃為8%，進而將轉(zhuǎn)速調(diào)至12 Hz，碎解至實驗所需時間。

1.3.2 浮選及洗滌

將碎解后的漿料稀釋至0.8%質(zhì)量分數(shù)，置入浮選槽中，調(diào)節(jié)通氣量為13 m3/h，壓力保持在0.55 MPa，室溫條件下浮選6 min，浮選后的漿料稀釋至0.5%質(zhì)量分數(shù)，經(jīng)80目滌綸篩網(wǎng)洗滌2次。

1.3.3 抄片

采用加拿大Lab Instruments公司制造的標準紙頁成形器抄片，并在烘箱80℃烘干。

1.4 測試[4,5]

1.4.1 滲透性的測試

參照AATCC17-1980，將待測表面活性劑配成3 g/L溶液，記錄1 g原棉絞紗紗線從開始潤濕到完全沉降的時間。

1.4.2 乳化性的測試

將20 mL待測表面活性劑與20 mL白礦油放入100 mL帶塞量筒，震蕩水浴機中劇烈震蕩10 min，靜止后觀察油-水相分離至10 mL所需要的時間。

1.4.3 分散性的測試

將5%鈣皂溶液完全分散為透明無沉淀溶液所需表面活性劑的量（靜置30 min不出現(xiàn)沉淀為最終的表面活性劑用量），以此時該表面活性劑的在溶液中的質(zhì)量百分比濃度表示待測表面活性劑的分散指數(shù)LSDP%,該值越低，表明被測物的分散性越好。

1.4.4 泡沫性能的測試

按照GB/T7462-94，Ross-Miles儀測試表面活性劑的起泡性，待測表面活性劑濃度均為0.05%，記錄5 min后的泡沫量。

1.4.5 白度增加值

Datacolour白度顏色測色儀測定紙片的白度，白度增加值計算公式如下：

白度增加值（%）=脫墨后的白度值（%）-脫墨前的白度值（%）

1.4.6 殘余油墨濃度

用紙頁抄取器炒成紙片，用ERIC950殘余油墨測定儀測定脫墨漿的殘余油墨濃度。在相同實驗條件下，考察脫墨漿的有效殘余油墨量ERIC,以ERIC的脫除率作為評判指標，對不同非離子表面活性劑的脫墨性能進行對比，計算公式如下：

脫墨率=［（ERIC空白試驗-ERIC浮選后）/ERIC空白試驗］×100%

1.4.7 浮損率

收集浮選過程由刮板截留的泡沫，置于80目塑料紗袋中，用清水充分洗滌兩次，洗去其中的油墨粒子與其他填料，剩余下的即是浮選泡沫中所夾帶的纖維量，浮損率計算公式如下：

浮損率=（浮選泡沫中的纖維量/浮選前線為總量）×100%

2 結(jié)果與討論

2.1 單一表面活性劑的脫墨性能

為了分析表面活性劑的滲透、乳化、分散、泡沫等性能對脫墨效果的影響，篩選適合廢紙脫墨的表面活性劑的結(jié)構(gòu)與種類，首先以單一表面活性劑作為脫墨劑，在相同的用量和相同的實驗工藝條件下進行脫墨的測試實驗，并比較各自的脫墨效果，這些指標包括白度提高值、油墨殘余濃度、浮損率等。

由表1可知，表面活性劑的乳化性能和分散性能對脫墨效果影響較大，乳化與分散性能優(yōu)異的表面活性劑如OP-10，E1310，F(xiàn)MEE等作為脫墨劑可以獲得最高的白度提高值和最低的油墨殘余度，這說明良好的乳化與分散性能能將油墨保持微小的顆粒并懸浮在泡沫之中。表1的數(shù)據(jù)也表明，非離子表面活性劑的脫墨效果明顯好于陰離子產(chǎn)品，浮損率也明顯低于陰離子產(chǎn)品，這也是因為非離子產(chǎn)品的乳化與凈洗性能遠優(yōu)于陰離子產(chǎn)品，具有更好的脫墨效果；而陰離子產(chǎn)品由于泡沫較大，并且形成泡沫后，泡沫持續(xù)時間久，紙漿的纖維充斥于泡沫之中，導致過高的浮損率。

在非離子表面活性劑中，司盤系列與吐溫系列無論是白度提高值還是浮選后殘余油墨濃度指標均不理想，不符合脫墨要求；陰離子類型產(chǎn)品的滲透性能、乳化與分散性能均很差，所體現(xiàn)的脫墨效果也不理想；具有 EO 聚醚類結(jié)構(gòu)如 TX-10，OP-10，F(xiàn)MEE，E1310等作為脫墨劑的白度提高值較高，殘余油墨濃度明顯低于試驗中其他表面活性劑種類。

2.2 表面活性劑的復配與脫墨效果的協(xié)同增效

表面活性劑具有協(xié)同增效的作用，單一脫墨劑組分是不可能達到最佳脫墨效果，必須組成合理配方，不僅能降低脫墨劑的成本，也能提高脫墨劑的效果。對于浮選法脫墨來說，要選用的表面活性劑應具有豐富的泡沫，表面張力要低，分散效果要好，盡可能地把油墨凝聚成分散的油墨顆粒，吸附在泡沫表面易于刮去[6]。

為了獲得更好脫墨效果的表面活性劑組合，以實驗1所篩選出脫墨效果最好的OP-10與FMEE兩支表面活性劑為脫墨劑主體成分，將不同比例的表面活性劑在用量和工藝應用完全一致的條件下進行脫墨的測試實驗，并比較各種復配比例的脫墨效果。表2為不同比例的OP-10和FMEE的脫墨效果。

表1 表面活性劑的性能與脫墨效果

表2 不同比例的OP-10與FMEE的脫墨效果

由表2可知，當OP-10與FMEE按照不同的比例進行復配，脫墨效果均好于表1單一表面活性劑，協(xié)同增效作用明顯，主要是因為OP-10具有較強的乳化油墨的能力，F(xiàn)MEE則可以將乳化的油墨粒子更均勻地分散于浮選泡沫之中，具有較強的分散與捕集能力，兩種表面活性劑以恰當?shù)谋壤龔团?，則能更有效地去除油墨。當OP-10∶FMEE為5∶5時，根據(jù)表2可知，該表面活性劑組合的脫墨效果最好，白度增加5.91%，殘余油墨濃度為150 mg/kg，浮損率6.58%，表明OP-10與FMEE復配后能進一步提高各自的脫墨效果，兩者最佳的比例為 5∶5。

2.3 油墨捕集劑對脫墨效果的影響

油酸鈉雖然單獨的脫墨效果不盡理想，但是在實際的脫墨過程中，油酸鈉同時具有親水與憎水基團，是一種良好的油墨捕集劑，油酸鈉所形成的油酸皂在靜電吸引的作用下，可對油墨顆粒進行有效吸附和捕集，加速油墨顆粒從纖維表面脫落[7]。

為了確定油酸鈉對脫墨效果的影響，將OP-10∶FMEE=5∶5的比例復配成表面活性劑A，與油酸鈉以不同的比例應用于脫墨實驗中，觀察油酸鈉所占的比例對脫墨效果的影響。表面活性劑A與油酸鈉作為脫墨劑總用量為0.10%，脫墨工藝及處方參照實驗1.3。

由表3可知，油酸鈉所起到的脫墨效果有限，主要原因還是其乳化分散等性能較差，而目前書報雜志的的油墨組分更加復雜，特別是過多地使用無法皂化的油墨速干劑、膠黏劑等，使得油酸鈉所起到的脫墨效果大打折扣。

表3 油酸鈉捕集作用對脫墨效果的影響

當油酸鈉的比例不超過5%，油酸鈉有助于脫墨效果的提高，油酸鈉比例超過5%后，白度提高值和殘余油墨濃度開始呈下降趨勢。因此，在脫墨劑中，油酸鈉的比例應控制在5%即可。

2.4 泡沫調(diào)節(jié)劑對脫墨效果的影響

在浮選脫墨過程中，泡沫對脫墨工藝影響較大，豐富和持久的泡沫會有助于油墨顆粒從脫墨漿中分離出來，但過多的泡沫也會導致纖維損失率過高，并增加對脫墨廢漿與廢水的處理負擔，因此浮選脫墨要求的是一種適宜的泡沫，并不是泡沫越多越好。凈洗劑6501（以下簡稱6501）是有效的泡沫調(diào)節(jié)劑，在脫墨配方中起到控制泡沫的作用[8]。

6501的乳化分散性能較差，在脫墨過程中用量不宜偏多，一般控制在10%以內(nèi)，為了分析6501的用量對脫墨效果的影響，將OP-10∶FMEE=6∶4的比例復配成表面活性劑A，與6501以不同的比例應用于脫墨實驗中，觀察6501所占的比例對脫墨效果的影響。表面活性劑A與6501作為脫墨劑總用量為0.10%，脫墨工藝及處方參照實驗1.3。

由表4可知，白度提高值隨著6501用量的增加相應的提高，殘余油墨濃度相應減小，但6501比例超過5%后，白度與油墨殘余幾乎沒有變化。隨著6501所占比例的增加，紙漿的浮損率始終呈升高趨勢，由此可見，6501所占比例不應超過5%，超過5%后對脫墨效果沒有明顯幫助，但會導致過多的纖維流失。

通過分析油酸鈉與6501對脫墨效果的影響，可以確定，當 OP-10∶FMEE∶油酸鈉∶6501的比例為 45%∶45%∶5%∶5%，是最佳的脫墨劑配方比例。

3 自制脫墨劑用量對脫墨效果的影響

在實際脫墨生產(chǎn)中，脫墨的工藝條件以及其他脫墨化學品如片堿、雙氧水、硅酸鈉等用量，都是車間長期以來的習慣操作和習慣用量，一般不會根據(jù)脫墨劑來配套或者調(diào)整其他化學品用量以及脫墨工藝，相反的應該是脫墨劑要適合不同的使用廠家與工藝條件。因此在實驗中，不去討論片堿、雙氧水、硅酸鈉用量以及熟化溫度、浮選時間等工藝對脫墨的影響，只討論該自配脫墨劑用量對脫墨效果的影響[9]。

表4 6501發(fā)泡及穩(wěn)泡作用對脫墨效果的影響

將自制脫墨劑復配為50%的商業(yè)化成品脫墨劑B，一方面會降低產(chǎn)品的價格，廠家易于接受，另外低濃度的產(chǎn)品車間使用較為方便。自制脫墨劑B的成分如表5。

表5 脫墨劑組成%

3.1 脫墨劑的應用實驗

脫墨用紙：ONP與OMP按照1∶1混合廢紙；

脫墨工藝流程：熟化時間（30 min）→碎漿時間（25 min）→碎漿濃度（8%）→碎漿溫度（60℃）→浮選溫度（50℃）→浮選濃度（0.8%）；

表6 脫墨工藝中各化學品用量

由表6可知，浮損率隨著脫墨劑用量的提高始終相應增加，白度提高值在脫墨劑用量0.25%，達到最高值，之后用量再增加，白度提高值呈下降趨勢。另一數(shù)據(jù)殘余油墨值也有同樣的變化趨勢，說明并不是脫墨劑用量越多脫墨越明顯，脫墨劑過多會導致油墨顆粒乳化分散成過小的微粒并進入纖維內(nèi)部，增加了脫墨的難度。對于該自制脫墨劑，以用量0.25%為最佳的用量。

4 結(jié)論

（1）在堿性pH值條件下對廢紙漿浮選法脫墨，非離子表面活性劑對ONP/OMG的脫墨作用好于陰離子表面活性劑，以浮選前后的白度提升值和油墨殘余濃度為指標評價各表面活性劑脫墨效果，不同表面活性劑種類的脫墨能力排序如下：OP-10＞FMEE＞TX-10＞E1310＞AEO-9。

（2）在堿性脫墨工藝中，OP-10與FMEE復配具有協(xié)同增效的作用，當OP-10與FMEE的質(zhì)量百分比為5：5時，該配方獲得脫墨劑具有最佳的脫墨效果。脫墨劑配方中添加油酸鈉作為油墨捕集劑，有利于提高脫墨效果，但用量不宜偏高，控制在5%即可；6501作為泡沫穩(wěn)定劑也有利于脫墨效果的提高，用量也是控制在5%即可。最終確定的脫墨劑配方為OP-10∶FMEE∶油酸鈉∶6501 的比例為 45%∶45%∶5%∶5%。

（3）脫墨劑的用量會影響脫墨效果，脫墨劑用量過高不僅會影響脫墨漿的制得率，甚至會降低脫墨率和紙漿白度。以實驗所獲得脫墨劑作為研究對象，脫墨劑的用量為0.25%具有最有效的脫墨效果。

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