脫墨漿不透明度對ERIC的影響及修正

程 皓 趙媛媛 徐 嶸 劉 超 李友明 武書彬,* 盧寶榮 陳 曦

(1.華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點實驗室，廣東廣州， 510640；2.中國制漿造紙研究院，北京，100102)

·脫墨漿ERIC·

脫墨漿不透明度對ERIC的影響及修正

程 皓1趙媛媛1徐 嶸1劉 超1李友明1武書彬1,*盧寶榮2陳 曦2

(1.華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點實驗室，廣東廣州， 510640；2.中國制漿造紙研究院，北京，100102)

有效殘余油墨濃度；不透明度；光散射系數(shù)

(*E-mail: shubinwu@scut.edu.cn)

檢測各工序漿料的有效殘余油墨濃度(effectiveresidualinkconcentration，簡稱ERIC)是評價廢紙漿生產(chǎn)線中的某個脫墨設(shè)備或整個生產(chǎn)工藝脫墨效果的重要手段[1-2]。ERIC的測量利用了Jordan和Popson開發(fā)的近紅外反射技術(shù)[3]，并已形成標(biāo)準(zhǔn)化的檢測方法，如美國的TAPPIT567OM- 09、GB/T20216—2006[4-5]。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測量漿料的ERIC需輸入以下參數(shù)：試樣的定量(w)、在有效波長(950±5)nm的單層反射因數(shù)(R0)和內(nèi)反射因數(shù)(R∞)。GB/T20216—2006ERIC的測定中對待測試樣提出了以下要求：①試樣的油墨和定量在三維空間內(nèi)分布均勻；②試樣在波長950nm下的不透明度應(yīng)不超過97%。

但是在漿片制備的過程中存在如下問題：①定量過低，漿片勻度不好，當(dāng)定量低于50g/m2，漿片成形有難度；②對于某些工段的漿樣，即使?jié){片定量低于55g/m2，也不能滿足GB/T20216—2006所要求的“試樣在波長950nm下的不透明度應(yīng)不超過97%”。

為了解決以上問題，本實驗研究了脫墨漿在不透明度高于97%時，如何保證ERIC測量值有較低誤差。本實驗選取廢紙制漿過程的不同工段的舊報紙(ONP)漿和混合辦公廢紙(MOW)漿，測定其ERIC，并記錄單層反射因數(shù)R0和內(nèi)反射因數(shù)R∞，根據(jù)R0和R∞的范圍，用Matlab軟件對ERIC計算公式進(jìn)行分析，給出不透明度超過97%時，ERIC計算的修正方法。

1 實 驗

1.1 實驗原料

ONP漿：取自廣州某新聞紙廠脫墨漿生產(chǎn)線；MOW漿：取自東莞某紙廠。

1.2 實驗儀器

DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；1600型半自動紙頁成形器；TECHNIDYNEColorTouchPC型殘余油墨測定儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 測定漿濃

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5399—2004測定紙漿濃度。

1.3.2 抄片

按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T24324—2009[6]，分別抄造60、70、80、90、100g/m25種不同定量的漿片,每種定量抄造3個平行樣。

1.3.3ERIC的測定

按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20216—2006測定ERIC，并記錄儀器的直接測量值R0和R∞。

2 結(jié)果與討論

2.1ONP漿前浮選前后不同定量漿片的不透明度

表1 ONP漿前浮選前后漿片的正面不透明度(950 nm)

由表1可見，對于此生產(chǎn)線的浮選前漿片，即使定量為55.3 g/m2，漿片在950 nm下的不透明度依然高于97%，未能達(dá)到GB/T 20216—2006的要求。但如果再降低定量，游離油墨流失嚴(yán)重，影響結(jié)果判斷，且漿片成形將變得困難，漿片勻度較差。

2.2 ERIC測定原理分析

基于Kubelka-Munk理論，光散射系數(shù)(S)、光吸收系數(shù)(K)與單層反射因數(shù)(R0)和內(nèi)反射因數(shù)(R∞)有以下關(guān)系，見式(1)和式(2)[7]。

(1)

(2)

式中，K為光吸收系數(shù)，m2/kg；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)，以小數(shù)表示；R∞為內(nèi)反射因數(shù)，以小數(shù)表示。

(3)

式中，ERIC為有效殘余油墨濃度，mg/kg；Ksheet為紙張的光吸收系數(shù)，m2/kg；Kink為油墨的光吸收系數(shù)，m2/kg。

由式(1)～式(3)可以看出，ERIC與不透明度有關(guān)。Vahey DW等人[8]提出當(dāng)試樣的不透明度接近或者超過97%時，光散射系數(shù)S具有很大的變異系數(shù)，此時所帶來的測量誤差會被式(3)放大，甚至?xí)^50%。因此有必要對S進(jìn)行修正，以保證測量誤差在合理范圍內(nèi)。此外，當(dāng)不透明度為100%時，式(1)無意義，此時ERIC不可測。

2.3 修正方法及分析

(4)

則式(1)轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

(5)

2.3.1ONP漿

ONP漿的取樣點分別為：粗漿塔出漿、前浮選進(jìn)口、前浮選出口、熱分散入口、后浮選進(jìn)口、后浮選出口、成漿池出口；漿片定量約為60、70、80、90、100g/m2，過濾網(wǎng)篩分別為80、120、150、300、400目，各種實驗條件組合，抄造了525張漿片，測定每張漿片表面和網(wǎng)面的ERIC，并記錄R0、R∞，共計1050組數(shù)據(jù)。

對以上數(shù)據(jù)中的R0和R∞排序，得出R0和R∞的變化范圍為：R0∈[0.46，0.63]，R∞∈[0.57，0.74]。通過Matlab軟件，畫出式(4)中α值隨著R0和R∞變化的三維函數(shù)圖像(見圖1)。

圖1 ONP漿α值與R0和R∞的三維函數(shù)圖像

由圖1可知，在R0∈[0.46，0.63]、R∞∈[0.57，0.74]范圍內(nèi)α值的變化比較平緩，只是在某小區(qū)域內(nèi)曲面出現(xiàn)了突變，因此根據(jù)曲面呈現(xiàn)的趨勢，計算曲面突變前α值，以此替代突變后的α值是可行的。

表2 不透明度在95.0%～99.5%區(qū)間內(nèi)α值、ERIC值

2.3.2MOW漿

取樣點分別為：碎漿機(jī)、碎漿后的卸料池、粗篩前、粗篩后(浮選前)、精篩前(浮選后)、精篩后、多圓盤濃縮后、雙網(wǎng)擠漿后、熱分散后、盤磨前、盤磨后等共11個點。漿片定量約為60、70、80、90 、100g/m2，漿片定量、網(wǎng)篩目數(shù)變化同2.3.1，共抄造了825張漿片，測定每張漿片表面和網(wǎng)面的ERIC，并記錄R0、R∞，共計1650組數(shù)據(jù)。

對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，得出結(jié)果是R0∈[0.54，0.70]、R∞∈[0.65，0.86]，通過Matlab軟件，畫出式(4)中α值隨著R0和R∞變化的三維函數(shù)圖像(見圖2)。

圖2 MOW漿的α值與R0和R∞的三維函數(shù)圖像

由圖2可知，MOW漿在R0∈[0.54，0.70]、R∞∈[0.65，0.86]范圍內(nèi)，α值的變化比較平緩，只是在某小區(qū)域，曲面出現(xiàn)了突變。

當(dāng)R∞=0.65、不透明度97%時，α1=3.38；當(dāng)R0=0.70、不透明度97%時，α2=4.25；取α1和α2的平均值作為MOW漿的α值，則α=3.82。

2.3.3 對ONP漿、MOW漿的修正效果分析

假設(shè)ONP漿片定量為60 g/m2，MOW漿片定量為100 g/m2，由Matlab軟件計算ONP漿和MOW漿的不透明度在95.0%～99.5%區(qū)間內(nèi)的α值、ERIC值(見表2)。

當(dāng)不透明度>97%時，對于ONP漿，用α=3.01修正S后計算ERIC；對于MOW漿，用α=3.82修正S后計算ERIC，并作出修正前后ERIC的變化曲線(見圖3)。

圖3 修正前后ERIC與不透明度的變化曲線

由圖3可見，修正后的ERIC曲線變化平緩，更符合ERIC的數(shù)值變化趨勢。

3 結(jié) 論

實驗選取廢紙制漿過程中不同工段的舊報紙(ONP)漿和混合辦公廢紙(MOW)漿，測定其有效殘余油墨濃度(ERIC)，用Matlab軟件對ERIC計算公式進(jìn)行分析，給出不透明度超過97%時，ERIC計算的修正方法。

3.3 當(dāng)制備的漿片不透明度達(dá)到100%時，ERIC值不可測。

3.4 對于其他脫墨漿，可以參考本文的方法計算出對應(yīng)的α值。

[1] ZHAO Nian-zhen， DENG Feng-wei. The Comprehensive Evaluation Waste Paper Deinking Agent in Deinking Performance[J]. China Pulp & Paper， 2006， 25(12): 67. 趙年珍， 鄧鳳偉. 廢紙脫墨劑脫墨性能的綜合評價[J]. 中國造紙， 2006， 25(12): 67.

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[3] Jorand B D， Popson S J. Measuring the Concentration of Residual Ink in Recycled Newsprint[J]. J. Pulp Paper Sci.， 1994， 20(6): 161.

[4] TAPPI T 567 OM- 09. Determination of effective residual ink concentration by infrared reflectance measurement[S].

[5] GB/T 20216—2006. Determination of effective residual ink[S]. GB/T 20216—2006.有效殘余油墨的測定[S].

[6] GB/T 24324—2009. Pulp-Preparation of laboratory sheets for physical testing-Conventional sheet-former method[S]. GB/T 24324—2009. 紙漿物理試驗用實驗室漿頁的制備常規(guī)漿頁成型器法[S].

[7] GB/T 10339—2007.Testing method of light scattering and absorption coefficient forpaper， board and pulps[S]. GB/T 10339—2007. 紙、紙板和紙漿的光散射和光吸收系數(shù)的測定[S].

(責(zé)任編輯：劉振華)

The Influence of Deinked Pulp Opacity on ERIC and Its Correction

CHENG Hao1ZHAO Yuan-yuan1XU Rong1LIU Chao1LI You-ming1WU Shu-bin1,*LU Bao-rong2CHEN Xi2

(1.StateKeyLabofPulpandPaperEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou，GuangdongProvince， 510640; 2.ChinaNationalPulpandPaperResearchInstitute,Beijing, 100102)

ERIC;opacity；scatteringcoefficient

程 皓先生，在讀碩士研究生；主要研究方向：木質(zhì)纖維清潔高效回用與轉(zhuǎn)化。

2013- 10- 04(修改稿)

中華人民共和國工業(yè)和信息化部《廢紙漿脫墨效果評價》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計劃(2012- 0277T-QB)。

TS749+

A

0254- 508X(2014)02- 0021- 04

*通信作者：武書彬先生，E-mail:shubinwu@scut.edu.cn。