采用新附聚方法量化微細(xì)膠粘物

采用新附聚方法量化微細(xì)膠粘物

盡管大家已認(rèn)識到微細(xì)膠粘物對解決制漿、造紙和印刷作業(yè)中遇到的各種沉積問題的重要性，但是尚未對量化此類膠粘物的方法達(dá)成共識。該文試驗了一種有效量化微細(xì)膠粘物的方法——煮沸法，即通過煮沸整個紙漿懸浮液將紙廠紙漿樣品中的微細(xì)膠粘物附聚成大膠粘物；然后測定附聚處理前和附聚處理后紙漿的大膠粘物的量，二者的差值即為微細(xì)膠粘物的量。實驗得出的煮沸法的最佳附聚條件為：紙漿濃度1%，邊加熱邊以250 r/min的速度攪拌，加熱時間45 min，之后保持沸騰狀態(tài)60 min，然后在室溫下冷卻3 h。為弄清楚該煮沸方法是如何有效地將微細(xì)膠粘物附聚為大膠粘物的，制備了一種其中模擬膠粘物數(shù)量已知的模擬紙漿，采用該模擬膠粘物懸浮液證明了煮沸方法可以非常有效地使微細(xì)膠粘物轉(zhuǎn)變?yōu)榇竽z粘物，轉(zhuǎn)變率高達(dá)70%。該煮沸法與冷藏法（即長時間冷藏或置于減壓條件下附聚紙漿樣品中的微細(xì)膠粘物，然后通過分級將其作為大膠粘物與紙漿分離）相比，煮沸法明顯地使微細(xì)膠粘物發(fā)生了附聚，并具有較高的再現(xiàn)性。

不僅僅是大膠粘物，微細(xì)膠粘物也是制漿、造紙和加工作業(yè)中出現(xiàn)的沉積問題的罪魁禍?zhǔn)?。膠粘物的有效控制需要定期監(jiān)測并識別污染源，以評估膠粘物消除裝置作業(yè)的有效性和確定有利于膠粘物在紙機上增生的條件。

業(yè)界一致認(rèn)為大膠粘物是指可以留在實驗室用0.10～0.15 mm縫篩上的較大、分散發(fā)黏的顆粒。它們來自于為獲得多種功能，比如黏合、密封、涂層和印刷，而在標(biāo)簽、膠帶、信封、郵票和紙板中使用的壓敏膠（PSA）、熱熔膠、調(diào)色劑、蠟類物質(zhì)、涂料和黏合劑。PSA、熱熔膠、蠟和黏合劑的配制中使用了多種化合物。PSA中使用的最常見高彈體是聚丙烯酸酯、丁苯橡膠、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸酯和聚醋酸乙烯酯/丙烯酸酯（PVAc/ACRY）共聚物及松香之類的增黏劑。乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、PVAc、聚乙烯、聚異戊二烯、長鏈碳?xì)浠衔锖驮鲳┦菬崛勰z、蠟和黏合劑的主要成分。除了增黏劑和某些蠟類物，上述的所有高分子物質(zhì)均屬于合成聚合物；在成形網(wǎng)、中心輥、壓榨部、吸水箱、烘缸、壓光輥組、厚度傳感器和印刷機的張緊帶上發(fā)現(xiàn)的沉積物中常常檢測出含有此類物質(zhì)。

主要的微細(xì)膠粘物是一些在制漿、篩選、泵送、分散和揉搓過程中經(jīng)受了劇烈機械作用并破碎為各種不同的可以通過100 μm或150 μm縫篩的膠粘物。尚未明確確定分散的水不溶性高彈體或蠟類物質(zhì)的最小尺寸。事實上，許多廢紙回收廠并不將微細(xì)膠粘物的范圍限制在合成聚合物碎片上。它們可能還包括本身發(fā)黏或因某一處理工藝中的物理化學(xué)變化而變得有黏性的所有（可溶解的、膠狀且高度分散的）有機物質(zhì)。這些黏性物質(zhì)可能會促進陽離子聚合物-陰離子物質(zhì)絡(luò)合物的形成、微水溶性化合物的沉淀或低相對分子質(zhì)量親脂性化合物（比如木材樹脂）的附聚。盡管這些化合物無法篩選并且具有潛在黏性，但是，因它們不是因初級大膠粘物的磨耗形成的，所以不屬于初級微細(xì)膠粘物。

由于實驗室確定微細(xì)膠粘物采用的步驟比確定大膠粘物的繁瑣；因此，對聚合物（即初級微細(xì)膠粘物）的量化研究很少見。通常使用動態(tài)濾水測定儀或紙漿篩分儀將微細(xì)膠粘物與纖維和大膠粘物分離。濾液中的微細(xì)膠粘物通過過濾或離心處理進行進一步分離和濃縮，得到的固體物質(zhì)進行干燥，然后采用熱重量分析法或溶劑抽提法確定它們的合成聚合物含量。親脂性膠粘物可以使用三氯甲烷、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、乙醇、四氫呋喃或超臨界二氧化碳抽提。其中，四氫呋喃被認(rèn)為是分離合成聚合物的首選抽提劑；然而，并沒有一種溶劑可以定量地抽提膠粘劑、膠或涂料中使用的所有種類的聚合物。

對不同粒級膠粘物中聚合物的為數(shù)不多的幾項分析研究很好地證明了初級微細(xì)膠粘物通常是無法檢測的，或存在于紙漿的已溶解膠體片段和工藝用水中，且數(shù)量稀少；因此，初級微細(xì)膠粘物的粒級上限由篩子的篩縫開度界定，粒級下限高于膠體顆粒尺寸（＞1 μm）。

有研究人員開發(fā)了一種方法，并選定膠體有機物或微細(xì)有機物積累潛勢的有效測量（EMMA）作為各種沉積問題的一個指標(biāo)。該方法基于相對分子質(zhì)量為5 000和膠體顆粒尺寸為25 μm的化合物的總有機碳（TOC）含量測定已溶解的、膠態(tài)或高度分散的高相對分子質(zhì)量黏性聚合物。另有報道稱，新聞紙、混合辦公廢紙（MOW）、舊瓦楞紙箱（OCC）和涂布紙損紙紙漿中的TOC的90%～99%來自尺寸小于0.2 μm的有機物，該尺寸正好在這樣的尺寸范圍內(nèi)：即這一尺寸范圍內(nèi)的合成有機物采用熱重量分析法、光譜法或?qū)游龇◣缀鯔z測不到；因回收紙漿中的TOC測量結(jié)果還包括0.2～25 μm尺寸范圍內(nèi)的有機化合物，EMMA潛勢更能代表親脂性抽提物（比如木材樹脂）、木脂素和來自油墨連結(jié)料的礦物和植物油，以及親水化合物（比如木素部分、半纖維素、果膠糖、有機酸的鹽、助留劑、淀粉，甚至水分散型聚合物）的綜合“貢獻”。此類有機物質(zhì)的復(fù)雜混合物無疑在，比如成形區(qū)中出現(xiàn)的特定沉積問題中起到了至關(guān)重要的作用。

另有研究人員提出了量化微細(xì)膠粘物的其他一種方法。實驗原理是附聚微細(xì)膠粘物使其尺寸達(dá)到大膠粘物的尺寸范圍，該尺寸范圍內(nèi)的膠粘物可篩選；因此，可以通過標(biāo)準(zhǔn)的大膠粘物量化步驟進行量化。在該方法中，通過提高碳酸氫鹽濃度或懸浮液的壓力或通過降低溫度誘發(fā)被認(rèn)為會促進附聚的二氧化碳?xì)馀莸尼尫鸥淖兗垵{濾液或白水的條件。在篩分儀中分離后，這些附聚顆粒具有充分的黏性，從而可以黏附在TAPPI T227 om-07《紙漿中大膠粘物的含量：提取法》中使用的涂料上以確定大膠粘物。

盡管膠粘物分級和檢測方法取得了重大突破，但是有關(guān)回收漿中微細(xì)膠粘物量化的信息仍然有限。本研究開發(fā)了一種通過回收漿和模擬膠粘物系統(tǒng)中的附聚將微細(xì)膠粘物轉(zhuǎn)變?yōu)榇竽z粘物的實驗室用方法；然后可以采用TAPPI T277 om-07測定原始大膠粘物和由微細(xì)膠粘物附聚得到的大膠粘物的量。

1　試驗

1.1紙廠樣品

表1給出了取自北美多家造紙廠的紙漿樣品。舊瓦楞紙箱回收漿（OCC-A至OCC-C）和含有15%舊雜志（OMG）的舊新聞紙（ONP）漿在分級或附聚處理前用紙機白水稀釋。干燥的回收漿（MOW）（MOW-A至MOW-E）樣品在試驗前，置于攪拌轉(zhuǎn)速為200 r/min的Lamort碎漿機中重新制漿前放在蒸餾水中浸泡15 min（濃度8%）。

1.2含模擬大膠粘物和微細(xì)膠粘物紙漿的制備

為驗證微細(xì)膠粘物通過煮沸附聚的效率，使用信封標(biāo)簽和北方漂白硫酸鹽針葉木漿（NBSK）制備了其中大膠粘物和微細(xì)膠粘物數(shù)量已知的模擬紙漿。取7張信封標(biāo)簽或背面帶膠的標(biāo)簽［每張的尺寸為8.5 in× 11 in（21.59 cm×27.94 cm），含有7.215 g膠粘劑］，重新制漿前放于含 0.5%氫氧化鈉、40×10-6分散劑（Dispex N40V）和4×10-6表面活性劑（E Merpol S）的溶液中浸泡1 h。氫氧化鈉使紙張分離為纖維，釋放出膠粘層。使用合適量的分散劑和表面活性劑使含模擬膠粘物的紙漿懸浮液的表面張力與脫墨漿料的相當(dāng)［52～55 dyn/cm（52～55 mN/m）］。浸泡后的背面帶膠的標(biāo)簽連同2 kg NBSK放于Lamort碎漿機中碎解成漿；碎漿條件：濃度12%，溫度80℃，碎漿機轉(zhuǎn)速800 r/min。通過離心處理將碎漿得到的紙漿濃縮至濃度為25%～30%。為生成更多微細(xì)膠粘物，將濃縮后的紙漿置于實驗室磨漿機直徑30.5 cm，盤間距0.05 mm，電機功率7.5 hp（約5.6 kW）中在溫度80℃下磨漿3遍。

表1　紙廠樣品及樣品濃度

1.3通過煮沸附聚微細(xì)膠粘物

將濃度為1%的紙漿倒入4 L玻璃燒杯或安裝有涂有聚四氟乙烯的擋板的金屬反應(yīng)器中。將紙漿置于加熱板上加熱，同時用頂置式攪拌器以250 r/min速度攪拌，直至沸騰。燒杯用塑料薄膜蓋住防止沸騰過程中水汽蒸發(fā)。為衡量溫度對附聚的影響，待紙漿分別達(dá)到期望溫度（20、40、55、70、85和100℃）后將樣品取下，使其在室溫下冷卻3 h。其余紙漿放于室溫下冷卻3 h前保持在溫度100℃下1 h（標(biāo)記為“100-1 h”）。以膠粘物數(shù)量或面積計算的附聚百分比通過下式確定：附聚百分比=［（膠粘物附聚后-膠粘物初始）/膠粘物初始］×100%

為衡量在同樣混合條件下完全沸騰1 h后穩(wěn)定時間的影響，將燒杯從加熱板上取下，放于試驗臺上在室溫下分別冷卻0、1、2、3、4和24 h。附聚前后采用TAPPI T-277 om-07測量大膠粘物。對于白水或P100級分，附聚試驗在樣品濃度下進行，不進一步稀釋或濃縮。

1.4通過冷藏附聚微細(xì)膠粘物

用紙機白水將OCC-A、OCC-C和ONP稀釋至濃度為1%。采用de Jong的方法估算OCC-A和OCC-C紙漿中的微細(xì)膠粘物。將紙漿置于冰箱中3星期，并定期檢測樣品的微細(xì)膠粘物附聚情況。

1.5大型Britt動態(tài)濾水儀中紙漿的分級

磨漿后，使用改良的Britt動態(tài)濾水儀對含膠粘物的紙漿進行分級，得到僅含有微細(xì)膠粘物的細(xì)小級分（P100）。步驟如下：首先取50 g絕干紙漿樣品放于安裝有100目篩的大型Britt動態(tài)濾水儀中，用紙機白水（用于稀釋紙廠樣品）或水（用于稀釋模擬膠粘物系統(tǒng)）稀釋至體積為10 L（濃度0.5%）；然后，在攪拌速度1 000 r/min下混合稀釋后的紙漿懸浮液2 min。將懸浮液由10 L濃縮至8 L，收集得到的2 L濾液和P100。理論上講，P100僅含有微細(xì)膠粘物。

1.6大膠粘物的量化

采用TAPPI T 277 om-07量化紙漿附聚前、后的大膠粘物。MOW和我們的模擬懸浮液中膠粘物的數(shù)量并不是很多。鑒于此，并且由于Pulmac篩的限制［篩縫直徑0.006 in（約0.015 cm）］，進行3次Pulmac分級以收集足夠多的大膠粘物，測量膠粘物的數(shù)量和表面積。對于模擬膠粘物懸浮液，也將大膠粘物與纖維分離，并通過置于預(yù)先稱重的黑色濾紙上過濾收集大膠粘物。膠粘物在溫度105℃下干燥后稱量。

1.7柔順性試驗和FTIR成分

篩選后，對附聚前、后的大膠粘物進行進一步表征。通過用一根針刺戳單獨的膠粘物確定其柔順性或黏性。對于MOW、OCC和ONP，采用TAPPI T277 om-07測定黑色濾紙上的上涂料的物質(zhì)或大膠粘物。進行柔順性和傅立葉變換紅外（FTIR）光譜試驗前，輕輕刮去碳酸鈣涂料。抗刺戳且柔順性相對較小的大膠粘物上標(biāo)記“硬”；“軟”膠粘物柔順性較大，并且用針刺戳?xí)r常常會分裂開；處于這2類之間的膠粘物黏性或柔順性標(biāo)記為“中等”，然后通過FTIR光譜分別分析這3類膠粘物，確定它們的成分。

1.8通過FTIR和顯微鏡鑒別大膠粘物

對選取的附聚前、后的大膠粘物，刮去碳酸鈣涂料后，用FTIR光譜進行表征。同時使用光學(xué)顯微鏡觀察膠粘物。

1.9化學(xué)分析

根據(jù)在溫度105℃下干燥后的質(zhì)量損失測定信封標(biāo)簽的膠粘劑質(zhì)量。采用Wilhelmy平板法確定模擬膠粘物懸浮液濾液的表面張力。

2　結(jié)果與討論

通用的微細(xì)膠粘物附聚方法涉及回收漿P100濾液在冷狀態(tài)或真空下的處理。我們在實驗室中嘗試了加快這些附聚方法的處理速度的方法。對于OCC和ONP紙漿考慮了不同的參數(shù)組合，比如溫度、pH、碳酸氫根離子濃度、氣泡的出現(xiàn)、添加氮氣或二氧化碳?xì)怏w、添加造紙凝結(jié)劑或絮凝劑、不同的混合方法（比如，采用氣體擴散法；使用頂置式攪拌器和攪拌棒）以及不同的混合速度。這些附聚方法中，將微細(xì)膠粘物附聚為大膠粘物時，僅煮沸法表現(xiàn)出較好的再現(xiàn)性。

接下來的部分首先介紹了附聚方法的研發(fā)過程，以及其用于測量3種回收漿中的微細(xì)膠粘物的有效性；然后，將該方法與冷藏法進行比較。之后，對從煮沸前、后的紙漿中分離出來的大膠粘物的成分進行了表征。為弄清楚采用煮沸法附聚的微細(xì)膠粘物的數(shù)量，使用信封標(biāo)簽?zāi){漿料和硫酸漿制備了模擬紙漿和膠粘物懸浮液。這樣我們通過質(zhì)量測定附聚的微細(xì)膠粘物的百分比。

2.1通過煮沸整個紙漿附聚微細(xì)膠粘物

為開發(fā)一種快速附聚紙漿中微細(xì)膠粘物的方法，將OCC-A加熱至100℃，保持1 h，加熱過程中使用頂置式攪拌器攪拌。

圖1顯示了煮沸紙漿懸浮液可以將微細(xì)膠粘物附聚成大膠粘物。

由圖1可以看出：1%濃度樣品的加熱使得膠粘物的數(shù)量和面積均增大，最后一個樣品冷卻前保持在沸騰狀態(tài)下1 h；與溫度20℃下相比，溫度85℃和100℃下大膠粘物含量分別增加了39%和64%；紙漿樣品保持在沸騰狀態(tài)下1 h（最后一個樣品，100-1 h），大膠粘物數(shù)量增大1倍，即增加了98%。初步結(jié)果清楚地表明，通過煮沸紙漿懸浮液可以將微細(xì)膠粘物附聚成大膠粘物；但是，是否所有微細(xì)膠粘物都轉(zhuǎn)變成了大膠粘物尚不清楚。

圖1　大膠粘物數(shù)量和面積隨加熱溫度升高而增大表明舊瓦楞紙箱（OCC-A）紙漿中微細(xì)膠粘物發(fā)生附聚

試驗力求探索出以下范圍內(nèi)的最佳條件。使用2 L濃度為1%～1.5%的紙漿對加熱時間（10～60 min）、保持在沸騰狀態(tài)下的時間（0～60 min）、沸騰后的冷卻時間（30 min～24 h）、冷卻方法（用冷水稀釋、在冰袋上冷卻或不稀釋在室溫下冷卻）、使用塑料薄膜防止水汽蒸發(fā)，以及頂置式攪拌器（100～1 000 r/ min）的攪拌速度進行了試驗。

試驗發(fā)現(xiàn)最佳附聚條件為：紙漿濃度1%，邊加熱邊以250 r/min的速度攪拌，加熱時間為45 min，隨后保持沸騰狀態(tài)60 min，之后在室溫下冷卻3 h。頂置式攪拌器的攪拌速度也非常重要。需要充分進行攪拌確保各膠粘物之間充分接觸，但是攪拌速度過高會導(dǎo)致附聚物分散。這可以通過2種方法加以證明：（1）將紙漿懸浮液置于真空和溫度100℃下不加以攪拌混合；（2）重復(fù)操作煮沸附聚步驟，煮沸過程中不使用頂置式攪拌器攪拌。在這2種情況下，發(fā)生附聚的微細(xì)膠粘物的數(shù)量非常少。較短的加熱和沸騰時間為各微細(xì)膠粘物之間相互接觸和聚在一起提供了足夠時間。

冷卻時間的影響更為復(fù)雜，以至于很難理解。圖2給出了冷卻或穩(wěn)定時間對OCC-B和ONP的附聚的影響。

由圖2可見，當(dāng)冷卻時間少于3 h時，附聚后的膠粘物強度不足以在它們穿過篩縫時保持一個整體。通過向容器內(nèi)加入冷水或?qū)⑷萜髦糜诒鶋K上快速降溫，所得到的結(jié)果不具有再現(xiàn)性。

2.2與冷藏法對比

De Jong的冷藏法最初是用于估測來自O(shè)CC-A漿中的微細(xì)膠粘物數(shù)量。表2顯示了在溫度4℃下存放3星期前、后OCC-A紙漿中膠粘物數(shù)量分類（以10 g絕干漿計）。

圖2　冷卻或穩(wěn)定時間對OCC-B和ONP的附聚的影響

表2　在溫度4℃下存放3星期前、后OCC-A紙漿中膠粘物數(shù)量分類

由表2可以看出，在冷藏條件下附聚后，膠粘物總數(shù)增加了55%。在各種不同的化學(xué)物質(zhì)中，3種丙烯酸鹽型物質(zhì)增加了25%～188%。注意到，聚丙烯酸酯是最普遍的污染物，占附聚后大膠粘物總數(shù)量的50%；然而，采用冷藏法進行的第2次試驗中，OCC-A和ONP均未出現(xiàn)微細(xì)膠粘物附聚現(xiàn)象。為了更好地了解膠粘物附聚，分別采用煮沸法和冷藏法對第3份樣品OCC-C進行了試驗。

通過煮沸或在冷藏條件下放置22天使?jié)舛葹?%的OCC-C漿、其P100和未分級的白水中的膠粘物附聚。表3給出了煮沸和冷藏處理對微細(xì)膠粘物附聚的影響。

表3　煮沸法和冷藏法附聚膠粘物情況比較

由表3可見：與冷藏法相比，煮沸法使微細(xì)膠粘物明顯地發(fā)生了附聚，大膠粘物的數(shù)量增加了42%；冷藏法僅使大膠粘物的數(shù)量增加了3%，這表明發(fā)生附聚的程度較小或沒有發(fā)生附聚；此外，煮沸法使膠粘物平均面積增大了37%，而冷藏法僅增大了12%；對于P100級分，冷藏法和煮沸法均未能使微細(xì)膠粘物附聚為大膠粘物；冷藏法大膠粘物數(shù)量均值標(biāo)準(zhǔn)差（18%～100%）高于對照樣品和煮沸法的（3%～22%）；就面積而言，白水中膠粘物數(shù)量的增大量較為顯著，冷藏法和煮沸法分別為120%和283%。盡管有強有力的證據(jù)證明2種方法中確實發(fā)生了附聚，但是依靠篩選的測量方法的有效性同大小可以留住大膠粘物的篩縫直徑。篩選室中的湍動也會破壞已附聚的微細(xì)膠粘物。

與冷藏法相比，煮沸法具有較高的再現(xiàn)性是因為以下幾個因素：（1）煮沸和攪拌產(chǎn)生的機械作用增加了膠粘物之間接觸的幾率；（2）膠粘物受熱產(chǎn)生變形，因此增大了其表面積和膠粘物之間接觸的幾率；（3）凝結(jié)或冷卻時間為新形成的附聚物提供了在篩選前進行鞏固的時間；（4）加熱時間過長可能會改變膠粘物的黏性。無論是哪種機理，總測量時間確實是由2星期縮短至5 h。

對于含有大膠粘物的整個紙漿，大膠粘物的較大表面可能會增大膠粘物接觸的幾率；因此，為附聚提供了便利。P100級分在0.5%紙漿濃度下進行分級，其中僅含有微細(xì)膠粘物；因此，P100級分中膠粘物的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于整個紙漿中膠粘物的。P100級分中膠粘物濃度較低，以及P100級分中缺少大膠粘物也許是無論采用冷藏法還是煮沸法微細(xì)膠粘物均未發(fā)生附聚的原因。為證明這一理論，試驗使用安裝有100目篩的動態(tài)濾水儀濃縮紙漿以提高大膠粘物的濃度，這一過程同時除掉了懸浮液中的部分微細(xì)膠粘物。有關(guān)該富含大膠粘物的紙漿樣品的煮沸附聚試驗表明，就膠粘物數(shù)量和面積而言，均表現(xiàn)出最大附聚趨勢。

2.3紙廠樣品試驗

煮沸法的有效性最終取決于其檢測紙廠樣品中是否存在著能引起附聚的微細(xì)膠粘物。表4給出了隨著時間推移，附聚對3種紙廠樣品的影響。

表4　附聚后紙廠樣品中大膠粘物數(shù)量的增加量

由表4可見，在各種情況下，煮沸法的試驗結(jié)果均表明確實存在微細(xì)膠粘物（大膠粘物數(shù)量增加了37%～327%）；然而，對于MOW樣品，煮沸法的試驗結(jié)果并不樂觀。鑒于這些紙漿中膠粘物數(shù)量較少，有必要積累足夠多的大膠粘物以確保得到的數(shù)據(jù)具有說服力。為此，各樣品分別1式2份或1式3份煮沸，并在整合大膠粘物進行分析前進行篩選。應(yīng)注意到，此處列出的所有樣品均會引發(fā)紙機的沉積問題。

充氣膜結(jié)其原理是通過壓力控制系統(tǒng)向膜內(nèi)充氣,使室內(nèi)外保持一定的壓力差，膜體產(chǎn)生一定的預(yù)張力從而保證體系的剛度，以抵抗風(fēng)、雪、荷載荷載。球倉在施工中則是利用充氣薄膜作為模板，不需要任何附加支撐，定制的充氣薄膜在作為模板施工完成后，球倉的外表面有一層可以保溫、防腐蝕的薄膜，節(jié)省了二次裝修的費用，具有節(jié)能、無環(huán)境污染的特點。

圖3顯示了混合辦公廢紙、舊新聞紙和舊瓦楞紙箱紙漿中附聚前、后大膠粘物的組成（圖中：橫條上的數(shù)據(jù)代表每種柔順性（“軟”、“中等”和“硬”）類型大膠粘物的數(shù)量；附聚后膠粘物橫條下的百分?jǐn)?shù)表示附聚后大膠粘物數(shù)量的增加量）。

圖3　混合辦公廢紙、舊新聞紙和舊瓦楞紙箱紙漿中附聚前、后大膠粘物的組成

圖3按照3種柔順性類型（“軟”、“中等”和“硬”）列出了附聚的大膠粘物。在所試驗的4份紙漿中“軟”膠粘物數(shù)量增加了72%～383%；而“中等”柔順性膠粘物數(shù)量增加了92%～150%?！败洝蹦z粘物主要是與壓敏膠有關(guān)的聚丙烯酸酯?！爸械取比犴樞阅z粘物常常是聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯、熱熔膠和聚乙烯的混合物。對于“硬”膠粘物是否會附聚還是有疑問的，“硬”膠粘物附聚前的數(shù)量較少?！坝病蹦z粘物也是含有聚醋酸乙烯酯、熱熔膠、聚乙烯、聚苯乙烯和一些聚丙烯酸酯的混合物。聚丙烯酸酯類膠粘物明顯對附聚方法具有最佳響應(yīng)性，無論是通過冷藏附聚（表2）還是煮沸附聚。

2.4模擬膠粘物

為弄清楚煮沸法是如何有效地將微細(xì)膠粘物附聚成大膠粘物的，制備了已知其中膠粘物數(shù)量的模擬紙漿。鑒于來源和化學(xué)配方的多樣性，很難制備一種可以代表紙廠樣品的含有“模擬膠粘物”的代表性紙漿。該紙漿主要含有聚丙烯酸酯的信封標(biāo)簽中加入硫酸漿重新制漿得到大膠粘物質(zhì)量已知的懸浮液；然后通過磨漿將該“模擬膠粘物”紙漿中的膠粘物轉(zhuǎn)化為微細(xì)膠粘物。圖4給出了制漿后（a）和磨漿后（b）膠粘物的圖像。

圖4　制漿（a）和磨漿（b）后形成的模擬膠粘物

為確保實驗室中制得的模擬膠粘物與回收漿中基本無異，將收集自加拿大東部一家紙廠的MOW樣品與含“模擬膠粘物”的紙漿進行比較。圖5給出了與制漿和磨漿后得到的模擬膠粘物數(shù)量和表面積分布類型的比較情況。

由圖5可見：制漿后模擬紙漿中大塊膠粘物（＞700 μm）的數(shù)量和表面積大于紙廠樣品中的；磨漿后，模擬膠粘物的尺寸分布基本同MOW中的，這表明模擬膠粘物懸浮液可以代表實際回收漿中的膠粘物。

圖6給出了制漿和磨漿后收集的大膠粘物的顯微照片（圖中每張顯微照片上的比例尺代表100 μm）。

由圖6可見，制漿后的膠粘物通常相對較圓，并且比磨漿后的大一些。2種類型膠粘物的顯微照片表明它們是由一大塊膠粘材料組成的，這與附聚得到的膠粘物恰恰相反，后者是通過網(wǎng)絡(luò)多個小顆粒形成的。

圖6　制漿和磨漿后模擬膠粘物的顯微照片

表5　制漿和磨漿后大膠粘物質(zhì)量的變化

由表5可見：制漿后所加入的膠粘劑的96%以上轉(zhuǎn)化為了大膠粘物；磨漿后，這些大膠粘物中的約73%轉(zhuǎn)變成微細(xì)膠粘物，使得模擬紙漿中大膠粘物的含量為27%。膠粘物面積的變化趨勢亦如此。如表6所示（表中“/”左、右數(shù)據(jù)分別為樣品1和樣品2的試驗結(jié)果）。

表6　制漿和磨漿后大膠粘物表面積的變化1）

各模擬膠粘物樣品的日檢表明，就膠粘物面積和數(shù)量而言，隨著時間推移，膠粘物穩(wěn)定性保持不變。

2.5含“模擬膠粘物”的紙漿中微細(xì)膠粘物的附聚

圖7給出了采用煮沸法附聚前、后通過篩選分離得到的大膠粘物。

圖7　通過篩選收集的大膠粘物

顯然，煮沸法是將微細(xì)膠粘物附聚為大膠粘物的一種極為有效的方法。如表5和表6的最后1行所示，附聚后，大膠粘物的質(zhì)量增大2.7～2.9倍，膠粘物面積增大1.5～2.4倍；因此，附聚后的大膠粘物濃度達(dá)到紙漿中添加的膠粘物的約75%。據(jù)估計，紙漿懸浮液中微細(xì)膠粘物的64%～67%附聚為大膠粘物。大膠粘物表面積的檢測表明模擬懸浮液中微細(xì)膠粘物的45%～68%附聚為大膠粘物（表6）；因此，膠粘物表面積變化趨勢同膠粘物數(shù)量的變化趨勢。

圖8給出了附聚后的微細(xì)膠粘物的顯微照片。

圖8　煮沸處理后整個紙漿中附聚后的膠粘物的顯微照片

由圖8可以清楚地看出大膠粘物包含大量被網(wǎng)絡(luò)的微細(xì)膠粘物顆粒。與制漿后和磨漿后收集的大膠粘物（圖6）相比，煮沸附聚后收集的大膠粘物主要是由微細(xì)膠粘物附聚形成的。

2.6P100級分中的微細(xì)膠粘物的附聚

圖9給出了煮沸后P100級分中形成的大膠粘物顆粒（圖中每張顯微照片上的比例尺代表100 μm）。

由圖9可以看出，大膠粘物并非成塊的實心膠粘物，而是許多不同顏色和形狀的微細(xì)膠粘物的團聚體。這一發(fā)現(xiàn)表明，在適當(dāng)條件下，微細(xì)膠粘物可以附聚成大膠粘物。由于每次篩選過程中僅收集了為數(shù)不多的幾塊膠粘物，很難測量膠粘物的質(zhì)量或表面積；因此，與OCC-C試驗結(jié)果一樣，由于所進行的試驗的次數(shù)有限，所以得到的結(jié)果不具有再現(xiàn)性。

圖9　P100級分中由微細(xì)膠粘物附聚形成的大膠粘物的顯微照片

如“試驗”部分中所述，P100級分中的固形物濃度非常低，僅～0.1%；這也許是膠粘物發(fā)生附聚的程度較低的原因之一。膠粘物數(shù)量少、懸浮液濃度低限制了膠粘物之間的接觸。另一種可能的解釋是，整個紙漿懸浮液中大膠粘物的出現(xiàn)有利于煮沸過程中微細(xì)膠粘物的附聚。煮沸試驗過程中，微細(xì)膠粘物可能更容易附著在較大膠粘物顆粒上（煮沸過程為膠粘物之間的接觸提供了更大表面積）。

3　結(jié)論

通過在量化大膠粘物前煮沸回收漿或含有模擬膠粘物的紙漿開發(fā)了一種附聚微細(xì)膠粘物的新方法。在附聚處理前、后測定大膠粘物的量，二者差值即為微細(xì)膠粘物的量。該方法對于測量9份紙廠紙漿樣品和2份紙機白水中的初級微細(xì)膠粘物非常有效。試驗表明，通過煮沸整個紙漿懸浮液，紙廠紙漿樣品中的微細(xì)膠粘物可以附聚成大膠粘物。最佳附聚條件為：紙漿濃度1%，邊加熱邊以250 r/min的速度攪拌，加熱時間為45 min，之后保持在沸騰狀態(tài)60 min，然后在室溫下冷卻3 h。聚丙烯酸酯型微細(xì)膠粘物對煮沸附聚法的響應(yīng)性最佳。

為弄清楚煮沸法是如何有效地使微細(xì)膠粘物附聚為大膠粘物的，開發(fā)了一種制備其中微細(xì)膠粘物和大膠粘物數(shù)量已知的“模擬膠粘物”紙漿的方法。使用模擬膠粘物懸浮液證明煮沸法是將微細(xì)膠粘物附聚為大膠粘物的一種極為有效的方法，附聚率高達(dá)70%。由顯微照片可以清楚地看出煮沸處理后收集的大膠粘物主要是由微細(xì)膠粘物附聚形成的。

廢紙回收利用廠可以利用該方法測量紙漿和白水樣品中的微細(xì)膠粘物含量。

（馬倩倩編譯）