激光打印紙的中性脫墨技術(shù)研究

激光打印紙的中性脫墨技術(shù)研究

對(duì)自制中性脫墨劑在激光打印紙中的脫墨效果進(jìn)行了研究。在最優(yōu)條件下，采用自制中性脫墨劑GWT的脫墨效率可達(dá)93%。該脫墨劑主要成分為陰離子型和非離子型表面活性劑以及無(wú)機(jī)鹽。脫墨最佳條件為：GWT用量為2%（對(duì)絕干紙），碎漿濃度為10%～20%，碎漿溫度為60℃，碎漿時(shí)間為25 min，熟化時(shí)間為20 min，浮選濃度和時(shí)間分別為0.8%和10 min。與傳統(tǒng)堿法脫墨相比，中性脫墨由于廢水CODCr和化學(xué)品用量較低，因此有利于降低生產(chǎn)成本和減輕環(huán)境污染。

1 概述

二次纖維原料的來(lái)源不同，其性能也有所差異。因此，很多針對(duì)不同紙種的環(huán)境友好的脫墨技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。近期，中性脫墨技術(shù)得到了廣泛的研究。中性脫墨技術(shù)中無(wú)需添加堿性化學(xué)品，如NaOH和Na2SiO3。這樣一方面可以降低脫墨成本，改善脫墨效率，簡(jiǎn)化脫墨流程；另一方面還可降低廢水中CODCr，利于環(huán)境保護(hù)。

由于油墨特性的顯著差異，用于激光打印紙的脫墨劑與傳統(tǒng)脫墨劑也有所不同。用于激光打印油墨中的膠粘劑采用了苯乙烯-丙烯酸和聚酯樹(shù)脂，油墨粒子在高溫下與紙張表面纖維結(jié)合，因此在堿性條件下很難使油墨與纖維分離。激光打印紙的脫墨機(jī)理是：采用中性脫墨劑時(shí)，在溫度和漿濃較高時(shí)，油墨粒子碎解成小顆粒，進(jìn)而在后續(xù)的浮選段去除。

本研究采用實(shí)驗(yàn)室自制的中性脫墨劑GWT在中性條件下對(duì)激光打印紙的脫墨效果進(jìn)行了探索。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 原料

廢舊未涂布激光打印紙，定量70 g/m2。未脫墨漿白度為77.8%。自制中性脫墨劑GWT，主要成分為陰離子型和非離子型表面活性劑，無(wú)機(jī)鹽等，有效成分含量為20%。

2.2 方法

脫墨劑首先溶解在溫度為60℃的熱水中形成均一乳液，然后添加至中濃碎漿機(jī)。將激光打印紙剪成15 mm×15mm的碎片后添加到碎漿機(jī)中，濃度為10%～12%，碎漿時(shí)間為20～30min。在碎漿機(jī)進(jìn)行的中性脫墨實(shí)驗(yàn)不添加堿性化學(xué)品，如NaOH和Na2SiO3。然后，漿料經(jīng)過(guò)熟化處理后，進(jìn)入浮選槽。浮選濃度固定為0.8%，改變處理時(shí)間考察其對(duì)漿料的影響。測(cè)定浮選溢流廢水的CODCr，且采用快速紙頁(yè)成形器抄造手抄片。對(duì)手抄片進(jìn)行恒溫恒濕處理［溫度（23±1）℃，相對(duì)濕度（50%±2%）］后，測(cè)定手抄片的光學(xué)和強(qiáng)度性能。

2.3 脫墨效率

脫墨效率是評(píng)價(jià)脫墨流程和脫墨劑效果的重要參數(shù)。脫墨漿中油墨量的相關(guān)參數(shù)涉及到總油墨濃度、游離油墨濃度以及殘余油墨濃度，三者的關(guān)系為：

式中：Ct為總油墨的濃度，mg/kg；Cf為游離油墨濃度，mg/kg；Cr為殘余油墨濃度，mg/kg。

游離油墨粒子主要分布在纖維表面，這部分油墨通過(guò)多段脫墨較易去除。然而，殘余油墨粒子，如微米級(jí)或納米級(jí)的油墨粒子，其尺寸小于1μm，分布于纖維細(xì)胞腔中或纏在纖維表面，這部分油墨粒子很難去除。通過(guò)測(cè)定每段流程的總油墨粒子濃度和殘余油墨粒子濃度以評(píng)價(jià)脫墨效率。

經(jīng)過(guò)碎解之后的漿料為樣品A，經(jīng)過(guò)浮選后的漿料為樣品B。在樣品A中添加硫酸鋁使油墨沉積在纖維表面，采用LCA殘余油墨掃描儀測(cè)定樣品A的油墨覆蓋率（FA）。采用同樣的方法測(cè)定樣品B的油墨覆蓋率（FB）。根據(jù)以下公式，評(píng)價(jià)自制脫墨劑的脫墨效率：

脫墨效率（油墨去除率）=（FA-FB）/FA×100

3 分析與討論

3.1 脫墨劑用量的影響

3.1.1 脫墨劑用量對(duì)手抄片白度和脫墨效率的影響通過(guò)添加不同用量的GWT評(píng)價(jià)其對(duì)手抄片白度和脫墨效率的影響。圖1和圖2分別為GWT用量（相對(duì)于絕干廢紙質(zhì)量，下同）對(duì)手抄片白度和脫墨效率的影響。實(shí)驗(yàn)條件為：激光打印紙質(zhì)量為50 g，未處理漿料的白度為77.8%，碎漿時(shí)間30 min，熟化時(shí)間20min，浮選時(shí)間10min，浮選溫度50℃。

圖1 GWT用量對(duì)手抄片白度的影響

圖2 GWT用量對(duì)脫墨效率的影響

如圖1和圖2所示，當(dāng)GWT用量低于2.0%時(shí)，隨著用量的提高，手抄片白度和脫墨效率都有顯著提高。當(dāng)用量高于2.0%時(shí)，手抄片白度和脫墨效率有輕微下降。當(dāng)用量為2.0%時(shí)，GWT對(duì)油墨顆粒分散作用最佳，使得游離油墨去除率達(dá)到最高。

3.1.2 脫墨劑用量對(duì)手抄片強(qiáng)度性能的影響

圖3和圖4分別為GWT用量對(duì)手抄片抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)的影響。

圖3和圖4表明，GWT用量對(duì)手抄片抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)影響不大。這是因?yàn)樽灾泼撃珓〨WT的主要作用是將纖維表面油墨去除，并通過(guò)與油墨膠粘劑反應(yīng)，使其不再沉積在纖維上，因此對(duì)纖維強(qiáng)度和纖維結(jié)合強(qiáng)度可能沒(méi)有影響。

3.2 碎漿時(shí)間的影響

3.2.1 碎漿時(shí)間對(duì)手抄片白度和脫墨效率的影響

碎漿時(shí)間對(duì)手抄片白度和脫墨效率的影響分別如圖5和圖6所示。此實(shí)驗(yàn)GWT用量采用2.0%，其他實(shí)驗(yàn)條件與3.1.1相同。

圖3 GWT用量對(duì)手抄片抗張指數(shù)的影響

圖4 GWT用量對(duì)手抄片撕裂指數(shù)的影響

由圖5和圖6可見(jiàn)，手抄片白度和脫墨效率均隨著碎漿時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，當(dāng)碎漿時(shí)間在25 min以后，白度和脫墨效率趨于平緩。這是因?yàn)樗闈{過(guò)程中在所產(chǎn)生的機(jī)械作用和GWT與油墨粒子的化學(xué)作用下，油墨粒子發(fā)生破碎并分散于紙漿懸浮液中，浮選過(guò)程可去除這些游離的油墨粒子，進(jìn)而提高了手抄片白度和脫墨效率。在較高的GWT濃度下，延長(zhǎng)碎漿時(shí)間有利于油墨的分散和后續(xù)的浮選脫墨；然而，過(guò)長(zhǎng)的碎漿時(shí)間可能會(huì)導(dǎo)致油墨粒子重新吸附在纖維表面，從而會(huì)降低手抄片白度和脫墨效率。

3.2.2 碎漿時(shí)間對(duì)手抄片強(qiáng)度性能的影響

延長(zhǎng)碎漿時(shí)間可獲得良好的漿料分散效果和油墨去除率，但卻會(huì)降低手抄片的強(qiáng)度性能。這主要是因?yàn)樗闈{過(guò)程會(huì)使纖維發(fā)生破壞變形，這在本實(shí)驗(yàn)所用的高濃（10%）碎漿條件下尤為明顯。因此，合理的碎漿時(shí)間對(duì)于提高脫墨效率、保留成紙強(qiáng)度尤為重要。圖7和圖8顯示了碎漿時(shí)間對(duì)手抄片強(qiáng)度性能的影響。

圖5 碎漿時(shí)間對(duì)手抄片白度的影響

圖6 碎漿時(shí)間對(duì)脫墨效率的影響

圖7 碎漿時(shí)間對(duì)手抄片抗張指數(shù)的影響

圖8 碎漿時(shí)間對(duì)手抄片撕裂指數(shù)的影響

圖9 碎漿濃度對(duì)手抄片白度的影響

圖10 碎漿濃度對(duì)手抄片脫墨效率的影響

由圖7和圖8可見(jiàn)，當(dāng)碎漿時(shí)間在30 min以前，隨著碎漿時(shí)間的增加，手抄片的物理強(qiáng)度有所下降，碎漿30min后強(qiáng)度性能趨于穩(wěn)定。綜合考慮手抄片白度、強(qiáng)度性能以及脫墨效率，碎漿時(shí)間在25min比較合適。

3.3 碎漿濃度的影響

3.3.1 碎漿濃度對(duì)手抄片白度和脫墨效率的影響

碎漿濃度對(duì)手抄片白度和脫墨效率的影響分別見(jiàn)圖9和圖10。實(shí)驗(yàn)條件為：GWT用量2%，碎漿時(shí)間25 min，熟化時(shí)間20 min，浮選時(shí)間10 min，浮選溫度為50℃。

由圖9和圖10可見(jiàn)，當(dāng)碎漿濃度為12%時(shí)，手抄片白度和脫墨效率可達(dá)最佳。適當(dāng)提高碎漿濃度可改善脫墨劑和油墨粒子的有效接觸，從而提高了反應(yīng)速率；然而，碎漿濃度過(guò)高將對(duì)GWT和油墨粒子產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致紙張白度和脫墨效率降低。

3.3.2 碎漿濃度對(duì)手抄片強(qiáng)度性能的影響

碎漿濃度對(duì)手抄片強(qiáng)度性能的影響結(jié)果如圖11和圖12所示。

由圖11和圖12可見(jiàn)，當(dāng)碎漿濃度達(dá)到12%時(shí)，手抄片物理強(qiáng)度性能達(dá)到最佳，碎漿濃度超過(guò)12%后，手抄片強(qiáng)度性能稍有下降。綜合考慮，碎漿濃度在10%～12%時(shí)較為合適。

圖11 碎漿濃度對(duì)手抄片抗張指數(shù)的影響

圖12 碎漿濃度對(duì)手抄片撕裂指數(shù)的影響

圖13 碎漿溫度對(duì)手抄片白度的影響

圖14 碎漿溫度對(duì)脫墨效率的影響

圖15 碎漿溫度對(duì)手抄片抗張指數(shù)的影響

圖16 碎漿溫度對(duì)手抄片撕裂指數(shù)的影響

3.4 碎漿溫度的影響

圖13～16分別顯示了碎漿溫度對(duì)手抄片白度、脫墨效率和強(qiáng)度性能的影響。實(shí)驗(yàn)條件如下：GWT用量為2%，碎漿時(shí)間25 min，碎漿濃度10%，熟化時(shí)間20 min，浮選時(shí)間10min和浮選溫度50℃。

由圖13～16可見(jiàn)，當(dāng)碎漿溫度從20℃升高至60℃時(shí)，手抄片白度和脫墨效率分別提高5.53和24.48百分點(diǎn)，同時(shí)成紙強(qiáng)度性能也有所改善。由于脫墨劑GWT中的化學(xué)成分對(duì)溫度較為敏感，因此在實(shí)際應(yīng)用中，較高的碎漿溫度有利于獲得更佳的脫墨效果。但是，考慮到設(shè)備的適應(yīng)性，碎漿溫度應(yīng)控制在60℃之內(nèi)。

3.5 熟化時(shí)間的影響

經(jīng)過(guò)脫墨處理后，研究熟化時(shí)間對(duì)手抄片白度和脫墨效率的影響。圖17和圖18分別顯示了熟化時(shí)間對(duì)手抄片白度和脫墨效率的影響。實(shí)驗(yàn)條件如下：GWT用量2%，碎漿時(shí)間25 min，碎漿濃度10%，碎漿溫度60℃，浮選時(shí)間10 min，浮選溫度50℃。

圖17 熟化時(shí)間對(duì)手抄片白度的影響

圖18 熟化時(shí)間對(duì)脫墨效率的影響

由圖17和圖18可見(jiàn)，在熟化時(shí)間20min之前，手抄片白度和脫墨效率隨熟化時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，20 min后，均有所下降。因此，熟化時(shí)間確定為20min。

3.6 浮選時(shí)間的影響

圖19和圖20分別顯示了浮選時(shí)間對(duì)手抄片白度和脫墨效率的影響。實(shí)驗(yàn)條件如下：GWT用量為2%，碎漿時(shí)間25 min，碎漿濃度10%，碎漿溫度60℃，熟化時(shí)間20min，浮選溫度50℃。

圖19 浮選時(shí)間對(duì)手抄片白度的影響

圖20 浮選時(shí)間對(duì)脫墨效率的影響

由圖19和圖20可見(jiàn)，手抄片白度和脫墨效率隨浮選時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，在浮選最初10min內(nèi)，手抄片白度和脫墨效率迅速提高，而后增速減慢，因此浮選最佳時(shí)間確定為10min。

3.7 中性脫墨與堿性脫墨效果對(duì)比

采用傳統(tǒng)堿性脫墨方法與自制GWT脫墨劑的中性脫墨方法的化學(xué)品用量和實(shí)驗(yàn)參數(shù)的比較分別見(jiàn)表1和表2。

表1 中性脫墨與堿性脫墨所用化學(xué)品用量比較%

表2 中性脫墨與堿性脫墨實(shí)驗(yàn)參數(shù)比較

中性脫墨與堿性脫墨對(duì)手抄片白度和脫墨效率的影響見(jiàn)圖21。

由圖21可見(jiàn)，采用中性脫墨得到的手抄片白度和脫墨效率優(yōu)于傳統(tǒng)堿性脫墨方法所得手抄片。

成紙強(qiáng)度性能方面，采用中性脫墨的手抄片的撕裂指數(shù)低于堿性脫墨，但抗張指數(shù)優(yōu)于堿性脫墨，如圖22和圖23所示。

圖21 中性脫墨與堿性脫墨對(duì)手抄片白度和脫墨效率的影響

圖22 中性脫墨與堿性脫墨對(duì)成紙撕裂指數(shù)的影響

圖23 中性脫墨與堿性脫墨對(duì)成紙抗張指數(shù)的影響

重要的是，采用中性脫墨后溢流出廢水的CODCr約為傳統(tǒng)堿性脫墨的一半，如圖24所示。

圖24 中性脫墨與堿性脫墨對(duì)廢水CODCr的影響

采用中性脫墨時(shí)，廢水中CODCr的降低有利于減輕環(huán)境污染；同時(shí)，由于不采用堿性脫墨所用的化學(xué)品，如NaOH和Na2SiO3，使得操作工藝得到簡(jiǎn)化。因此，中性脫墨不僅可減少化學(xué)品用量，同時(shí)還有利于減輕傳統(tǒng)堿性脫墨后漿料顏色變深的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

采用實(shí)驗(yàn)室自制GWT中性脫墨劑用于激光打印紙脫墨，并評(píng)價(jià)了使用效果。結(jié)果表明，當(dāng)GWT用量為2%，碎漿濃度為10%～20%，碎漿溫度為60℃，碎漿時(shí)間為25 min，熟化時(shí)間為20 min，浮選濃度為0.8%，浮選時(shí)間為10 min時(shí)，脫墨效率可達(dá)93%。

采用中性脫墨方法制備的手抄片的白度、脫墨效率和抗張指數(shù)均優(yōu)于傳統(tǒng)堿性脫墨方法。但是，撕裂指數(shù)卻低于傳統(tǒng)堿性脫墨得到的手抄片。

中性脫墨方法有利于降低生產(chǎn)成本和廢水CODCr。這主要是因?yàn)橹行悦撃椒p少了化學(xué)品用量，尤其是堿性化學(xué)品的用量，從而可減輕環(huán)境污染。

（至將躁止編譯）