脱墨用表面活性剂起泡性及其泡沫稳定性的研究

杨洋，曹云峰

（南京林业大学江苏省制浆造纸重点实验室，江苏南京210037）

脱墨用表面活性剂起泡性及其泡沫稳定性的研究

杨洋，曹云峰

（南京林业大学江苏省制浆造纸重点实验室，江苏南京210037）

该文对脱墨用表面活性剂的起泡性进行了研究，通过泡沫测定仪测得15种表面活性剂单组分起泡能力及其泡沫稳定性，起泡能力由高到低为：AEC-7-Na>AEC-9-Na>AEO 12>AES>NP-10> OP-10>AEO 20>SAS>T-80>ABS>AOS>APG>JFC>S-80，AS。通过双组分复配，阴离子表面活性剂复配起泡能力由高到低为：AES>SAS>AEC-9-Na>AEC-7-Na>AOS>ABS，非离子表面活性剂复配起泡能力由高到低为：JFC>AEO 12>NP-10>T-80>AEO 20>OP-10>APG>S-80，其中以JFC的复配性能最为优秀。

脱墨剂；起泡性；泡沫稳定性

废纸脱墨剂的主要成分是表面活性剂。在浮选法脱墨中所用的表面活性剂以起泡性强、捕集性强的表面活性剂为主，它们能使从纤维上脱离的油墨粒子聚集在一起形成粒径为10～150μm的颗粒，并赋予这些聚团以憎水性表面[1]。在浮选过程中，这些较大的油墨颗粒会吸附到脱墨剂产生的泡沫上，浮出液体表面，从而得以除去。油墨粒子黏附在气泡上形成泡沫后，泡沫的稳定性非常重要，如果不稳定，则将大大影响到浮选的脱墨效果[2]，但若过于稳定又会对后续造纸产生不利影响。同时，浮选中泡沫较小、增加通气量可增大空气和液体接触面积和气体停留时间，从而提高脱墨率[3-4]。因此，表面活性剂的起泡性和泡沫稳定性是废纸浮选脱墨效果的一个重要影响因素。

本论文在15种单一表面活性剂中，选择出单一起泡能力较强的阴离子表面活性剂与起泡能力较强的非离子表面活性剂进行复配，获得了最优的复配组合。

1 实验

1.1 试剂与仪器

1.1.1 试剂

7个环氧乙烷聚合度的脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠（AEC-7-Na），9个环氧乙烷聚合度的脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠（AEC-9-Na）；均为青岛长兴化工有限公司生产。

12个环氧乙烷聚合度的脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO 12），20个环氧乙烷聚合度的脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO 20），脂肪醇聚氧乙烯醚（JFC），脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐（AES），失水山梨醇酯聚氧乙烯醚（T-80），失水山梨醇酯（S-80），辛基酚聚氧乙烯醚（OP-10），壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10），烷基多糖苷（APG），十二烷基苯磺酸钠（ABS），α-烯基磺酸盐（AOS），十二烷基磺酸钠（SAS）和烷基磺酸钠（AS）；均为南京栖霞山印染助剂厂生产。

1.1.2 仪器

SX 09-Ⅰ型便携式消泡剂性能测定仪，南京四新科技应用研究所有限公司。

1.2 实验方法

阴离子表面活性剂具有很好的去油污性能和起泡性，非离子表面活性剂一般在较低的浓度下就有很好的乳化、分散及捕集性能，其临界胶束浓度比较低，而且不受水的硬度的影响[5]。实验首先测定单一表面活性剂的起泡性能，分别获得阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂起泡性的大小顺序；然后综合考虑各因素如捕集性和起泡性，分别选择出起泡性能好的阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂进行复配，并分别测定这些体系的起泡性和泡沫稳定性，得到有良好协同性的2组分复配体系。

实验将试样分别配成500mL一定浓度的溶液。每次取出200 mL润洗测试仪器，后加入剩下的300 mL溶液。加热待测液到40℃并保温，将流量调节到合适位置，打开开关，8min后（工厂大多的浮选时间为8 min，因此选择8 min更具实际意义），记下泡沫的高度，即为泡沫最大体积V。关闭流量开关，每隔3 min记录泡沫体积：V1为3 min后泡沫体积，V2为6min后泡沫体积，V3为9 min后泡沫体积。

1.3 泡沫起泡性及稳定性的测定

在刻度量筒中事先放置一定量的待测溶液，然后将待测溶液从一定高度以一定的流速流到量筒中，溶液与液面碰撞，混入气体，产生泡沫，以测量得到的泡沫体积作为发泡力的量度，以一段时间后的泡沫体积来表示该体系的泡沫稳定性。本实验采用SX 09-Ⅰ型便携式消泡剂性能测定仪，测定原理同罗斯-米尔（Ross-Miles）法和改进Ross-Miles法[6]。

2 结果与讨论

2.1 单一表面活性剂的起泡性能

由于仪器的最大量程为400mL，所以当泡沫过多而超过400mL时，记为“溢出”。实验条件为t=40℃、流量7 L/min、pH=6～7（即不加酸、碱缓冲液的原液）。表1为单一非离子表面活性剂的起泡性能。

表1 单一非离子表面活性剂的起泡性能mL

从表1可以得到，非离子表面活性剂的起泡能力由高到低为：AEO 12＞NP-10＞OP-10＞AEO 20＞T-80＞APG＞JFC＞S-80。

表2为单一阴离子表面活性剂的起泡性能。

从表2可得到，阴离子表面活性剂的起泡能力由高到低为：AEC-7-Na＞AEC-9-Na＞AES＞SAS＞ABS＞AOS＞AS。

从表1和表2可得到单一组分表面活性剂起泡能力的排序：AEC-7-Na＞AEC-9-Na＞AEO 12＞AES＞NP-10＞OP-10＞AEO 20＞SAS＞T-80＞ABS＞AOS＞APG＞JFC＞S-80，AS。

表2 单一阴离子表面活性剂的起泡性能mL

AEC-7-Na的起泡性强于AEC-9-Na的起泡性，AEC的分子式为RO（CH2CH2O）nCH2COONa。随着环氧乙烷（EO）聚合数目的增加，起泡性略微减弱。同样，AEO 12的起泡性能优于AEO 20的起泡性。AEO的分子式为RO—（CH2CH2O）n—H，随着环氧乙烷（EO）聚合数目的增加，起泡性明显减弱。而AEO系列与JFC系列有着同样的结构式，都属于脂肪醇聚氧乙烯醚，但是由于AEO系列（R=C 12～C 14）和JFC系列（R=C 8～C 10，n=4～6），RO—（CH2CH2O）n—H中的R中的碳原子数不同和环氧乙烷基团的聚合数目不同，导致AEO具有非常优越的起泡性，而JFC起泡性很弱，却具有非常良好的渗透性。APG的起泡性较差。总的来说，阴离子表面活性剂的起泡性优于非离子表面活性剂。

2.2 阴离子/非离子表面活性剂复配的起泡性能

阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂有良好的协同性，这主要是由于非离子表面活性剂分子中的氧原子在水溶液中部分质子化，带有弱正电性，因而与阴离子表面活性剂有一定的电性相互作用，体现出更优异的协同性能[7]。同时由于阴离子表面活性剂的起泡能力和非离子表面活性剂的捕集性能的互补作用，在浮选中选用阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配是非常有效的。

双组分复配的实验条件为t=40℃、流量7 L/min、pH=6～7、药品质量配比为1∶1，同时配比的量以2组分中给定的最低浓度为基准进行1∶1复配。如AOS与AEO 12复配体系，即取w（AEO 12）=5×10-6与w（AOS）=5×10-6进行复配，最小测定的质量分数为10×10-6。这样为了方便观察气泡性能的变化情况，同时防止出现溢出情况。

表3为阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配体系的起泡性能。表中横向栏头中的“×2”下方这列数据为竖向栏头中所有非离子表面活性剂分别以2倍的浓度与横向栏头中的阴离子表面活性剂复配后的实验结果。而竖向栏头中的“×2”右侧的这行数据为横向栏头的所有阴离子表面活性剂分别以2倍的浓度与竖向栏头的非离子表面活性剂复配后的实验结果。这样便于与复配后、以及空白样的起泡性进行更直观的比较。

表面活性剂复配产生的复合效应有3种形式：（1）相乘型，即复合体系的性能优于其组成的各单一组分的性能，或者产生了其他新的性能，则产生了复合效应，有协同增效性能；（2）相补型，即复合体系的性能以各组分单一性能之和出现，弥补了各自欠缺的性能，则同样产生了复合效应；（3）相抗型，即复合体系的某些性能差于单一组分的性能，甚至失去一些性能，则认为产生了相抗作用[8]。

从表3可以看出，AES、SAS与非离子表面活性剂复配后起泡性较好，其中AES、SAS与非离子表面活性剂复配后泡沫量在一定程度上增加。如AES与AEO 12复配，AEO 12的起泡性比AES好，在其质量分数为10×10-6时AEO 12的起泡体积250mL，复配后体积为295mL，起泡量增加，产生相乘型复合效应。由于AEC-7-Na、AEC-9-Na的单组分起泡性能非常优越，在加入其他起泡性能远远不如自身的活性剂后，泡沫量增加较少或者有部分减少，但复合体系增强了捕集性能，产生相补型复合效应。AOS、ABS与非离子表面活性剂复配后起泡量变化不大。将阴离子表面活性剂复配能力进行排序得：AES＞SAS＞AEC-9-Na＞AEC-7-Na＞AOS＞ABS。复配能力强，说明适宜与其他表面活性剂进行复配，可获得相乘型复配效果。

表3 阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配体系的起泡性能mL

从非离子表面活性剂的角度来看，JFC、OP-10、T-80和AEC 20的复配性能较为优秀，其中以JFC最为杰出，单独的JFC起泡性非常差，而当JFC与阴离子表面活性剂复配后，起泡量有时可成倍增加，远超单组分的泡沫量，这为相乘型效应；同时，JFC有良好的渗透分散能力。这样复配出的脱墨剂可以集渗透、分散、捕集和起泡于一身，其不失为一个良好的复配成分。同时发现，所有的阴离子表面活性剂与S-80复配后，起泡量大大降低，有的甚至不起泡，这可能是因为S-80的乳化能力太强，导致难以产生泡沫，以及泡沫不稳定迅速破裂，从而产生相抗型复合效应。由此可知，S-80不适合应用于浮选脱墨剂的配方中。将非离子表面活性剂复配能力进行排序得：JFC＞AEO 12＞NP-10＞T-80＞AEO 20＞OP-10＞APG＞S-80。

同时从表3可得出，非离子表面活性剂JFC、AEO 12和T-80分别与阴离子表面活性剂AES、AEC-9-Na和SAS复配的9组组合，在脱墨过程中不仅有协同作用，而且复配后起泡性较为优秀，实验对筛选出的这9组配方进行研究，观察其泡沫稳定性，见表4。

从表4可以看出，JFC+AES/AEC-9-Na/SAS等3个配方具有极好的起泡性能；JFC虽然有良好的复配起泡性，但泡沫稳定性较差，在3 min后泡沫全部消去。因此，在实际生产中如出现白水池泡沫过多，可以在配方中添加适量JFC，降低泡沫稳定性，使得泡沫在短时间消除。AEO 12复配后泡沫较稳定。

表4 双组分配方的泡沫稳定性mL

3 结论

废纸脱墨是一个复杂的物理化学过程，气泡是决定浮选脱墨效率的一个重要因素。通过对各表面活性剂起泡性和泡沫稳定性的测试，可帮助解决脱墨过程中产生的一些问题具有指导意义。

（1）通过对15种表面活性剂的实验，可以得出单一组分起泡能力由高到低为：AEC-7-Na＞AEC-9-Na＞AEO 12＞SAS＞NP-10＞OP-10＞AEO 20＞T-80＞AOS＞ABS＞APG＞JFC＞S-80，AS。

（2）通过阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂双组分复配体系实验得出：阴离子表面活性剂复配能力由高到低为：AES>SAS>AEC-9-Na>AEC-7-Na> AOS>ABS；非离子表面活性剂复配能力由高到低为：JFC>AEO 12>NP-10>T-80>AEO 20>OP-10>APG> S-80。其中以JFC最为杰出，单独的JFC起泡性非常差，而当JFC与阴离子表面活性剂复配后，起泡量有时可成倍增加，远超单组分的泡沫量，但泡沫稳定性较差。同时，S-80由于单组分和复配的起泡性太差不适宜做浮选脱墨剂。JFC/AEO 12/T-80+AES/ AEC-9-Na/SAS等9种复配是非常优秀的复配组合，并且JFC+AES/AEC-9-Na/SAS等3个配方具有极好的起泡性能。

［1］刘秉钺，韩颖.再生纤维与废纸脱墨技术［M］.北京：化学工业出版社，2005：164.

［2］陈嘉翔.浮选脱墨时泡沫稳定性及其带走纤维和填料的问题［J］.中华纸业，2007，26（2）：31-34.

［3］JD Lindsay，SM Ghiaasiaan，S IAbdel-Khalik.Macroscopic flow structures in a bubbling paper pulp-water slurry［J］.Ind Eng Chem Res，1995（34）：3342-3354.

［4］C A Hardie，CO Gomez，JA Finch.A venturi aerated column cell for deinking：effect of design and operating parameters［J］.Prog Pap Recycle，1999，8（4）：33-41.

［5］王峥，胡惠仁.表面活性剂在废纸脱墨中的应用［J］.造纸化学品，2003，15（2）：23-25.

［6］全国表面活性剂洗涤用品标准化中心表面活性剂和洗涤剂国际标准汇编［M］.北京：中国轻工业出版社，1996：36-41.

［7］陈伟章，徐国财，章建忠，等.负荷表面活性剂溶液体系的超起泡性能研究［J］.精细与专用化学品，2007，15（3/4）：21.

［8］周凤山.泡沫性能研究［J］.油田化学，1989，6（3）：267-271.

Study on Foaming Abilitiesand Foam Stabilitiesof Deinking Surfactants

YANG Yang，CAO Yun-feng
（Jiangsu Provincial Key Lab of Pulp and Paper Science and Technology，Nanjing University of Forestry，Nanjing 210037，China）

The foaming abilities of deinking surfactants were investigated in this paper.By measuring the foaming abilities and foam stabilities of 15 different surfactants using foam meter，the sequence of the foaming abilities of those surfactants from high to low was determined as follows：AEC-7-Na>AEC-9-Na>AEO 12>AES>NP-10>OP-10> AEO 20>SAS>T-80>ABS>AOS>APG>JFC>S-80，AS.When anionic surfactant was used together with nonionic surfactant，the foaming abilities of anionic surfactants from high to low was：AES>SAS>AEC-9-Na>AEC-7-Na> AOS>ABS while the foaming abilities of non-ionic surfactants was：JFC>AEO 12>NP-10>T-80>AEO 20>OP-10> APG>S-80，where JFC showed the best synergistic performance.

deinking-agent；foaming ability；foam stability

book=2,ebook=30

TS749.7

A 文献标识码：1007-2225（2010）01-0011-05

杨洋先生（1987-），在读研究生；研究方向：制浆造纸；E-mail：czqjyangyang@163.com。

曹云峰先生，博士生导师；研究领域：制浆造纸与清洁生产；E-mail：yunfcao@163.com。

2009-12-01（修回）

江苏省制浆造纸科学与技术重点实验室开放基金（200916）

本文文献格式：杨洋，曹云峰.脱墨用表面活性剂起泡性及其泡沫稳定性的研究[J].造纸化学品，2010，22（1）：11-14，20.