脱墨浆不透明度对ERIC的影响及修正

2014-07-24赵媛媛李友明武书彬卢宝荣

中国造纸 2014年2期

关键词：散射系数制浆废纸

程皓赵媛媛徐嵘刘超李友明武书彬,* 卢宝荣陈曦

(1.华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广东广州， 510640；2.中国制浆造纸研究院，北京，100102)

·脱墨浆ERIC·

脱墨浆不透明度对ERIC的影响及修正

程皓1赵媛媛1徐嵘1刘超1李友明1武书彬1,*卢宝荣2陈曦2

(1.华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广东广州， 510640；2.中国制浆造纸研究院，北京，100102)

有效残余油墨浓度；不透明度；光散射系数

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

检测各工序浆料的有效残余油墨浓度(effectiveresidualinkconcentration，简称ERIC)是评价废纸浆生产线中的某个脱墨设备或整个生产工艺脱墨效果的重要手段[1-2]。ERIC的测量利用了Jordan和Popson开发的近红外反射技术[3]，并已形成标准化的检测方法，如美国的TAPPIT567OM- 09、GB/T20216—2006[4-5]。根据标准测量浆料的ERIC需输入以下参数：试样的定量(w)、在有效波长(950±5)nm的单层反射因数(R0)和内反射因数(R∞)。GB/T20216—2006ERIC的测定中对待测试样提出了以下要求：①试样的油墨和定量在三维空间内分布均匀；②试样在波长950nm下的不透明度应不超过97%。

但是在浆片制备的过程中存在如下问题：①定量过低，浆片匀度不好，当定量低于50g/m2，浆片成形有难度；②对于某些工段的浆样，即使浆片定量低于55g/m2，也不能满足GB/T20216—2006所要求的“试样在波长950nm下的不透明度应不超过97%”。

为了解决以上问题，本实验研究了脱墨浆在不透明度高于97%时，如何保证ERIC测量值有较低误差。本实验选取废纸制浆过程的不同工段的旧报纸(ONP)浆和混合办公废纸(MOW)浆，测定其ERIC，并记录单层反射因数R0和内反射因数R∞，根据R0和R∞的范围，用Matlab软件对ERIC计算公式进行分析，给出不透明度超过97%时，ERIC计算的修正方法。

1 实验

1.1 实验原料

ONP浆：取自广州某新闻纸厂脱墨浆生产线；MOW浆：取自东莞某纸厂。

1.2 实验仪器

DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱；1600型半自动纸页成形器；TECHNIDYNEColorTouchPC型残余油墨测定仪。

1.3 实验方法

1.3.1 测定浆浓

根据国家标准GB/T5399—2004测定纸浆浓度。

1.3.2 抄片

按照国家标准GB/T24324—2009[6]，分别抄造60、70、80、90、100g/m25种不同定量的浆片,每种定量抄造3个平行样。

1.3.3ERIC的测定

按照国家标准GB/T20216—2006测定ERIC，并记录仪器的直接测量值R0和R∞。

2 结果与讨论

2.1ONP浆前浮选前后不同定量浆片的不透明度

表1 ONP浆前浮选前后浆片的正面不透明度(950 nm)

由表1可见，对于此生产线的浮选前浆片，即使定量为55.3 g/m2，浆片在950 nm下的不透明度依然高于97%，未能达到GB/T 20216—2006的要求。但如果再降低定量，游离油墨流失严重，影响结果判断，且浆片成形将变得困难，浆片匀度较差。

2.2 ERIC测定原理分析

基于Kubelka-Munk理论，光散射系数(S)、光吸收系数(K)与单层反射因数(R0)和内反射因数(R∞)有以下关系，见式(1)和式(2)[7]。

(1)

(2)

式中，K为光吸收系数，m2/kg；S为光散射系数，m2/kg；w为定量，g/m2；R0为单层反射因数，以小数表示；R∞为内反射因数，以小数表示。

(3)

式中，ERIC为有效残余油墨浓度，mg/kg；Ksheet为纸张的光吸收系数，m2/kg；Kink为油墨的光吸收系数，m2/kg。

由式(1)～式(3)可以看出，ERIC与不透明度有关。Vahey DW等人[8]提出当试样的不透明度接近或者超过97%时，光散射系数S具有很大的变异系数，此时所带来的测量误差会被式(3)放大，甚至会超过50%。因此有必要对S进行修正，以保证测量误差在合理范围内。此外，当不透明度为100%时，式(1)无意义，此时ERIC不可测。

2.3 修正方法及分析

(4)

则式(1)转变为：

(5)

2.3.1ONP浆

ONP浆的取样点分别为：粗浆塔出浆、前浮选进口、前浮选出口、热分散入口、后浮选进口、后浮选出口、成浆池出口；浆片定量约为60、70、80、90、100g/m2，过滤网筛分别为80、120、150、300、400目，各种实验条件组合，抄造了525张浆片，测定每张浆片表面和网面的ERIC，并记录R0、R∞，共计1050组数据。

对以上数据中的R0和R∞排序，得出R0和R∞的变化范围为：R0∈[0.46，0.63]，R∞∈[0.57，0.74]。通过Matlab软件，画出式(4)中α值随着R0和R∞变化的三维函数图像(见图1)。

图1 ONP浆α值与R0和R∞的三维函数图像

由图1可知，在R0∈[0.46，0.63]、R∞∈[0.57，0.74]范围内α值的变化比较平缓，只是在某小区域内曲面出现了突变，因此根据曲面呈现的趋势，计算曲面突变前α值，以此替代突变后的α值是可行的。

表2 不透明度在95.0%～99.5%区间内α值、ERIC值

2.3.2MOW浆

取样点分别为：碎浆机、碎浆后的卸料池、粗筛前、粗筛后(浮选前)、精筛前(浮选后)、精筛后、多圆盘浓缩后、双网挤浆后、热分散后、盘磨前、盘磨后等共11个点。浆片定量约为60、70、80、90 、100g/m2，浆片定量、网筛目数变化同2.3.1，共抄造了825张浆片，测定每张浆片表面和网面的ERIC，并记录R0、R∞，共计1650组数据。

对以上数据进行排序，得出结果是R0∈[0.54，0.70]、R∞∈[0.65，0.86]，通过Matlab软件，画出式(4)中α值随着R0和R∞变化的三维函数图像(见图2)。

图2 MOW浆的α值与R0和R∞的三维函数图像

由图2可知，MOW浆在R0∈[0.54，0.70]、R∞∈[0.65，0.86]范围内，α值的变化比较平缓，只是在某小区域，曲面出现了突变。

当R∞=0.65、不透明度97%时，α1=3.38；当R0=0.70、不透明度97%时，α2=4.25；取α1和α2的平均值作为MOW浆的α值，则α=3.82。

2.3.3 对ONP浆、MOW浆的修正效果分析

假设ONP浆片定量为60 g/m2，MOW浆片定量为100 g/m2，由Matlab软件计算ONP浆和MOW浆的不透明度在95.0%～99.5%区间内的α值、ERIC值(见表2)。

当不透明度>97%时，对于ONP浆，用α=3.01修正S后计算ERIC；对于MOW浆，用α=3.82修正S后计算ERIC，并作出修正前后ERIC的变化曲线(见图3)。

图3 修正前后ERIC与不透明度的变化曲线

由图3可见，修正后的ERIC曲线变化平缓，更符合ERIC的数值变化趋势。

3 结论

实验选取废纸制浆过程中不同工段的旧报纸(ONP)浆和混合办公废纸(MOW)浆，测定其有效残余油墨浓度(ERIC)，用Matlab软件对ERIC计算公式进行分析，给出不透明度超过97%时，ERIC计算的修正方法。

3.3 当制备的浆片不透明度达到100%时，ERIC值不可测。

3.4 对于其他脱墨浆，可以参考本文的方法计算出对应的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. 赵年珍，邓凤伟. 废纸脱墨剂脱墨性能的综合评价[J]. 中国造纸， 2006， 25(12): 67.

[2] XU Qing-hua， SHI Shu-lan， QIN Meng-hua. Evaluation Methods of Deinked Pulp Quality[J]. China Pulp & Paper， 2004， 23(3): 46. 徐清华，石淑兰，秦梦华. 废纸脱墨效果评价方法[J]. 中国造纸， 2004， 23(3): 46.

[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.有效残余油墨的测定[S].

[6] GB/T 24324—2009. Pulp-Preparation of laboratory sheets for physical testing-Conventional sheet-former method[S]. GB/T 24324—2009. 纸浆物理试验用实验室浆页的制备常规浆页成型器法[S].

[7] GB/T 10339—2007.Testing method of light scattering and absorption coefficient forpaper， board and pulps[S]. GB/T 10339—2007. 纸、纸板和纸浆的光散射和光吸收系数的测定[S].

(责任编辑：刘振华)

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)