新型废纸脱墨剂的应用实例——蒲葵纸基材料废纸脱墨

曹晓瑶，郑鉴洪，林丽霞，龚伟洽

（江门职业技术学院，广东 江门　529090）

新型废纸脱墨剂的应用实例
——蒲葵纸基材料废纸脱墨

曹晓瑶，郑鉴洪，林丽霞，龚伟洽

（江门职业技术学院，广东 江门529090）

研制了一种新型废纸脱墨剂。通过正交实验法确定了脱墨剂配方中各组分的配比用量及制备工艺路线，测定了脱墨剂的理化性能，并对蒲葵纸基材料废纸脱墨进行应用实验。结果表明，该新型废纸脱墨剂具有优良的脱墨效果。

脱墨剂；蒲葵纸基材料；废纸脱墨

随着世界纸和纸板的产能及需求量的与日俱增，造纸原料紧张、能源短缺等问题日益加剧。资源如何更好地开发和利用，减少资源浪费正在受到各界广泛关注。据有关专家预测，未来的50年内，原浆的产量与纸和纸板的产量之间的差距将越来越大，其差额部分将主要由二次纤维（废纸）来补充［1］7。

二次纤维已经成为造纸工业一种必不可少的纤维来源。另外，据有关专家测算，利用1 t废纸，相当于节约3 m3木材，1.2 t标准煤，600 kW·h电，100 m3水［1］7。生产1 t纸浆，只需要1.5 t的废纸即可［2］。建设废纸生产企业的投资资金比用木材原料生产的企业成本上降低2～4倍［3］。可见，废纸的回收利用既可以回收纤维资源、减少资源浪费又能节能并减少环境污染，具有良好的经济效益和社会效益。

那么，提高废纸浆利用率的关键问题在于二次纤维的回收利用即废纸脱墨。本文主要研究蒲葵纸基材料的废纸脱墨技术。蒲葵是葵树属棕榈科，是常年生长于热带和亚热带常绿乔木。如今蒲葵的大量废弃茎秆被焚烧，会造成环境污染和资源的极大浪费。为了更好地利用这一废弃物，我们前期所做工作已经对蒲葵茎秆进行了制浆造纸的化学成分分析，并对其制浆造纸的可行性进行了研究。结果表明蒲葵茎秆漂白浆抄制的纸页强度性能较好，可直接或以一定比例与针叶木浆、废纸浆等配抄静电复印纸、瓦楞纸原纸和包装用纸等。

本文就蒲葵浆料所抄造的纸张在印刷油墨使用后的废纸脱墨做些探讨。众所周知，废纸脱墨是一个非常复杂的过程，对这种特定类型的废纸——蒲葵纸基材料的废纸脱墨、并生产出较高质量的脱墨浆是与所使用的脱墨方法、脱墨工艺、脱墨化学品及其用量等息息相关的。

1　废纸脱墨原理

1.1油墨的组成

油墨是将具有颜色的色料（如碳黑）均匀地涂布在具有胶黏作用的连结料（如植物油、松香、矿物油等）中，形成具有一定黏度性能的流体物质。印刷油墨主要由颜料与连结料组成，还包含填料、溶剂等。其中，颜料主要有无机颜料和有机颜料，而连结料主要有油脂和树脂类物质（天然树脂或合成树脂）。印刷的过程就是将油墨均匀地涂布在基材上，基材可以是纸张类也可以是塑料薄膜（如PE）类等。

1.2废纸脱墨的过程

在印刷过程中，油墨通过渗透干燥、挥发干燥、凝聚干燥和氧化膜干燥等方式固着在纸张表面，它们之间的结合力有物理的、机械的投锚效应，润湿作用和化学的二次结合力。作为逆过程的脱墨须破坏这些油墨粒子对于纤维的黏附力，即在疏解阶段，强烈的机械搅拌、纤维的剧烈磨擦，使油墨粒子的平均粒径减小，废纸疏解成纤维，促使油墨从纤维上脱离，也使成片油墨分散开来，并防止其再次附着到纤维上。

废纸脱墨，即通常所说的二次纤维的回用，是一个化学反应和物理作用相结合的过程，就是使用脱墨试剂来破坏印刷油墨对纤维的黏附即降低废纸上印刷油墨的表面张力，从而产生润湿、渗透、乳化和分散等多种作用，最终使油墨从纸面上脱离下来。游离出来的颜料粒子通过洗涤法、浮选法或二者结合的方法等除去。其中，浮选法占世界废纸脱墨能力的80%左右。这是因为浮选可以高质量地脱除废纸油墨，纤维流失少，得率高，其适用的油墨粒度范围宽、种类多，且污染小，耗水量和需用动能较少，投资费用也较低。浮选技术在矿物加工工业中已有深入的研究和应用，无论是浮选设备研制、还是药剂制度和工艺流程方面，都有许多成熟的经验可以借鉴［4］。

前期工作已经研究过“表面活性剂在废旧新闻纸脱墨中的特性比选及应用”［5］，是对现成的表面活性剂进行特性比选及应用于废旧新闻纸的脱墨。本文就自主合成研制的表面活性剂做些研究，开发出一种新型的废纸脱墨剂，经反复对废弃蒲葵纸基材料的脱墨应用试验结果表明，本脱墨剂具有很强的油墨捕集能力和抗再吸附、再沉淀能力，脱墨快速彻底，易于清洗，脱墨效果良好。

2　废纸脱墨剂的制备实验

2.1仪器和试剂

（1）仪器：白度仪；JJ型精密电动搅拌器；HHS-2S型电子恒温水浴锅；打浆机；碎浆机（温度、转速均可控）；浮选机；纸样抄取器；电炉；数显电子天平；电热鼓风干燥箱。

（2）试剂：氢氧化钠（NaOH）；羧甲基纤维素纳（CMC）、硅酸钠、自制脱墨剂组分［包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9）和脂肪酸聚氧乙烯嵌段酯（A-107）等］。

2.2脱墨剂的配方组成和生产工艺流程

采用正交实验法确定脱墨剂中各组分的用量、配比及制备工艺路线。本脱墨剂以阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂为主要成分。配方中包含的化学品有：氢氧化钠，硅酸钠和脱墨剂等。氢氧化钠能使油墨的连接料（如油脂）皂化，使油墨粒子游离出来，脱离纤维，加速纤维润湿膨胀，软化纤维。为了防止游离出来的颜料粒子被纤维重新吸收，在脱墨剂中含有抗再沉积剂。

通过正交实验，得到脱墨剂中各组分的最佳质量配比如表1所示。

表1　脱墨剂的配方组成　w/%

经反复实验，确定了如图1所示的制备废纸脱墨剂的工艺路线。

图1　脱墨剂制备的工艺流程

制备废纸脱墨剂时先将AES置于反应器内加水溶解，再依次加入AEO-9、CMC，充分混合，加入水和乳化剂，冷却后出料，制成脱墨剂成品。

2.3脱墨剂的理化性质

实验检测了脱墨剂的起泡力、润湿性及水溶性等理化性能，结果详见表2（起泡力的测定：配制 1.5 g/L的脱墨剂溶液，置于具塞量筒中，20℃水浴恒温5 min后剧烈摇动20次，放回水浴锅中，记录30 min时的泡沫高度。润湿性的测定：室温，取1.5 g/L脱墨剂溶液100 mL置于烧杯中，在液面上放上帆布片，记录帆布片从液面沉降到杯底所用的时间）。

表2　脱墨剂的理化性能

3　废纸脱墨剂的应用试验

3.1脱墨工艺过程

废弃蒲葵纸基材料的浆料中加入2%的NaOH、3%Na2SiO3、0.5%EDTA、0.05%MgSO4和2%H2O2（均以绝干浆计，下同）温度50～60℃、浆浓9%条件下碎解15 min加入脱墨剂并在水浴锅中50～60℃恒温熟化15 min，以保证脱墨剂与油墨的充分乳化、分散、反应，有利于脱墨效果的提高稀释成浆浓为1%的浆料，浮选3 min抄成定量100 g/m2的纸样片烘干白度仪检测白度。

3.2废纸脱墨制浆与废纸类型的关系

单种废纸，其碎后浆白度，通常代表纤维的初始白度。有研究表明，进口废纸中以37号欧废白度最高，达到74%；8号欧废最低，仅33%左右。这一点，与通常的表现一致，也就是说木素含量相对较低的化学纤维才具有高白度［6］。

我们前期已经按照石淑兰等编写的《制浆造纸分析与检测》［7］中所介绍的推荐性国家标准（GB/T）测试方法对蒲葵茎秆的化学成分进行了检测和分析，水抽出物含量、1%NaOH抽出物含量、苯-醇抽出物含量和灰分含量测定分别参照国家标准GB/T 2677.4—1993、GB/T 2677.5—1993、GB/T 2677.6—1994和GB/T 2677.3—1993，并与目前已用于造纸的竹子、蔗渣等原料的化学成分进行比较，见表3。

从表3可以看出，蒲葵茎秆的化学成分基本符合造纸原料的要求，而且蒲葵茎秆木素含量相对低些；因此废纸脱墨时的化学纤维具有较高的白度，达到46.5%。

表3　蒲葵茎秆造纸相关化学成分的检测结果及相近原料的比较数据　w/%

3.3脱墨剂用量对脱墨效果的影响

当NaOH加入量为2.0%、Na2SiO3加入量为3%和H2O2加入量为2%时，脱墨后纸浆白度与脱墨剂加入量（以绝干废纸质量计，下同）的关系曲线见图2。

图2　脱墨后纸浆白度与脱墨剂用量的关系曲线

由图2可见，随着脱墨剂用量的增加，从1.2%到1.6%，纸浆白度大幅度增加，继续增加脱墨剂，白度增加缓慢；因此，脱墨剂用量以1.8%为佳。

3.4NaOH用量对脱墨效果的影响

NaOH是油墨连结料中油脂类成分的皂化剂。它的作用是使油墨中的油脂皂化。如果是用松香做纸张施胶剂的还能使纸张中的松香皂化脱落，废纸纤维膨胀、纤维变得柔软，利于碎解和分散纤维，并使油墨粒子、填料等从纤维表面游离出来，提高了脱墨效果。

当脱墨剂加入量为1.8%、Na2SiO3加入量为3%和H2O2加入量为2%时，脱墨后纸浆白度与NaOH加入量的关系曲线见图3。

图3　脱墨后纸浆白度与NaOH用量的关系曲线

图3表明，NaOH用量为2%时，纸浆白度为最大值，NaOH用量为2.5%时，白度减小。这是因为过多的NaOH使体系碱性增加，导致脱墨剂析出，降低脱墨效果，也可能使纤维受到损伤。因此，NaOH最佳用量应为绝干废纸质量的2%。

3.5H2O2用量对脱墨效果的影响

为了研究H2O2用量对脱墨效果的影响，保证其他化学品用量相同，只改变H2O2的用量，因此设定NaOH加入量为2.0%，Na2SiO3加入量为3%，脱墨剂加入量为1.8%。脱墨后纸浆白度与H2O2加入量的关系曲线见图4。

图4　脱墨后纸浆白度与H2O2用量的关系曲线

H2O2能够氧化纸浆中的色素，破坏色素的发色基团，起到漂白去杂作用。由图4可见，当用量达到一定极限时，白度不再上升或上升缓慢，结合考虑成本，H2O2加入量以2%为宜。

3.6Na2SiO3用量对脱墨效果的影响

Na2SiO3在废纸脱墨中充当缓冲剂。缓冲剂的意思是指Na2SiO3对pH有一个缓冲作用，因此能扩大NaOH的用量范围，使机木浆的变黑返黄作用大为降低，白度增大。Na2SiO3又是一种稳定剂，在浮选脱墨法中，在 H2O2和脂肪酸加入的情况下，它能稳定H2O2，使H2O2充分发挥其作用，提高白度；Na2SiO3在脂肪酸收集剂存在的情况下能促进油墨粒子趋向生成较大的粒径（＞32 μm以上的较多），有利于浮选除去油墨，提高白度。再加上Na2SiO3价格低廉，因此在生产中被广泛应用。

为了研究Na2SiO3的用量对脱墨效果的影响，其他化学品用量不变，只改变Na2SiO3的用量，因此设定NaOH加入量为2.0%，脱墨剂加入量为1.8%，H2O2加入量为2%，脱墨后纸浆白度与Na2SiO3加入量的关系曲线见图5。

图5　脱墨后纸浆白度与Na2SiO3用量的关系曲线

从图5可以看出，Na2SiO3加入量为3%时脱墨后纸页白度最高。

4　结束语

通过上述应用实验，结果表明：碎浆浓度、疏解时间和温度，脱墨剂（包括油墨捕集剂、皂化剂等）、浮选时间和浓度等是影响废纸脱墨效果的主要因素。通过优化新型脱墨剂配方设计和制备方案，优化废纸脱墨工艺流程，取得了很好的技术目标：当NaOH加入量为2.0%，Na2SiO3加入量为3%，脱墨剂加入量为1.8%，H2O2加入量为2%时，蒲葵纸基材料废纸脱墨可将白度从46.5%提高到58.0%，脱墨效果良好。

［1］顾民达.扩大二次纤维回收利用的对策［J］.纸和造纸，2000，19（3）.

［2］徐明.国内外废纸制浆造纸的发展现状［J］.江苏造纸，2007（3）：17-21.

［3］A S Smolin，A V Kuleshov，M V Vanchakov.Secondary fibrous materials from cardboard and paper production and consumption waste［J］.Russian Journal of General Chemistry，2012，82（5），991-998.

［4］郑其，高洪山，杨奉兰.浮选法废纸脱墨工艺研究［J］.环境保护，2002（8）：13-15.

［5］曹晓瑶.表面活性剂在废旧新闻纸脱墨中的特性比选及应用［J］.包装工程，2013，34（21）：123-126.

［6］刘成良，刘曙光，赵年珍，等.不同废纸脱墨制浆性能的研究［J］.中国造纸，2012，31（5）：9-14.

［7］石淑兰，何福望.制浆造纸分析与检测［M］.北京：中国轻工业出版社，2008.

New Type of Waste Paper Deinking Agent's New Applicationdeinking of Waste Paper of Sabal Paper Base Material

CAO Xiao-yao，ZHENG Jian-hong，LIN Li-xia，GONG Wei-qia
（Jiangmen Polytechnic，Jiangmen 529090，China）

This paper developed a new type of waste paper deinking agent.Through the orthogonal experiment method we determined the dosage of each component in the deinking agent formula and the technology of preparation route，measured the physical and chemical properties of deinking agent.After repeated deinking application experiments of waste paper of sabal paper base material，the results showed that the deinking agent had good deinking effect.

deinking agent；sabal paper base material；waste paper deinking

TS724

A

1007-2225（2015）01-0023-05

曹晓瑶女士（1977-），讲师，在职博士；研究方向：造纸化学品；E-mail：cxy681186@163.com。

2014-11-13（修回）

本文文献格式：曹晓瑶，郑鉴洪，林丽霞，等．新型废纸脱墨剂的应用实例——蒲葵纸基材料废纸脱墨［J］．造纸化学品，2015，27（1）∶23-27．