多组分表面活性剂在废纸脱墨中的应用

多组分表面活性剂在废纸脱墨中的应用类别：制浆造纸工业作者：周立国,刘伟关键词：废纸,表面活性剂,脱墨【内容】再生利用与原生纤维制浆造纸相比,一般可节约用水50%,节约能源60%～70%,节约建设投资约2/3,并可大大减少对环境的污染,也保护了森林资源,因此,废纸的再生利用具有显著的经济和社会效益。废纸中含有的主要杂质是油墨,而除去废纸中的油墨关键是脱墨剂。目前,国内外广泛使用的废纸脱墨剂主要是利用NaOH､Na2SiO3､H2O2､EDTA和某些表面活性剂等。但是,随着新的印刷技术的发展和各种不同品质油墨的出现,使印刷的颜色､光泽和牢固性都有所提高,所以脱墨也变得越来越困难。因此,利用各种不同结构的表面活性剂,充分发挥它们各自的性能和复配后的协同效应,发展多组分､多功能､高效能､低污染的复合型脱墨剂是废纸脱墨的发展趋势之一。本课题选用了21种不同类型的表面活性剂,对其进行了系统优化､复配和应用实验,通过三百多次的实验,优选出了由5组分表面活性剂组成的复合型脱墨剂,称为FCS型脱墨剂,并通过正交试验,优选出了FCS型脱墨剂的最佳使用条件。1实验1.1主要原料及药品废纸:废报纸､彩色报纸､废杂志纸､废书写纸､废复印纸,分别剪成2cm×5cm碎片,并充分混合均匀。药品:NaOH(CP)､Na2SiO3(CP)､H2O2(AR)､CaCl2(CP)､EDTA(AR)､21种表面活性剂(市售)。1.2实验方法将水､无机药品和表面活性剂分别加入碎浆机中,搅匀,并升至一定温度,然后加入一定量的废纸进行碎浆。碎浆完毕加水调至一定浆浓后倒入浮选器中进行浮选,浮选后用一定量水洗涤,最后抄片､烘干､检测。浮选A洗涤法脱墨工艺流程如下:2结果与讨论2.1表面活性剂脱墨实验2.1.1单一表面活性剂脱墨实验在相同条件下,利用浮选-洗涤法脱墨工艺对市售21种表面活性剂分别进行了脱墨实验,并与不加表面活性剂的空白实验作了对比,考察了脱墨浆白度､浮选时的泡沫量､纤维损失量(脱墨浆得率)等,重点考察了脱墨浆白度的提高值,因为白度是判断纸浆质量的重要指标之一。实验结果见表1。注NaOH用量1.0%(对绝干废纸,下同)Na2SiO3用量为2.5%,H2O2用量3.0%,EDTA用量0.3%,表面活性剂用量0.6%,碎浆温度50℃,碎浆时间80min,浮选浆浓1.0%,浮选温度30℃,浮选时间15min,洗涤浆浓5.0%,洗涤3次,洗涤用水量为绝干废纸的19倍。由表1可看出,大部分单一表面活性剂对脱墨浆白度都有所提高,如MES､油酸钠､AES､皂粉､平平加､T-80､OP-10､渗透剂等。实验结果说明:(1)大部分的阴离子和非离子表面活性剂对脱墨效果均有所改善。(2)在浮选-洗涤法中表面活性剂的脱墨效果与发泡性关系很大,发泡性好､洗涤性强的脱墨剂均有较好的脱墨效果。(3)阴离子和某些非离子表面活性剂发泡性好,泡沫也较细,但对油墨粒子吸附性差,油墨不易浮出,而排出纤维多,得率低。(4)两性及阳离子表面活性剂作为脱墨剂脱墨效果不佳。因此,要进行多种表面活性剂复配,找出具有渗透､润湿､洗涤､乳化､发泡､浮选性的复合脱墨剂。2.1.22种表面活性剂复配的脱墨实验根据单一表面活性剂的选择过程和条件,将表1中的表面活性剂分别以不同的配比组合成双组分脱墨剂进行脱墨实验,部分实验结果如表2。从表2和表1的实验结果可以看出,大部分双组分表面活性剂作为脱墨剂比单组分脱墨效果要好,这说明利用不同表面活性剂的性质､按一定比例复配,脱墨效果加强,提高白度最多的双组分分别是MES+SAS､MES+AES油酸钠+MES､MES+渗透剂､MES+LAS等,它们都比单独使用时的脱墨效果要好,脱墨浆的白度均有所提高,说明某些表面活性剂配合使用有协同效应。但是由于MES的发泡性高而细,不易吸附油墨,致使纤维损失大,脱墨纸浆得率一般在60%～70%。为了提高得率､减少纤维浮出,必须调整配比或增加表面活性剂品种。2.1.33种表面活性剂复配的脱墨实验考虑到MES发泡性强而泡沫又细､脱墨浆得率低等原因,根据表面活性剂的性质,进行了一系列3种表面活性剂复配的脱墨实验。实验的方法是调整各种表面活性剂的配比,在其它条件相同时进行脱墨实验,详细数据略。从3组分脱墨剂脱墨结果看,许多3组分脱墨剂的脱墨效果较好,比2组分脱墨剂脱墨后纸浆得率和白度都有所提高。3组分脱墨剂脱墨后的纸浆白度提高值大､浆的得率又在70%～80%之间的见表3。2.1.4多种表面活性剂的脱墨实验在前面脱墨实验的基础上,又进行了一系列4组分､5组分和6组分表面活性剂配制的脱墨剂的脱墨实验。从实验结果中优选出由磺酸盐､脂肪酸盐､烷醇酰胺与另外2种非离子表面活性剂组成的5组分脱墨剂,被称为FCS型脱墨剂。这种5组分脱墨剂在最佳条件下用于废报纸脱墨抄纸,成纸的白度可高达67.0%ISO,脱墨浆得率在80%～85%,废彩色报纸脱墨浆成纸白度可高达60.2%ISO.,废杂志纸脱墨浆成纸白度可高达83.0%ISO,废复印纸脱墨浆成纸白度可高达98.6%ISO,脱墨剂用量一般在0.3%～0.8%(对绝干废纸)。白度均高于文献报道的配方及其最佳条件下的脱墨结果。2.2FCS型脱墨剂的最佳使用条件2.2.1主要无机药品的最佳用量2.2.1.1NaOH的最佳用量NaOH在脱墨过程中主要起皂化油脂､润胀纤维和调节PH值的作用,在FCS型脱墨剂的用量和其它条件一定的情况下,NaOH用量对脱墨效果(脱墨浆白度)的影响见表4。由表4可见,随着NaOH用量的增加,脱墨浆白度提高,说明脱墨效果增加。但继续增加NaOH用量(2.0%),则由于碱性增强,纤维容易返黄,使脱墨浆白度下降,效果降低。因此,NaOH的使用量以1.5%为宜。2.2.1.2Na2SiO3的最佳用量Na2SiO3是一种具有渗透性的缓冲剂和分散剂,它能皂化油墨,又能分散颜料,也能稳定H2O2。其用量对脱墨效果的影响见表5。由表5可见,随着Na2SiO3用量的增加,脱墨浆白度不断提高,但当Na2SiO3用量超过2.5%时,脱墨浆白度提高不明显,说明脱墨效果增加不明显。因此,Na2SiO3用量为2.5%较佳。2.2.1.3H2O2的最佳用量H2O2主要起漂白作用,在碱性溶液中,能破坏发色基团并防止纸浆返黄,其用量也直接影响脱墨浆白度(见表6)。由表6可见,随着H2O2用量的逐步增加,脱墨浆白度逐步提高,但当H2O2用量超过3.0%时,脱墨浆白度提高幅度变小。因此,H2O2用量控制在3.0%较合适。综上所述,本实验得到了无机脱墨化学药品的最佳用量:NaOH为1.5%,a2SiO3为2.5%,H2O2为3.0%.2.2.2最佳脱墨工艺条件碎解温度､碎解时间､熟化时间､脱墨剂用量､洗涤次数等因素对脱墨效果均有影响。对脱墨剂脱墨工艺条件进行了正交实验,实验数据填入L16(45)正交实验表7中,并分别计算出碎解温度､碎解时间､熟化时间､脱墨剂用量､洗涤次数等各水平实验数据的平均值,作出诸因素各水平与脱墨浆白度的关系曲线图(图略)。从对正交实验结果分析得出,上述诸因素对脱墨浆白度都有影响,其中脱墨剂用量影响最大,其它依次为碎解温度､洗涤次数､碎解时间､熟化时间。根据正交实验我们选定了最佳脱墨工艺条件:碎解温度60℃,碎解时间40min,脱墨剂用量0.8%,洗涤次数3次(每次用水量为绝干废纸质量的19倍),熟化时间20min。按上述最佳脱墨工艺条件,用我们研制的FCS型多组分脱墨剂,分别以报纸､杂志纸､复印纸为废纸原料进行了脱墨实验,部分实验结果见表8。在相同的条件､相同脱墨剂用量下,用相同的废报纸(黑白报纸)做脱墨实验,结果见表9。3结论3.1在浮选-洗涤法相结合的脱墨工艺中,大多数的阴离子和非离子表面活性剂都有较好的脱墨效果,它们相互按一定比例复配后有协同效果。3.2FCS型脱墨剂是一种由3种阴离子和2种非离子表面活性剂组成的五元复合型脱墨剂,该脱墨剂具有良好的渗透､润湿､发泡､洗涤､乳化､浮选等多种功能,脱墨效果好,低毒,适应性广,用量少,适宜多种废纸的脱墨。3.3用FCS型脱墨剂脱墨后成纸的白度高,废报纸脱墨后的白度可高达67.0%ISO,对同类废报纸进行脱墨实验,结果比日本报道的脱墨剂用于脱墨后浆的白度高,也比国内目前常用的脱墨剂效果好,对脱墨后纸的强度基本无影响。3.4FCS型脱墨剂经国内外联机检索,均未发现该种脱墨剂。生产该脱墨剂工艺简便易行､技术路线科学､投资少,是一种很有推广应用价值的新型复合脱墨剂。