混合回收废纸中不同纸种对脱墨浆质量的影响

混合回收废纸中不同纸种对脱墨浆质量的影响

为评估混合回收废纸中各种数码印刷品和包装用纸对脱墨浆质量的影响，进行了多项实验室试验。在主要由胶版印刷报纸、胶版和凹版印刷杂志纸组成的回收混合废纸中掺入一定比例的纸板和数码印刷品，打浆后，对纤维悬浮液进行单一步骤脱墨处理，并表征了脱墨浆的光学性能。试验结果表明，典型的回收混合废纸中掺入纸板和数码印刷品会影响脱墨浆的光学性能和油墨去除程度。

在欧洲，EN 643（回收废纸标准等级表）是回收废纸常规交易的基础。据此表可知，有多个回收纸纸种是可以进行脱墨的，不过脱墨性最好的纸种要数1.11号纸——分拣后进行脱墨处理的印刷纸。此类纸通常源于家庭收集，由脱墨性较好和不可脱墨或即使仔细拣选后脱墨性仍然较差的纸和包装材料组成。1.11号纸种的规范中将其中不可脱墨材料的比例限定在1.5%。不可脱墨材料包括印刷纸品，如柔性版或喷墨印刷报纸，及包装材料，如瓦楞纸板和箱纸板。

实际中，1.11号纸中不可脱墨材料的比例高于1.5%。对德国多种回收废纸组成的研究表明1.11号纸中平均含有6.3%的染色纸、壁纸、卫生纸和纸板，主要为瓦楞纸板和箱纸板。印刷品，如喷墨和柔性版印刷报纸不包括在这6.3%中。1.11号纸的研究表明，多个欧洲国家不可脱墨材料的比例在2%～14%，典型范围为3%～8%。由于造纸厂不得不处理含有大量不希望有的纸品的回收废纸，因此其纸料制备车间通常会配备可以满足处理要求的设备。

造纸厂混合回收废纸中带入的不可脱墨纸品的组成和脱墨性能各不相同。纵然我们了解了单一印刷品在标准条件下实验室浮选脱墨过程中的性能、改良的化学浮选过程中的性能或物理制浆过程中或浮选条件下的性能，但是混合回收废纸中掺入数码印刷纸制品和不同包装材料对浮选后纸张光学性能的影响方面的理论知识仍然欠缺；然而，对于脱墨纸厂，又恰恰需要这方面的理论知识；虽然试验结果是通过典型的几种欧洲混合回收废纸得出的；但是，如有这方面的理论作基础，就可以很容易地将不希望有的废纸纸种的脱墨试验结果应用到其他需脱墨的回收混合废纸中。

未来数码印刷品所占市场份额将增加，如图1所示。

图1　北美和西欧胶版、凹版和数码印刷品数量变化趋势

柔性版印刷工艺和采用数码印刷技术的个性化印刷品可以使我们在成本效益、低中发行量与印刷质量之间找到平衡；因此，造纸厂希望待脱墨回收废纸中喷墨、干墨粉或液态油墨（LEP）印刷品所占比例提高。

有研究表明，含有13%包装纸的1.02号回收废纸［混合的纸与纸板（经拣选）］（样品B）可以达到与1.11号回收废纸（样品C和D）基本相同的脱墨效果，如图2所示（图中4份样品均采用单一循环脱墨工艺按照INGEDE方法11“印刷品的可回收性评估——脱墨试验”进行脱墨）。

图2　样品1.02号纸和样品1.11号纸脱墨前后的亮度

为归纳总结对1.11号回收废纸的组成的要求、应对回收废纸组成的变化或为标准新闻纸开辟一条新回收来源，需要了解纸板和数码印刷品对混合回收废纸脱墨性的影响；然而，目前对混合废纸中单一类别纸板和数码印刷品的脱墨性能尚无了解。仅为数不多的数份出版物介绍了待脱墨混合回收废纸的性能随其中不可脱墨印刷品和包装材料的比例而呈系统性变化。开展本研究旨在弥补这一知识缺口。

1　实验

1.1材料

本文分别介绍了6种瓦楞纸板和3种折叠箱纸板对脱墨浆质量的影响。表1和表2分别介绍了上述6种瓦楞纸板和3种折叠箱纸板的详细情况。

表1　6种瓦楞纸板的详情

表2　3种折叠箱纸板的详情

1.2方法

在由50%胶版印刷报纸、25%胶版印刷杂志纸和25%凹版印刷杂志纸组成的混合废纸中掺入一定比例的包装纸板。每种包装纸板的掺入比例有3种：3%、6%和12%。

为考察数码印刷品产生的影响，对采用干墨粉印刷、LEP印刷和喷墨印刷方法在亮度高于75%的不含磨木浆纸张上印刷得到的喷墨印刷报纸和文具纸印刷品进行了研究。同样，将这些印刷品掺入到由50%胶版印刷报纸、30%胶版印刷杂志纸和20%凹版印刷杂志纸组成的基础混合废纸中。鉴于已对印刷品的影响进行了研究，用喷墨印刷报纸代替混合废纸中的胶版印刷报纸，用LEP、喷墨和干墨粉印刷文具纸代替胶版印刷杂志纸。4种数码印刷品的掺入比例有2种：15%和30%。所考察混合废纸的组成见表3。

表3　含数码印刷品的混合废纸的组成　w/%

采用基本类似于INGEDE方法11的方法对掺入了纸板的混合回收废纸以及掺入了数码印刷品的混合回收废纸进行处理。唯一与INGEDE方法11不同的是仅仅测量而未修正pH。图3给出了该方法的操作步骤。

实验测定并评估了滤饼、手抄片和滤液的光学性能，分析了所有混合废纸的亮度（Y）、颜色值（a*和 b*）、尘埃斑点面积（A50和A250）及滤液暗度（ΔY）；同样研究了含有纸板的混合废纸的染色纤维情况，使用DOMAS图像分析工具对染色纤维进行了量化（PTS；德国慕尼黑）；同时还研究了含有数码印刷品的混合废纸的油墨去除程度（IE700）；由于未经印刷的文具纸具有较高的亮度，如果只考虑亮度值，会导致对脱墨结果的解释出现偏颇。

图3　INGEDE方法11的操作步骤

2　结果与讨论

2.1掺有纸板的混合废纸的脱墨

图4　亮度与混合回收废纸中瓦楞纸板掺入比例的关系

由图4可见：褐色瓦楞纸板（CB1、CB3和CB5）造成的亮度损失基本相同，与衬里材料无关（这3种纸板的印刷程度基本相同，均较低）；3种白浆衬里瓦楞纸板（CB2、CB4和CB6）导致发生了不同程度的亮度损失，表现出与印刷程度相关；CB6瓦楞纸板的印刷程度最低，造成的亮度损失最小；CB2瓦楞纸板的印刷程度最高，造成的亮度损失最大。平均来看，瓦楞纸板比例每增加4%，亮度降低1个点。

图5显示了脱墨浆的亮度随混合回收废纸中箱纸板（BB）掺入比例而发生的变化。

图5　亮度与混合回收废纸中箱纸板掺入比例的关系

由图5可见，除BB1的添加比例为3%和12%时，BB1、BB2和BB3等3种纸板的添加对脱墨浆的亮度几乎没有影响。BB1添加比例为3%时，脱墨浆亮度有明显提高；而添加比例为12%，亮度降低。

图6显示了脱墨浆的a*和b*值随混合回收废纸中瓦楞纸板（CB）掺入比例而发生的变化。

图6　颜色值a*和b*与混合回收废纸中瓦楞纸板掺入比例的关系

由图6可见，采用掺入瓦楞纸板的混合废纸制得的脱墨浆的a*值明显向红色方向变化，b*值明显向黄色方向变化。CB1、CB3和CB5等3种褐色瓦楞纸板的这一变化趋势相对较大；但是采用掺入白浆衬里瓦楞纸板CB2、CB4和CB6的混合废纸制得的脱墨浆的a*值和b*值也出现了上述变化趋势。掺入CB3（其中含有牛皮纸板和高耐破纸板）的混合废纸制得的脱墨浆的a*值和b*值变化趋势最大。

图7显示了脱墨浆的a*和b*值随混合回收废纸中箱纸板（BB）掺入比例而发生的变化。

图7　颜色值a*和b*与混合回收废纸中箱纸板掺入比例的关系

由图7可以看出，掺入3种箱纸板引起的a*值和b*值变化趋势不如褐色瓦楞纸板大，基本同白浆衬里瓦楞纸板；仅仅是硬纸板（BB1）引起了 a*值明显向红色方向、b*值明显向黄色方向变化。

滤液暗度（ΔY）表示较小的油墨颗粒或染料导致的过程水的脱色程度。其随着混合回收废纸中瓦楞纸板和箱纸板掺入比例增加而增大，如图8所示。

图8　滤液暗度与混合回收废纸中瓦楞纸板或箱纸板掺入比例的关系

由图8可见，当混合废纸中纸板的掺入比例为12%时，所研究的9种纸板中有8种纸板的滤液暗度增幅在2～6个点。瓦楞纸板CB5的掺入比例为12%时，滤液暗度增大11个点。

由图8还可以看出，对于所有纸板，当掺入比例分别为3%和6%时，滤液暗度几乎达到同一水平。对于3种箱纸板，当混合回收废纸中它们的掺入比例为12%时，滤液暗度也达到这一水平。对于瓦楞纸板，滤液暗度随着混合废纸中其掺入比例的增加而稳步增大。

对于几乎所有的所考察纸板，尘埃斑点面积未受到瓦楞纸板（CB）或箱纸板（BB）掺入比例带来的显著影响，如图9和图10所示。

图9　斑点面积与混合回收废纸中瓦楞纸板或箱纸板掺入比例的关系

图10　斑点面积（＞250 μm）与混合回收废纸中瓦楞纸板或箱纸板掺入比例的关系

由图9和图10还可以看出，随着混合废纸中纸板掺入比例的增加，尘埃斑点总面积保持不变，CB2例外。CB2印刷程度较高，当混合废纸中其掺入比例为12%，导致脱墨浆中斑块比例达约1%。而大多数其他纸板的斑块比例相对较小。

对于除BB2之外的所有被考察纸板，大于250 μm的大尘埃斑点的面积（以圆面积计算）均增大。对于BB2，此类大尘埃斑点的面积随混合废纸中其掺入比例的增大而减小。对于CB1、CB3、CB4、CB5、CB6、BB1和BB3，大尘埃斑点面积基本呈线性增长；而对于CB2，大斑点面积呈现更大程度增长。

染色纤维数量与混合废纸中瓦楞纸板（CB）或箱纸板（BB）掺入比例掺入比例的关系如图11所示。

由图11可见，染色纤维数量并未因瓦楞纸板（CB）或箱纸板（BB）掺入比例的改变而呈现明显变化趋势。CB1、CB3和BB3的掺入比例为3%，测得的染色纤维的数量有明显增大；之后随着掺入比例的进一步增加，染色纤维数量减小。对于其他纸板，图像分析系统检测的染色纤维数量相比未掺入纸板的混合废纸小。由于因混合回收废纸中掺入了纸板而导致颜色向红色和黄色区域变化，因此图像分析系统可能不能精确检测到所有染色纤维。

图11　染色纤维数量与混合回收废纸中瓦楞纸板或箱纸板掺入比例的关系

2.2掺有数码印刷品的混合废纸的脱墨

混合回收废纸中掺入的数码印刷品的行为性能因印刷工艺而异，图12给出了其对亮度的影响。

图12　亮度与混合回收废纸中数码印刷品掺入比例的关系

由图12可见：混合废纸中掺入墨粉印刷品（LEP和干墨粉）使得亮度增大；而与之恰恰相反的是，混合废纸中喷墨印刷品的掺入却使得亮度显著减小；当混合废纸中掺入喷墨印刷新闻纸时，亮度增幅最大（7个点）；混合废纸中掺入墨粉印刷品导致亮度增大（最多增大3个点）必定是印刷品印刷用原纸的亮度较高所致。

图13显示了油墨去除程度与回收混合废纸中数码印刷品掺入比例的关系。

图13　油墨去除程度与混合回收废纸中数码印刷品掺入比例的关系

由图13可见，混合废纸中掺入喷墨印刷品和墨粉印刷品均降低油墨去除程度（IE700）；然而，采用水基印刷油墨印刷的喷墨印刷品造成的油墨去除程度降幅（12～28百分点）远大于墨粉印刷品（3～5百分点）。

图14显示了颜色值a*与回收混合废纸中数码印刷品掺入比例的关系。

图14　颜色值a*与混合回收废纸中数码印刷品掺入比例的关系

由图14可见，混合废纸中掺入喷墨印刷报纸使得颜色值a*发生显著变化。结果表明，混合回收废纸中喷墨印刷报纸的掺入使得脱墨浆的颜色值向绿色区域变化；其他数码印刷品几乎不影响脱墨浆的颜色值；不过，喷墨印刷文具纸与喷墨印刷报纸的印刷程度不同；如果达到与后者相同的印刷程度，喷墨印刷文具纸的掺入也应使得颜色值发生改变。

图15给出了滤液暗度（ΔY）与数码印刷品掺入比例的关系曲线。

图15　滤液暗度与混合回收废纸中数码印刷品掺入比例的关系

所考察的干墨粉会降低滤液暗度。对于喷墨印刷报纸和LEP印刷品以及喷墨印刷文具纸，掺入比例高达30%时，也未观察到对滤液暗度有显著影响；但是研究人员发现滤液暗度随着喷墨印刷品掺入比例的增加而增大。混合回收废纸中喷墨印刷书本比例增加导致滤液暗度增大，但是整体滤液暗度不是很高。混合回收废纸中喷墨印刷书本的掺入比例为30%时，滤液暗度为4.5点。本文给出的暗度结果在同一水平。

图16和图17分别显示了小尘埃斑点和大尘埃斑点（＞250 μm）的面积与回收混合废纸中数码印刷品掺入比例的关系。

由图16和图17可见，尘埃斑点面积主要受LEP印刷品影响。随着混合回收废纸中LEP印刷品比例增加，小尘埃斑点和大尘埃斑点（＞250 μm）的面积均增大。仅在干墨粉情况下，可观察到小尘埃斑点造成的尘埃斑点面积稍有增大。由于水基油墨不形成可见油墨斑点，因此混合废纸中掺入喷墨印刷报纸会减少尘埃斑点数量。

3　结论

典型混合回收废纸中掺入纸板和数码印刷品会影响脱墨浆的光学性能。原浆和白浆衬里瓦楞纸板的掺入造成亮度降低，颜色值向红色和黄色区域变化；并且，滤液暗度也因瓦楞纸板的掺入而增大。6种瓦楞纸板中有5种不影响尘埃斑点总面积；但是6种瓦楞纸板的掺入均导致250 μm以上大尘埃斑点的面积增大。

图16　尘埃斑点面积与混合回收废纸中数码印刷品掺入比例的关系

图17　尘埃斑点面积（＞250 μm）与混合回收废纸中数码印刷品掺入比例的关系

箱纸板几乎不影响亮度。只有硬纸板在混合废纸中的掺入比例为12%时，导致亮度降低2个点；而且，箱纸板并未像瓦楞纸板一样造成颜色值变化。硬纸板造成颜色值明显向红色和黄色区域变化。当混合废纸中掺入箱纸板时，滤液暗度增大；但是纸板掺入比例分别为3%、6%和12%时，暗度相同。混合回收废纸中掺入箱纸板并未影响尘埃斑点总面积，但是大尘埃斑点的比例增多。

喷墨印刷报纸显著降低亮度和油墨去除程度，并且导致颜色值向绿色区域变化。喷墨印刷报纸不影响滤液暗度。尘埃斑点面积随着混合回收废纸中喷墨印刷报纸掺入比例增大而减小。

喷墨印刷文具纸的掺入降低亮度，而墨粉印刷文具纸的掺入提高亮度。墨粉印刷品的掺入使得亮度增大可以通过印刷用原纸的亮度较高加以解释。3种文具纸印刷品的掺入均使油墨去除程度降低，但是喷墨印刷文具纸的掺入使得油墨去除程度降幅最大。文具纸印刷品的掺入基本不影响颜色值。喷墨印刷文具纸和LEP印刷品不影响滤液暗度，干墨粉印刷品使滤液暗度减小。尘埃斑点面积主要受混合废纸中的LEP印刷品影响。小尘埃斑点和大尘埃斑点（＞250 μm）面积均随着混合废纸中LEP印刷品比例增加而增大。

（马倩倩编译）