改善废纸油墨和胶粘物去除效率的研究

早期的研究表明，采用改性高岭土作为新型的浮选脱墨试剂能够有效地分离和去除废纸纤维中的油墨和污染物颗粒，其脱墨机理是基于改性高岭土作为捕集剂对细小油墨、尘埃和污染物颗粒的捕捉能力。造纸企业采用该试剂能够提高脱墨浆的白度，降低尘埃度。该实验针对所述试剂是否能够改善废纸浆中胶粘物的去除进行了进一步的研究。实验结果表明，将改性高岭土与另一种试剂联合应用可以有效地将胶粘物与纤维分离，改善胶粘物的去除率。改性高岭土与这一试剂的协同应用能够进一步改善油墨和尘埃去除效果。造纸企业可以采用该方法处理胶粘物问题。

在美国和欧洲地区，回收纸和纸板，如旧报纸（ONP）、旧杂志纸（OMG）、混合办公废纸（MOW）、分选白账簿纸（SWL）和分选办公用纸（SOP），是主要造纸原料。在中国和其他亚洲国家，造纸用废纸原料也明显增加。在印度，造纸工业中废纸原料的用量占比达47%。尽管在美国和欧洲地区，以回收新闻纸和印刷纸为原料的纸张生产已大幅减少，但是以回收卫生纸、牛皮纸和纸板为原料的纸张产量却在持续增加。

目前废纸回收利用面临的主要问题是废纸的质量。随着单一种类废纸的回收越来越普遍，回收纸和纸板的质量变得越来越差，同时这也会导致废纸回收过程中胶粘物问题更加普遍。目前造纸业的胶粘物障碍是一个全球性的问题，会影响各种废纸的回收利用。胶粘物不仅会影响废纸回收的生产过程而且会影响成品的最终质量。胶粘物对生产过程的影响会使停机频繁，维修、清洁、设备更换和断纸次数增加；对成品质量的影响，胶粘物会使成纸产生孔洞、纸幅缺陷、较高的尘埃度和后加工问题，这会导致断纸次数和次品率增加。废纸回用过程问题和成品问题均会降低废纸回用效率，增加生产成本，从而降低纸机的生产效率。因此，胶粘物问题亟待解决。

胶粘物控制的本质是解决胶粘物带来的上述这些问题。其控制方法重点关注胶粘物对纸机和成纸的影响。目前的胶粘物控制方法包括钝化、分散、固着和降黏。“钝化”是通过使用滑石粉、膨润土、蒙脱石和其他矿物助剂来稳定胶粘物；“分散”是利用阴离子或非离子分散剂控制胶粘物；典型的“固着”方法是用阳离子聚合物将胶粘物附在纸浆纤维上；“降黏”需利用各种化学复合物，通常使用酶制剂。虽然胶粘物控制方法不少，但是，我们仍然需要开发将胶粘物去除的新方法。

早期的研究发现，改性高岭土基脱墨剂用于浮选脱墨可以改善废纸浆中油墨、尘埃和其他污染物的去除效果。与早期那些基于未经处理的水洗高岭土脱墨方法不同，本研究所用的高岭土基脱墨试剂是表面改性的高岭土颗粒。将改性高岭土与一种脱墨表面活性剂混合制得脱墨高岭土试剂（DK），可以有效分离和去除纸浆中的油墨、尘埃和污染物颗粒。通过开展进一步的实验，分析该方法是否适用于改善胶粘物的去除。本研究利用多种不同的试剂改性高岭土，制备能够改善胶粘物去除效果的DK试剂。

1 实验

本研究所用的实验原料包括ONP、SOP、SWL、MOW和涂布书籍用纸以及未印刷的办公复印纸。将废纸原料撕碎用热自来水（温度45℃）稀释至质量分数15%的浆浓。加入所需用量的制浆试剂和脱墨试剂（非离子表面活性剂），碎解10 min。碎浆之后，浆料试样利用自来水稀释至1%质量分数，在Denver浮选槽中浮选5 min。浮选之后，收集脱墨纸浆。在同一条件下进行3次浮选实验，结果取平均值。脱墨浆白度的测定根据TAPPI T-218标准测试方法《纸浆的反射率测定（布氏漏斗法）》，将脱墨浆制成纸垫，烘干，利用Model Micro S-5白度仪测定GE白度。此外，利用Technidyne Technibrite ERIC 950测定有效残余油墨浓度（ERIC）。对于大胶粘物的测定，首先利用筛缝为 0.006英寸（约 0.15 mm）的 Pulmac Masterscreen筛分仪进行收集，然后利用透明薄膜层合法进行定量，最后利用Pulmac Sticky Scan 200进行图像分析。

为了制备这种DK试剂，首先对高岭土进行改性，改变其表面的疏水性，然后进行浓缩。早期的研究发现将这种表面改性浓缩的高岭土与脱墨表面活性剂混合能够优化其脱墨能力。用其他专有试剂对DK胶粘物去除剂进行处理以提高胶粘物和其他污染物从纤维分离的能力。DK试剂可完全替代脱墨表面活性剂用于所有浮选脱墨中。

2 结果与讨论

首先采用未印刷复印纸开展实验，通过添加压敏黏合剂来实现原料中的胶粘物，以确定进料一致，且具有相对恒定的胶粘物量。加入不同的DK胶粘物去除试剂（编号为A～F）以寻找最优的脱墨试剂。DK胶粘物去除试剂含有不同种类的协同试剂。实验室采用含有不干胶标签的未印刷办公用纸浮选测试的结果如表1所示，试验条件：试剂用量为0.5 kg/t。

从表1可以看出，DK胶粘物去除试剂C表现出最好的胶粘物去除效果，因此利用试剂C进行进一步的实验。尽管表1中未列出，但是所有测试中每种试剂的平均浮选得率相近（90±1）%。

表1 采用含有不干胶标签的未印刷办公用纸的实验室浮选脱墨试验

在标准碱性浮选化学条件下（1.8%硅酸钠，0.6%氢氧化钠，0.7%过氧化氢，0.05%氯化钙和2.5 kg/t脱墨试剂），分析非离子表面活性剂、DK试剂和DK胶粘物去除试剂C对100%ONP的浮选脱墨效果。实验室采用旧新闻纸的浮选脱墨结果如表2所示。

表2 采用旧新闻纸的实验室浮选脱墨试验

由表2可见：采用ONP脱墨常用的非离子表面活性剂，浮选后浆料白度增加11.1，ERIC值降低73%；采用DK试剂代替脱墨表面活性剂，浮选后浆料白度增加13.7，ERIC值降低74%；采用DK胶粘物去除试剂时，浮选后纸浆白度能增加14.3，ERIC值降低77%。这表明DK试剂改性后得到的DK胶粘物去除试剂能够使专有试剂产生协同作用改善油墨脱除。采用不同试剂平均浮选脱墨得率没有发现明显差异。

针对DK胶粘物去除试剂与表面活性剂和DK试剂在胶粘物脱除性能方面的对比进行了研究。实验中胶粘物的测定仅针对大胶粘物。旧新闻纸的实验室浮选测试结果如表3所示（脱墨试剂用量仍为2.5 kg/t）。

从表3可以看出，采用DK试剂胶粘物能够降低24%，而采用表面活性剂胶粘物脱除率仅为13%。DK胶粘物去除试剂胶粘物脱除率增加至42%。这表明改性脱墨高岭土基试剂能够明显改善胶粘物的去除效率。

表3 采用旧新闻纸的实验室浮选脱墨胶粘物去除试验

接下来的实验是针对典型的回收印刷废纸浆。纸浆原料由SOP、SWL、MOW和涂布书籍用纸组成。所用的对比表面活性剂是该类废纸脱墨常用的一种非离子型表面活性剂，同时在碎浆机中加入碱性化学试剂（氢氧化钠和硅酸钠），然后与DK试剂和DK胶粘物去除试剂C对比。回收印刷纸的实验室浮选脱墨测试结果如表4所示（脱墨试剂用量为0.4 kg/t）。

由表4可见：与对比表面活性剂相比，DK试剂脱墨浆的ERIC值降低较多，且白度较高；DK胶粘物去除试剂能够进一步降低ERIC值，但是白度变化不明显。另外，尽管表4未列出，但是每种试剂平均浮选脱墨得率并未呈现出明显差异（±1.6）。

表4 采用回收印刷纸的实验室浮选脱墨试验

实验进行了胶粘物测试以对比DK试剂和表面活性剂对胶粘物的去除效果，见表5（脱墨试剂用量为 0.4 kg/t）。

表5 采用回收印刷纸的实验室浮选脱墨胶粘物去除试验

从表5可以看出：DK试剂能够获得较高的胶粘物去除率，DK试剂胶粘物去除量是表面活性剂的2倍；DK胶粘物去除试剂与DK试剂相比具有较高的胶粘物去除率。

总之，与表面活性剂相比，DK试剂和DK胶粘物去除试剂C都能够获得较好的胶粘物去除率和较低的ERIC值，DK胶粘物去除试剂的效果比DK试剂更优。

3 结论

早期开发的用于浮选脱墨的高岭土基脱墨试剂，用专有试剂进行改性后可有助于改善胶粘物从纤维的分离。研究发现，在脱墨控制技术中利用这种DK胶粘物去除试剂能够进一步改善胶粘物的去除。其改善胶粘物去除率的机理是脱墨高岭土能够在浮选过程中收集胶粘物并使其与纤维分离。实验室测试结果表明，与非离子脱墨表面活性剂相比，该试剂能够提高多种废纸浆料的胶粘物去除率。

改性DK试剂也能够改善ONP和回收印刷纸浆料的油墨脱除效果。与DK试剂和表面活性剂相比，DK胶粘物去除试剂浆料的白度增加值和ERIC降低值均较高。这种DK胶粘物去除试剂完全可替代脱墨表面活性剂用于任何浮选脱墨中。