ONP/OMG中性脱墨剂的优选
唐珲军 于 钢 吕 健
(东北林业大学,哈尔滨150040)
摘 要:本文以ONP/OMG混合废纸为脱墨对象,研究了17种表面活性剂及其复配物的中性脱墨性能。结果表明, AEO-7、AEO-20和平平加A-20不仅在单独脱墨时表现出良好的脱墨性能,而且还具有与其他表面活性剂的良 好的配伍性,很适合用作中性脱墨剂的组分,以它们为主要组分的THJ系列中性脱墨剂具有良好的脱墨效果,如用 中性脱墨剂THJ-4,可以使脱墨浆白度提高9. 4% ISO,而浮损率只为10. 4%。
关键词:中性脱墨剂;ONP/OMG;浮选-洗涤脱墨
中图分类号:TS 727+. 1 文献标识码:A 文章编号: 1671-4571(2007)01-0019-04
中性脱墨是一种新型的脱墨技术,它不同于传 统的脱墨技术。传统脱墨技术都是在碱性条件碎 浆,浮选或洗涤的。在碱性条件下,废纸特别是诸如 旧报纸(ONP)这样木素含量多的废纸会发生一种 被称为“碱性发黑”的现象,使白度遭受损失。为了 避免白度的损失,在碎浆时不得不加入过氧化氢、硅 酸钠、鳌合剂等化学品,如此一来就增加了化学品的 用量,增加了制浆成本,增加了废水中COD含 量[1~3]。中性脱墨由于是在近中性或中性的条件下 碎浆的,所以就可以有效的避免了上述的一系列的 问题,因此在木素含量大的废纸的脱墨方面正有向 中性脱墨转变趋势[4, 5]。ONP/OMG混合废纸是脱 墨工业上常用的一种废纸原料,废纸纤维原料中木 素含量大,因此非常适合采用中性脱墨技术。国内 在中性脱墨研究方面尚处于起步阶段,虽然已有中 性脱墨剂开发成功的报道[6, 7],但相对于数量、品种 丰富的碱性脱墨剂来说,中性脱墨剂的品种就非常 少。中性脱墨剂亟待开发。本试验通过对市售的 17种表面活性剂及其复配物的中性脱墨性能进行 研究,试图找到脱墨性能良好的脱墨剂。
1 实验
1. 1 实验原料
旧报纸(ONP)与旧杂志纸(OMG)均为实验室 收集,经手工撕成约2cm×2cm的碎片,分别置于塑 料袋中密封贮存,备用。实验所用表面活性剂均为 工业品。
1. 2 实验方法
实验流程:将废纸撕成片状→碎解→熟化→浮 选→洗涤→抄片及性能检测。
将废纸撕成2cm×2cm的碎片,置于塑料袋中 密封,平衡水分,待用。
碎解:将ONP与OMG以70∶30的比例混合 好,置于1000mL烧杯中,用热水调节好温度(50℃) 和浓度(4. 0% ),并加入表面活性剂(2. 0% ),用JJ -Ⅱ型精密增力搅拌器在转速为1500r/min的条件 下碎浆10min。
熟化:将碎好的废纸浆用热水稀释到浓度为 2. 5%后,置于一塑料袋中,放入恒温水浴中熟化 30min。
浮选、洗涤:熟化完后的浆料稀释至指定浓度 (1. 0% ),用XDFⅡ-3实验室用单槽浮选机浮选 10min,浮选后用80目纱袋充分洗涤。
抄片:用抽滤漏斗抄成浆片,风干;用ZQJ1-B -Ⅱ型纸页抄取器抄成纸片。
浮渣处理:收集浮选过程中被刮出的泡沫并将 其转移至80目的纱袋中充分洗涤,洗去油墨粒子、 填料等,洗完后将所得浆料甩干,均衡水平后检测水 分,求得浮损率(浮选过程中的纤维损失率),以考 查在浮洗过程中纤维损失的情况。
1. 3 检测
白度用YQ-Z-48A白度颜色测定仪测定。
2 结果与讨论
2. 1 单组分表面活性剂中性脱墨性能
在相同操作条件下,采用浮选-洗涤脱墨工艺, 用单组分表面活性剂对ONP/OMG混合废纸进行中 性脱墨实验,并将其结果与不加任何表面活性剂的空白实验进行对比,通过脱墨浆白度提高值,浮损率 等指标,重点是通过脱墨浆白度提高值来考查各表 面活性剂的中性脱墨性能。
2. 1. 1 非离子表面活性剂中性脱墨性能
脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚等非离 子表面活性剂是脱墨剂常用的组分[8],本实验选用 了12种非离子表面活性剂对ONP/OMG混合废纸 进行的中性脱墨实验,实验结果见表1。
从表1中可以看出,加入非离子表面活性剂后, 脱墨浆白度有了明显的提高,最显著的提高了6. 4% ISO(AEO-15)。这表明非离子表活性剂有加入能 够有效的促使油墨粒子的脱落和去除。
比较各类非离子表面活性剂的中性脱墨性能, 脱墨性能最好的是脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO、平平 加)非离子表面活性剂,它们可使脱墨浆白度提高 4.9% ISO以上,而且浮损率也小。使用JFC时,脱 墨浆白度仅提高0. 8% ISO,可能是因为脱墨温度超 过了其浊点,使得它的脱墨性能没有得到充分的发 挥。其次是烷基酚聚氧乙烯醚(OP)非离子表面活 性剂,它们也具有较好的脱墨性能,可以使脱墨浆白 度提高到3. 4% ISO。再次就是多元醇类(EL、吐 温),它们捕集能力强,所在在取得较好的脱墨效果 的同时,浮损率也较大。
通过表1中的数据可以发现,各类表面活性剂 的脱墨性能跟HLB值有一定的关系,以脂肪醇聚氧 乙烯醚(JFC、AEO、平平加)非离子表面活性剂为 例,随着它们的HLB值的增大,脱墨性能也逐渐增 强,在HLB值为15. 0时,脱墨效果最好,脱墨浆白 度提高了6. 4% ISO, HLB值继续增大,脱墨效果反 而有所下降,这可能是因为随着HLB值地增加,表 面活性剂的亲水性增强,疏水性减弱,从而对油墨的 分散作用增强,捕集作用降低,导致浮选效果下降, 增加了后续洗涤脱墨的负荷,最终导致脱墨性能下 降。然而,HLB值同为15. 0的AEO-15、平平加A -20和吐温-60的脱墨性能却完全不同,这表明表 面活性剂的HLB值虽然是影响其脱墨性能的一个 因素,但不是决定性的因素。真正的决定性的因素 应该是表面活性剂的结构。
2. 1. 1 阴离子表面活性剂中性脱墨性能
实验还选用了一些常见的阴离子表面活性剂对 ONP/OMG混合废纸进行的中性脱墨实验,实验结 果见表2。
从表2可以看出,加入阴离子表面活性剂,脱墨 浆白度也有提高,表明这些阴离子表面活性剂也能 够促使油墨粒子的脱落和去除。所以,中性条件下, 实验所选用的所有的表面活性剂对ONP/OMG混合 废纸都有脱墨作用。其中表面活性剂OP-15、AEO -7、AEO-15、AEO-20、平平加A-20脱墨效果最 为突出,它们可以使脱墨浆白度提高4. 5% ISO以 上。
2. 2 两组分复配物中性脱墨性能
废纸脱墨是使纸纤维与油墨分离的过程。这个过程非常复杂,它涉及到润湿、渗透、分散、乳化、发 泡、增溶,捕集等多种作用机理[12]。单一的表面活 性剂很难兼顾到上述各种作用的要求,这也是人们 致力于多组分脱墨剂开发的原因之一,因为多组分 复配可以充分发挥不同结构的表面活性剂各自的性 能,并且在复配时还能产生的协同效应。所以,良好 的配伍性是在选择多组分脱墨剂的主要组分时所参 考的一个很重要的指标。为了考查OP-15、AEO- 7、AEO-15、AEO-20、平平加A-20这五种表面活 性剂的配伍性,分别将它们与另一种表面活性剂进 行复配,并在与前面实验相同的条件下进行了脱墨 实验,实验结果见表3。
从表3中可以看出,各表面活性剂进行复配之 后对脱墨效果产生了不同的影响,有的复配组合改 善脱墨效果,而有的复配组合却不但没有改善脱墨 效果,反而使脱墨果变差。我们认为,当复配后脱墨 所提高的白度超过单独脱墨时,表明这两种表面活 性剂复配后在中性脱墨中产生了协同脱墨效应。通 过对表3中所有的复配组合的脱墨效果进行统计, 发现在参与复配的16种表面活性剂中,与OP-15 产生协同脱墨作用的有11种,占68. 75%;AEO- 7, 15种,占93. 75%; AEO-15, 1种,占6. 25%; AEO-20, 14种,占87. 5%;平平加A-20, 11种, 占68. 75%。由此可见,AEO-7的配伍性最好,其 次是AEO-20,再次就是平平加A-20和OP-15, 而AEO-15的配伍性很差。所以OP-15、AEO- 7、AEO-20、平平加A-20不仅单独用于中性脱墨 时有较好的脱墨性能,而且还与其他表面活性剂具 有良好的配伍性。AEO-15虽然单独脱墨时具有 优良的脱墨性能,可以使脱墨浆白度提高6. 4% ISO,但是配伍性太差,所以不适合作为脱墨剂的主 要组分。
从表3中可以发现有不少复配组合具有良好的 脱墨性能,如AEO-7/油酸钠、平平加A-20/AEO -20等,它们能使脱墨浆的白度提高8. 0% ISO以 上,它们都是一些含有AEO-7、AEO-20或平平加 A-20的复配组合。所以AEO-7、AEO-20、平平 加A-20这三种表面活性剂适合用作中性脱墨剂 的组分。
当复配物中各组分的比例发生变化时,复配物 的性质也会发生变化,脱墨性能也随之发生变化。 为了探寻最佳配比,安排了多组在前面的实验中已 证明具有良好脱墨性能的复配组合,改变两组分之 间的配比,在与前面实验相同的条件下进行了脱墨 实验,实验结果见表4。
从表4中可以看出,在所有的复配组合中,在两 组分比例为50∶50时,各复配组合使脱墨浆白度达 到最高。
2. 3 多组分脱墨剂中性脱墨性能
由于AEO-7、AEO-20、平平加A-20这三种 表面活性适合用作脱墨剂的主要组分,所以在这三 种组分的基础之上再加上另外一种表面活性剂构成 了一系列的中性脱墨剂,定义为THJ系列脱墨剂, 它们在中性条件下的脱墨性能见表5。
从表5中可以看出,THJ系列中性脱墨剂都具 有良好的脱墨性能。它们可以使脱墨浆白度提高 8. 6% ISO以上。比较各脱墨剂, THJ-4可以使脱 墨浆白度提高最多,达到9. 8% ISO,但浮选损失相 对较大,浮损率为16. 8%。THJ-1、THJ-2、THJ- 5虽然在脱墨浆白度上比THJ-4稍有不及,但它们 的浮损率比之明显要低,分别只有11. 8%、12. 8% 和10. 4%。所以综合而言,THJ-1、THJ-2、THJ- 5脱墨性能更为优良。
3 结论
3.1 在中性条件下,实验所选用的所有表面活性剂 都对ONP/OMG具有脱墨作用,其中以OP-15、 AEO-7、AEO-15、AEO-20、平平加A-20脱墨效 果最为突出,它们可以使脱墨浆白度提高4. 5% ISO 以上。
3. 2 在中性条件下,AEO-15具有优良的脱墨性 能,但是它的配伍性很差,OP-15、AEO-7、AEO- 20、平平加A-20不仅单独使用时具有良好的脱墨 性能,而且还具有良好的配伍性。
3.3 在双组分复配组合中,可以使脱墨浆的白度提 高8. 0% ISO以上,它们都含有AEO-7或AEO-20 或平平加A-20。 3.4 AEO-7、AEO-20、平平加A-20适合作为中 性脱墨剂的组分。以它们为主要组分的THJ系列 脱墨剂具有良好脱墨性能,可以使脱墨浆白度提高 8. 6% ISO以上,其中又以THJ-1、THJ-2、THJ-5 脱墨性能最为优良。
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