南京林业大学本科毕业设计论文题目静电复印废纸凝聚法脱墨研究

　 南京林业大学 本科毕业设计（论文）

　题 题

　 目：

　静电复印废纸凝聚法脱墨研究

　 学 学

　院：

　轻工科学与工程学院 专 专

　业：轻化工程

　 学 学

　号：

　 学生姓名：

　王翠霞

　指导教师：秦昀昌

　职 职

　称：

　教授

　二 二 0 一一年 年六 月 一 日

　静电复印废纸凝聚法脱墨研究 摘要 静电复印废纸在办公室废纸中占有很大比例，这类废纸使用非接触式印刷油墨，随着办公室废纸在回收废纸比例中的增加，这种非接触式印刷油墨的有效脱除显得尤为重要，但是在回收过程中所遇到的主要问题是碳粉（Toner）无法利用传统浮选\洗涤等脱墨方法有效去除。在本论文中，选择非离子型凝聚剂为主要凝聚剂，阳离子型表面活性剂做为辅助剂，采用凝聚法脱墨，研究了两种碳粉和两种阳离子型表面活性剂。研究发现，这两种碳粉的凝聚，不同程度的受 NaOH的影响。在弱碱性碎浆时，使得 Toner A 凝聚稍差,而 Toner B 不凝聚。对于 Toner B 对 NaOH 比较敏感，在弱碱性碎浆条件下，添加了非离子型凝聚剂以及阳离子型表面活性剂做为辅助剂，发现能有效凝聚这种 Toner，改善这种 Toner 在弱碱性条件下不凝聚的现象，使得碳粉的脱除率在 85%左右，同时，在中性碎浆时，也能有效的改善 Toner B 的凝聚，使得油墨的脱除率在 90%左右。而 Toner A，受 NaOH 的影响小，添加阳离子型表面活性剂做为辅助剂时，凝聚效果影响不大。

　关键词：静电复印废纸 碳粉 弱碱性碎浆 凝聚法 阳离子型表面活性剂

　Abstract The utilization of recycled office paper has increased tremendously during recent years, causing greatly increased usage of recovered office paper. Xerographic paper is the most important resource of the office waste paper. It contained non-impact printing which was one of the major contaminants in recovered office paper and could not be removed by conventional deinking method. In this research, we choose “spherical agglomeration” method to solve this problem and two types of toner and cationic surfactants were investigated. We found that these two types of toner were sensitive to NaOH. The agglomeration became inefficiency in alkali pulping. To toner B, it is sensitive to NaOH. Cationic surfactant can assist agglomeration in alkali pulping. It is also efficiency in neutral pulping. To toner A, it is insensitive to NaOH. Cationic surfactant can not assist agglomeration.

　Key word：Xerographic paper,

　Toner,

　Alkali pulping,

　Agglomeration,

　Cationic surfactant

　 目 录

　1.前言.............................................. 错误! ! 未定义书签。

　1.1 国内外废纸回收利用现状....................... 错误! ! 未定义书签。

　1.2 国内外废纸脱墨现状........................... 错误! ! 未定义书签。

　1.3 废纸脱墨方法................................. 错误! ! 未定义书签。

　1.4 表面活性剂在废纸脱墨中的应用................. 错误! ! 未定义书签。

　2.实验方法与步骤.................................... 错误! ! 未定义书签。

　2.1 实验原料..................................... 错误! ! 未定义书签。

　2.2 实验试剂..................................... 错误! ! 未定义书签。

　2.3 实验步骤 .................................... 错误! ! 未定义书签。

　2.3.1 备料 ................................... 错误! ! 未定义书签。

　2.3.2 碎浆................................... 错误! ! 未定义书签。

　2.3.3 抄片................................... 错误! ! 未定义书签。

　2.3.4 扫描 ................................... 错误! ! 未定义书签。

　2.4 实验设备..................................... 错误! ! 未定义书签。

　3.结果与讨论........................................ 错误! ! 未定义书签。

　3.1 NaOH 对 M 0 凝聚效果的影响 ..................... 错误! ! 未定义书签。

　3.2 阳离子型表面活性剂在碱性条件下对 M 0 凝聚效果的影响 错误! ! 未定义书签。

　3.3 阳离子型表面活性剂在中性条件下对 M 0 凝聚效果的影响 错误! ! 未定义书签。

　3.4 实验结论..................................... 错误! ! 未定义书签。

　4.致谢.............................................. 错误! ! 未定义书签。

　5.参考文献.......................................... 错误! ! 未定义书签。

　1.前言 1.1 国内外废纸回收利用现状 近年来，国际上造纸原料日益短缺，特别是国内制浆造纸工业面临的环境污染和能耗问题，使人们对废纸的利用越来越重视。废纸利用率的迅速增长正成为世界造纸工业的重要发展趋势。废纸回用纤维作为重要的纤维来源，不但可以缓解造纸原料的匮乏和能量短缺的矛盾，而且可以减轻日趋严重的环境污染问题以及对维护地球的生态平衡产生重要作用 [1] 。

　近几年来，随着人们环保意识的加强，世界各国加强了对森林资源的保护，使世界范围内造纸原料短缺的问题日趋尖锐。人们在发展造纸工业的同时不断开发和寻找着造纸利用的新原料和新方法。迫于资源和环境的压力，人们开始把废纸回收再用，逐渐在造纸工业的原料结构中增加二次纤维的比例。来源于人类社会的废纸已成为造纸工业的重要原料。

　一般的造纸过程是采用天然的植物纤维原料，如：木材、草类等，通过物理及化学的方法制成纸浆，然后抄造成纸张。这种传统的制浆过程需消耗大量的能源、化学药品、水以及生产设备，更不利的是会造成严重的环境污染，使后处理过程需要很大的投资费用【 1 】

　。因此，快速发展的造纸工业愈来愈受到原料、环保和资金等因素的制约，而废纸的回收利用可大大减缓这种局面。

　回收利用废纸与采用原生资源相比，减少了天然纤维原料资源的消耗，可节约用水50%，节约能源60%-70%，节约建设投资约2/3；废纸生产过程中不需要加蒸煮用的化学试剂和助剂，减少了化学药品用量，从而使生物耗氧量减少40%，污水中悬浮物减少25%，固体垃圾减少70%，减少了废弃物对环境的污染；此外，与用植物性原料制成的纸浆相比，利用废纸制成的再生浆具有不透明度高、纤维组织均匀；能满足生产多数纸张的质量要求、适用性广等优点在生产中，回收废纸可大大减少项目投资，降低生产成本和运行费用，提高经济效益和竞争能力。因此，采用回收废纸制浆造纸具有十分重要的意义【 2,3 】

　。

　对于缺少木材资源的我国来说，二次纤维的回用也已成为解决纤维原料短缺的重大举措，回收的废纸已经成为新闻纸、生活用纸或其他纸种生产的重要原料。近年来，我国废纸的回收率和利用率逐年升高。2000年我国废纸回收率仅为29.5%，到2009年废纸回收率大幅提高到40%；废纸的利用率从2000年的41%提高到2008年71.5%。据统计，2009年，我

　国废纸用量为6174万t，其中废纸的回收量为3424万t，进口量为2750万t，占废纸使用量的44.53%。成为主要的造纸纤维原料来源之一 [4] 。

　发达国家对废纸回收利用，不论在规模上，还是在生产技术方面都已具备相当水平。在欧洲、美国、韩国、墨西哥和日本的废纸回收率都很高，而且美国明文规定，造纸厂原料投放必须含 25%以上的废纸。改革开放以来，我国政府十分重视废纸的回收利用，回收利用的废纸数量逐年增加，如下表 1 [18] 所示，2001—2008 年我国的废纸回收利用情况。2000年以后，废纸用量每年以 300 万 t 以上的速度猛增，2008 年度废纸纸浆用量已增加到 4439万 t（折合废纸 5549 万 t）。占纸浆总量的 60%。废纸脱墨浆主要用于生产新闻纸、包装纸、纸板（瓦楞原纸、箱板纸、白板纸等）、印刷书写纸、生活用纸等。废纸已成为当今我国造纸工业发展不可缺少的主要纤维原料 [19] 。

　表 1.1.1 [8]

　2009 年一些国家的废纸回收量及进出口量 国家 回收量 /万吨 回收率 /% 利用率 /% 出口量 /万吨 进口量 /万吨 废纸用量/万吨 美国 4561 63.6 36.2 1908 33 2593 日本 2166 79.3 63.9 491 4.4 1679 德国 1539 84.8 70.7 347 286 1478 英国 815 78.7 88.6 445 10 380 法国 697 73.1 60.0 275 78 500 意大利 620 62.8 56.2 186 41 475 中国 3424 40 71.5 0 2750 6174

　随着废纸造纸产业链的延伸和推动以及人们环保意识的增强，废纸的回收率也有了很大程度的提高，从 2001 年的 27.5%增加到 2008 年的 39.4%，但由于国内废纸回收机制的不足，我国的废纸回收率仍低于 47.7%的世界平均水平和发达国家 70%左右的水平，我国造纸仍存在资源短缺问题，对进口废纸资源仍有很大的依赖性。从另一角度看，表明了，如果有适合中国市场的回收废纸技术，我国的废纸回收利用则存在着巨大的发展潜力，那么，中国的纸制品市场也将对世界能源的再利用做出巨大的贡献 [20] 。

　这类废纸回收的主要问题是静电复印纸和激光打印纸等非接触式印刷废纸所占比例较高。其印刷油墨的组成和性质与传统油墨有较大差别，常规脱墨方法难以脱除。开发具有脱墨率高、环境污染少等优点的脱墨剂，是目前废纸脱墨领域的热点问题。

　1.2 国内外废纸脱墨现状 对造纸工业而言，废纸回用纤维是十分重要的纤维资源。废纸中的旧新闻纸和旧瓦楞纸箱基本上可以实现同级回用，且回用的比率接近极限，办公废纸的纤维长、品质好、价格低廉，是最好的潜在再生纤维资源，未来，混合办公废纸（MOW）将成为回收纸的主要增长源。混合办公废纸主要是静电复印纸和激光打印废纸，其中激光打印废纸所占比例高达 70%~80%。

　静电复印属于非接触式印刷方式。常见的激光印刷是借热熔的方法将调色油墨印在纸张上。激光调色油墨各组分组成大致如下 [21] ：粘结剂：80%~95%；着色剂：5%~15%；液化剂：0%~2%；电荷控制剂：0%~5%；洁净剂：0%~1%。激光打印废纸的油墨成膜性很好，且墨膜较厚，碎解后，油墨呈片状，大小不等，厚薄不均，，用浮选和/或洗涤法去除油墨粒子太大，用筛选和/或净化油墨又太小或者形状不合适，不易从纸浆悬浮液中除去，且仍有许多油墨颗粒粘附在纤维上，不为碱所皂化，利用传统的脱墨工艺很难脱。因此激光打印废纸油墨的可脱除性，是当前激光打印废纸回用过程中亟特解决的重点和难点。

　目前，对办公废纸脱墨效果不错的方法主要有两种，一种是利用机械作用如搓揉分散机，使油墨分散成细小的颗粒，然后浮选除去。另一种是利用凝聚技术将油墨聚集成密度较大的球形或类球形颗粒，经过多次筛选净化除去。另外，酶法脱墨是近几年发展起来的一种新型脱墨方法，它主要是依靠改变脱墨化学的状态，在提高废纸脱墨效率的同时降低环境污染，但这种技术仍处于发展阶段，并且大量的可变因素会影响酶的作用效果，这些可变因素包括调色剂的种类和数量，胶料的种类和数量，其他污染物的存在和酶的性质等。

　另外，还用化学凝聚剂来处理激光印刷油墨。这类的化学助剂是在油性表面活性剂中加入一种能降低油墨颗粒之间排斥了和玻璃化温度的化学品。这种化学助剂加入在水力碎浆机中，温度调整至油墨及其凝聚剂玻璃转化点（60℃）以上，在此温度下油墨及聚集剂开始软化及粘化，疏解约40~60分钟，在这个过程中这些颗粒相互粘结在一起，形成较大的球形颗粒，当制浆温度下降到50℃以下时，凝聚的颗粒会变得坚硬，可以通过缝筛或者除渣器除去 [22。

　23] 。表面活性剂的作用很重要，利用不用性质的表面活性剂进行复配，充分发挥它们各自的性能以及复配后的协同作用，发展多组分、多功能、高效能及低污染的复合型脱墨剂是混合办公废纸脱墨的一个发展趋势 [24] 。

　1.3 废纸脱墨方法

　（1）化学法脱墨

　碱法脱墨是传统工艺，也是全世界目前普遍使用的废纸脱墨方法，即在水力碎浆机中加入皂化剂、分散剂、吸收剂等无机或有机成分，使印刷油墨在物理和化学方法的共同作用下，从纤维表面分离出来，并根据油墨粒子的大小和状态，选用不同的后处理方法（如：筛选、净化、洗涤和浮选等）使之从浆料中除去。碱法脱墨常用的脱墨剂除NaOH、Na 2 SiO 3 、H 2 O 2 、EDTA等无机化学品外，还应用大量的表面活性剂。常用的皂化剂有：NaOH、Na 2 CO 3等，主要用于调节浆料的pH值，使废纸纤维润胀，使油墨中的油脂和树脂皂化或水解（或两者同时发生）从而使油墨粒子、填料等从纤维表面游离出来。同时，可以使施胶纸张中的松香皂化，便于纤维分散。

　但是，在碱性脱墨法中，由于NaOH的存在，会从废纸浆中抽提出木素和其他有色物质，使含机械木浆的废纸变黄发黑，易产生“碱性发黑”现象，同时在高pH值下易引起纤维的进一步损伤，从而导致纸张强度的降低，同时会使废水的COD值增高，污染环境，还有就是诸如激光打印油墨、静电复印油墨、紫外光固化油墨等等非接触油墨的大量使用，使得在碱性条件下脱墨的优势丧失，脱墨效果差由于以上这些不足之处，这种脱墨方法将逐渐被新型的中性脱墨技术取代。

　早在 1963 年， Abitibi Paper 有限公司提议在不添加强碱源的条件下对废纸进行脱墨。在它的一项专利中，介绍了一种使用亚硫酸钠和某可溶性两性聚合物表面活性剂的混合物在中性条件下对废纸进行脱墨的方法。J.MJobbin 等人 [16] 对办公废纸进行了中性脱墨研究。法国造纸技术中心 c.calland 等人 [17-18] 对用水性苯胺油墨印刷的旧报纸进行了中性、碱性双回路脱墨试验。在国内，高玉杰等人 [19~20] 、王守娟等人 [21~22] 、孙楠楠 [23 也对废旧新闻纸的中性脱墨进行了研究。国内外的研究表明，中性脱墨可以有效的脱除各类废纸中的油墨，与碱性脱墨相比，还具有很多优点 [24] ：（l）减少化学药品的用量，降低脱墨成本。(2)在处理含机械浆的废纸时，不会发生“碱性变黑”的现象。(3)脱墨废水中的 COD 含量低，废水处理负荷小。(4)在中性条件下，油墨粒子更适于浮选与洗涤的要求。(5)中性条件下，胶粘物不易分散，更容易除去。(6)阴离子垃圾少。(7)只需少量或不需要 pH 值调节剂。

　（2）酶法脱墨 [25]

　1991 年，韩国学者首次报道应用纤维素酶及木聚糖酶将油墨有效的从废新闻纸浆中脱除。此后各国学者纷纷展开此项研究，许多关于酶法脱墨的专利已申报或已获得批准。目

　前，用于脱墨研究的酶有脂肪酸酶、酯酶、果胶酶、淀粉酶、半纤维素酶、纤维素酶和木素降解酶，其中大多数使用纤维素酶和半纤维素酶。各种酶的作用机理也有所不同，如脂肪酶和酯酶是通过水解油基油墨载体而产生脱墨作用的；果胶酶、木素降解酶及半纤维素酶，不会作用于油墨，但可以改变纤维的表面或油墨粒子附近的连接键而产生脱墨作用。

　与传统的化学法脱墨相比，酶脱墨具有明显的优势：（1）能适应任何油墨，油墨与纤维分离彻底，脱墨浆白度高，尘埃少。（2）浮选排渣少，纤维得率高。（3）可降低氢氧化钠、硅酸钠、双氧水等化学药品的用量。（4）脱墨废水负荷远低于化学脱墨，有利于环境保护。实验室研究和工业化规模试验已证实酶法脱墨是一种效果好、经济可行。的废纸脱墨方法。

　（3）蒸汽爆破法脱墨 [26-28]

　蒸汽爆破法脱墨是将爆破法制浆的原理用于在废纸脱墨上，它是将废纸加热到一定的温度和压力后，进行瞬间释压，在释压过程中油墨、乳胶及蜡等能被分散成极微小的颗粒，从而实现废纸脱墨的方法。蒸汽爆破法用于废纸回收己有30多年历史，但以前均因间歇操作而受到制约。

　Be(Blaekelawson)公司和Reeoupe公司已开发应用了一种新的连续式蒸汽爆破技术。该项技术的主要优点在于可将油墨粒子分散成便于洗涤除去的微小颗粒，且纤维解离时，可不加或少加化学品。此外，它还能解决石蜡、松香、胶粘剂、热熔物等难以除去以及激光、静电复印等油墨难以分散等问题。但经蒸汽处理后，成纸的白度和物理强度有所下降。

　（4）溶剂法脱墨 [29]

　溶剂法脱墨是只用溶剂，不用水、或用少量水溶解油墨中的油脂和树脂，从而使油墨从纤维上游离出来的脱墨方法。目前在日本、美国已有工厂用三氯乙烯和乙烷作溶剂进行废纸脱墨。1995 年加拿大安大略省 Manuvin 公司发明了一种新的溶剂脱墨法，以丁氧基乙醇水溶液为脱墨剂，可以成功的对旧报纸，旧杂志纸、混合办公废纸进行脱墨。

　（5）超声波法脱墨 [30-31]

　超声波法脱墨是利用超声波在液体中产生的空化作用，将能量传递到废纸纤维上，由于这股能量会产生两种作用：一是使油墨粒子松弛，并从纤维表面移开；二是可使油墨粒子自行碎解，在这两种作用下，油墨粒子可以从纤维上脱落下来。超声波法脱墨具有如下优点：少用或不用化学药品，降低成本，减轻废水污染;对高光泽油墨去除效果好，脱墨效率高；脱墨浆的耐破因子、裂断长、伸长率、白度等指标有明显的提高。

　（6）电场法脱墨 [32]

　电场法脱墨是通过将高压电场加到废纸浆料上，使油墨和其他的污物从纤维上脱离的一种脱墨方法。在使用电场法对废纸进行脱墨时，深入到管道中的阴阳两极在通电时将产生300-2000V/cm的电势差，这时，两电极之间的废纸浆料就处在了高压电场下，浆料中的污物粒子如油墨、胶粘物等在电的作用下容易从纤维上脱离，有机物在高压电的作用下会失去活力。它对苯胺油墨、普通油墨、微小胶粘物、调色油墨、蜡等很难用常规技术脱除的污染物尤其有效。这种脱墨方法还有一个其它任何脱墨方法所无法比拟的优点，就是经本方法处理的脱墨浆的轻基结合点增多，氢键增多，所得脱墨浆的强度比原浆要高。

　经过脱墨的第一步后，纤维上的油墨已经成功从纤维上游离出来并在废纸浆悬浮液中呈分散状态。接下来的第二步，就是分离己剥离下来的油墨粒子与废纸纤维。

　按照分离方法的不同也可将脱墨分成如下几种脱墨方法：

　（1）洗涤法脱墨 [6]

　洗涤法脱墨工艺是一个水力分离的过程，其基本原理是通过筛板或筛网对纸浆悬浮液进行筛选，水夹带着油墨颗粒被除去。为了获得良好的脱墨效果，洗涤法工艺要求油墨颗粒的尺寸越小越好。通常适用范围为粒径小于10μm，但粒径在5μm以下的油墨颗粒去除效果最佳。实际生产中去除油墨的粒径范围还决定于筛网网目的尺寸以及不同洗涤器上形成的纤维层的厚度。

　洗涤法具有设备简单、投资费用低，脱墨浆强度性能较好，质量较高的优点，其灰分去除率可高达95%。但同时也存在着耗水量大，浆得率低及废水处理负荷大的缺点。

　（2）浮选法脱墨 [6] 浮选法分离油墨的过程是运用不同颗粒具有不同的表面性能的机理来达到分离的目的。因为只有具有僧水性表面的油墨颗粒会产生浮选，而具有亲水性表面的纤维则会存留在水中。该方法是废纸经水力碎浆机碎浆后，通过废纸脱墨剂的作用，使剥离的油墨适当凝聚，然后将空气鼓入稀释的纤维-水悬浮液(0.8%~1.3%浓度)中，油墨由于受到水的排斥力，附聚到空气泡上，然后一起浮至液体表面，含有油墨的泡沫由机械逆流或真空抽吸被除去。浮洗法脱墨对粒径在10μm -150μm范围内的油墨粒子脱除效果最佳，而对在此范围之外的油墨粒子去除效果不是很理想。

　与洗涤法相比，浮选法具有浆得率高，耗水量小及废水处理负荷小的优势，但是这种方法设备复杂，投资费用高。

　（3）浮选洗涤法脱墨 [39]

　在浮选洗涤法中，废纸经水力碎浆机碎浆，在废纸脱墨剂作用下，浮选出较大的油墨

　粒子(10μm~100μm)，洗涤掉较小的油墨粒子(<10μm)，从而达到除去油墨的目的。采用浮选洗涤法，由于经过浮选和洗涤两道工序，使纸浆质量高、灰分去除率高，同时耗水量和废水处理负荷适中，因此目前采用国产设备及脱墨剂的纸厂大都采用这种工艺，以改善单一方式所产生的不足。

　（4）附聚法脱墨 [33]

　附聚脱墨法虽然也是化学处理结合机械作用而使油墨与纤维分离。但与传统方法不同的是，它不是碎解、分散油墨，使其尺寸变小，而是将油墨颗粒聚集成400μm以上、密度较大的球形颗粒，增大其尺寸和相对密度，然后通过离心清洗结合筛选的方法除去。但是，高度施胶及阳离子淀粉的存在，严重影响其脱除油墨的效果。

　图 1.3.1 液桥凝聚的方式 Liquid bridge Funicular stateSaturated pores or capillary stateLiquid droplet filled with particles

　图 1.3.2

　液桥凝聚的阶段

　洗涤法在去除尺寸较大的油墨（＞20um）时，效率低。而浮选法在去除尺寸较小的油墨（＜20um）时，效率低 [22] 。高效率的浮选，所需要的油墨尺寸在 10~100 um 之间。

　[21]

　针对油墨对聚集效果起到的负效果，也已经有人做了部分研究，其中研究表明对于带负电的碳粉，由于碳粉表面带负电，在纸张中的添料阳离子淀粉会吸附到带负电的油墨降低了油墨的亲油性，使得油墨不聚集。并且，在纸张中的阳离子助剂，例如 Polymine, Poly-DADMAC,也会使得油墨不聚集。为了解决这个问题，在脱墨过程中添加阳离子型表面活性剂 CTAC 和淀粉酶，在论文中的模型下，改善了聚集效果，因为 CTAC 吸附到带负电的油墨表面，使得油墨的亲油性增强。但是在回收的废纸中添加相同的阳离子型表面活性剂，却没有效果。

　针对 M 0 是公认的有着显著效果的聚集剂，在中碱性条件下，都能使用，但是也有研究表明在碱性条件下，使得油墨的接触角变小，降低了油墨的亲油性。

　1.4 表面活性剂在废纸脱墨中的应用

　废纸脱墨过程是一个化学反应和物理反应相结合的过程，一般是通过脱墨化学品来破坏油墨对纤维的粘附，在适当的温度和机械力作用下，将油墨从纤维上分离下来。整个过程主要分为三步，即疏解分离纤维、油墨从纤维上分离、分离的油墨从浆料上出去。为了有效脱墨废纸中的油墨，机械作用、热能作用必须与脱墨化学品互相配合。如果配合不当，油墨脱离不完全，或即使脱离下来也不能有效除去，从而影响脱墨的效果。办公废纸油墨一般不为碱所皂化，必须加入合适的脱墨剂使纤维膨胀，采用较强的机械剪切力破坏油墨与纤维的牢固结合，促进油墨的剥离和分散或凝聚，在通过合适的方法将脱离的油墨除去。

　表面活性剂是脱墨剂中不可缺少的药剂，它决定了整个脱墨剂配方的优良与否。表面活性剂的品种很多，使用范围很广，在废纸脱墨中可作为分散剂、捕集剂、湿润剂、助滤剂和抗沉淀剂等。脱墨过程中使用的表面活性剂，具有两个主要组分—亲水基团和亲油基团。当表面活性剂被加到水力碎浆机或浮选前的废纸浆内时，亲油基团将会与油墨、油脂等污物结合在一起，同时亲水的一端仍滞留在水中。这种作用常被描述为“胶束”的形成过程。

　按照亲油基所带的电荷种类，我们可以把表面活性剂分为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂 [41] 。表面活性剂的结构形式可以是直链

　状、支链状，也可以是带有电荷的基团、长链或短链，还可以含有双键或单键等 [42] 。

　衡量表面活性剂特性的技术术语之一是 HLB 值，即亲水—亲油平衡值，它表示在表面活性剂结构中，亲水基团与亲油基团之间的质量比率。当 HLB 值高时，意味着表面活性剂分子中亲水部分影响力大于亲油部分，反之则亦然 [43] 。不用 HLB 值的表面活性剂具有不同的性能和用途，在脱墨应用中，取得的效果也不一样。下表 2 [44] 表示了 HLB 值对水溶性和应用性能的影响。

　表 1.3.1 HLB 值对水溶性和应用性能的影响 HLB 值 水溶性 应用性能 1—3 不溶于水 消泡剂 3—6 水溶性差 油包水乳液 W/O 6—8 可与水混溶 湿润剂 8—10 乳白分散液 水包油乳液 O/W 10—13 透明分散液 洗涤剂 O/W 13—18 清澈溶液 溶解剂

　另一个衡量表面活性剂特性的技术术语是浊点，它是用来表明表面活性剂与温度有关的特性现象。当表面活性剂以稀释的溶液加入到水中后，它们会在一定程度上分散到水溶液中。当温度低于浊点温度时，表面活性剂的分子在水中能获得良好的分散。但当温度升高时，表面活性剂分子相互间开始频繁靠近并结合在一起。若干分子的联合或结合从肉眼看来在水中成云彩状或乳状。溶液产生这种现象时的温度就叫浊点。由于表面活性剂在温度刚低于浊点的情况下，作用与效果发挥最佳，因此浊点被视为表面活性剂最重要的性能指标之一。通常以 1%或 10%浓度的水溶液作为评价浊点的标准 [45] 。

　在筛选适宜的表面活性剂作为脱墨剂时，首先应该对各种类型表面活性剂进行分析。阴离子型表面活性剂有很好的去污性能，其发泡性好，泡沫细且稳定，价格也较低，但是其选择性较差，且大多数的阴离子表面活性剂是水溶性的，有在循环水中产生累积的危险，因此，在废纸脱墨中一般不单独使用。必须和非离子型表面活性剂复配才能取得最佳的效果。非离子表面活性剂较之阴离子表面活性剂一般在较低的浓度下就有很好的乳化分散作用，其临界胶束也较低，所以采用阴离子和非离子表面活性剂的复配用于脱墨的较多，也较科学。浮选法/洗涤法脱墨较多的选用非离子和阴离子表面活性剂作为脱墨用表面活性剂。阳离子表面活性剂在水溶液中通常呈弱酸性或中性，常用作杀菌剂、柔软剂、抗静电

　剂等，但洗涤性能较差，价格也贵，且容易与相反电荷的纤维吸附，一般不考虑用阳离子表面活性剂。但是，有研究表明，在水性油墨印刷类废纸脱墨及高级涂布纸的脱墨中，采用阳离子表面活性剂进行辅助脱墨，可以取得较好的脱墨效果 [46] ，并且国外也有研究，办公室废纸脱墨造粒法脱墨中，一些阳离子表面活性剂配合一定量的造粒剂可以取得很好的造粒脱墨效果。下表 1.3.2 是脱墨剂常用表面活性剂种类。

　表1.3.2. 脱墨剂常用表面活性剂的种类

　类型 典型代表物 阴 离 子 型 羧酸盐型 油酸酯盐、硬脂酸盐 硫酸盐型 十二烷基硫酸钠、硫酸化蓖麻油 硫酸化油

　脂肪醇聚氧乙烯硫酸盐 AES 磺酸盐型

　磺化湖泊酸酯盐

　烷基磺酸盐 渗透剂T 烷基苯磺酸盐 石油磺酸钠、十二烷基苯磺硫酸钠 磷酸酯盐型：

　十二烷基磷酸酯盐 非离子型 醚型：聚氧乙烯烷基醚 JEC、AEO-9 聚氧乙烯烷基苯醚 OP-10、TX-10 环氧乙烷-环氧丙烷共聚物 EO/PO

　酯型：聚氧乙烯烷基酯

　Span系列 Sp-20,60,80 烷基酰胺

　 在办公废纸的脱墨中，表面活性剂的作用很重要，利用不用性质的表面活性剂进行复配，充分发挥它们各自的性能以及复配后的协同作用，发展多组分、多功能、高效能及低污染的复合型脱墨剂是混合办公废纸脱墨的一个发展趋势 [47] 。

　 2.实验方法与步骤 2.1 实验原料 ① 复印纸：采用 APP“Gold Ball”

　定量为 70g/m 2 ，CaCO 3

　加填，AKD 中性施胶办公复印纸 ② Toner A: 使用机型-Kyocera KM-1635 Toner B: 使用机型- Canon iR3300

　*** 种类- 中国制\填充型 *** 2.2 实验试剂 表 2.2.1.实验试剂统计表 试剂名称 试剂规格 试剂纯度 试剂生产厂商 M 0

　化学纯 ≥98% 南京化学试剂有限公司 NaOH 分析纯 ≥96.0% 南京化学试剂有限公司 L 18

　化学纯 ≥96.0% 南京化学试剂有限公司 W 16

　分析纯 ≥99.0% 上海凌峰化学试剂有限公司

　注：

　M 0 非离子型凝聚剂 L 18 、W 16 阳离子型表面活性剂 2.3

　实验步骤 2.3.1 备料 将静电复印废纸每次称取 30g 绝干重，撕为 1cm×1cm 纸片,放入封口袋中，备用. 每袋中的碳粉量是一样的。

　2.3.2 碎浆 ① 在设定为 75℃的水浴锅中，使得水里碎浆机的温度为 70℃，以 6%的浆浓碎浆，首先将化学药品投入到锅中，低速搅拌 3min。然后将事先称取好的纸片投入到锅中，高速813rpm/min 旋转 15min,使得纸片碎开。

　② 15min 后，将转速降低为 443rpm/min，以利于油墨凝聚。

　下图 2.3.2.1 为碎浆实验流程图。

　2.3.3 抄片 按照Tappi Method T205 OM-8抄成绝干重为60g/m2 的手抄片四张，经24小时风干后，取样扫描

　2.3.4 扫描 使用北大方正扫描仪，扫描软件为Autospec4.0,扫描油墨颗粒面积为 >0.01mm 2 的油墨。所取得的数据是PPM(mm 2 /m 2 ), NPM(number/m 2 ),

　Average spec area（mm 2 ）

　下图 2.3.1 为实验方块流程图 碎浆 813rpm/ 15min

　70℃ 6%浆浓 凝聚 443rpm/ 45min 图 2.3.2.1 碎浆实验流程图

　 图 2.3.1 实验流程图 2.4 实验设备

　 表 2.4.1

　实验设备统计表

　设备名称 设备规格 设备生产厂商 水力碎浆机 有效容积 1L 自制螺旋型转子 标准纸业成型器 STANDARD 华南理工大学国家重点实验室 方正扫描仪 Autospec 4.0 北大方正 数显恒温水浴锅 HH-4 国华电器有限公司 压力缝筛 40180、PE400

　奥地利 PTI 公司 颗粒电荷测定仪 PCD-03 BTG Mütek GmbH

　 碎浆 抄片 扫描 绘图\数据分析

　NPM/PPM Average spec area 废纸 化学 试剂 筛选

　 3.结果与讨论 3.1 NaOH 对 M 0 凝聚效果的影响 添加 2.0% M 0 凝聚剂，在不同的 NaOH 用量时，这两种油墨表现出不同的凝聚效果。

　从图 3.1.1~3.1.2 可以看出 tonerA 在中性碎浆条件下凝聚效果最佳，而在 0.5%NaOH用量的条件下，凝聚效果变差，NPM 由中性条件下的 3 万增加到碱性条件下的 6 万，平均油墨面积由中性条件下的 0.3mm 2 下降到 0.1mm 2 ，凝聚效果变差。而 tonerB 在中性条件下凝聚，在碱性条件下，不凝聚。NPM 由中性的 6 万增加到碱性条件下的 17 万，平均油墨面积由中性条件下的 0.1mm 2 下降到 0.04mm 2 。

　0500001000001500002000002500000 0.25 0.5 0.75 1NaOH 百分比用量/%NPMToner A Toner B 图 图 3.1.1. 不同 NaOH 用量对 Toner A 与 Toner B 凝聚效果影响【NPM】

　 00.050.10.150.20.250.30.350 0.25 0.5 0.75 1NaOH 百分比用量 /%particle size (mm 2 )Toner A Toner B 图 图 3.1.2. 不同 NaOH 用量对 Toner A 与 Toner B 凝聚效果影响【Ave.】

　将上述条件下的纸浆经过 0.15mm 的缝筛后，进行抄片扫描。

　从图 3.1.3 来看，可以得出同样的结论，对于 Toner A 经过筛选后，PPM 在中性条件下由 6000 下降到 200，在碱性条件下 PPM 由 6000 下降到 1000，可以看出碱会使 TonerA的凝聚变差,但是 80%的碳粉可经过筛选去除。

　从图 3.1.4 来看，对于 tonerB 在中性条件下经筛选后 PPM 由 6000 下降到 1600，而在碱性条件下 PPM 并没有减小，所以碱性碎浆使得 toner B 不凝聚。

　0100020003000400050006000700080000 0.25 0.5 0.75 1NaOH 用量百分比/%PPM筛前（PPM) 筛后(PPM) 图 图 3.1.3. 不同 NaOH 用量对 Toner A 凝聚效果影响（筛选前后比较）【PPM】

　0200040006000800010000120000 0.25 0.5 0.75 1NaOH 用量百分比/%PPM筛前（PPM) 筛后（PPM) 图 图 3.1.4. 不同 NaOH 用量对 Toner A 凝聚效果影响（筛选前后比较）【PPM】

　 3.2 阳离子型表面活性剂在碱性条件下对 M 0 凝聚效果的影响 在碱性条件下，选择用碱量为 0.5%,M 0 =2.0%时，添加了不同用量的阳离子型表面活性剂 L 18 ,W 16 。

　对于 TonerB,可以由图 3.2.1~3.2.2 看出，添加阳离子型表面活性剂 0.08%-0.1%的用量下，使得 TonerB 从不凝聚变得凝聚。NPM 由 17 万下降到 3 万，平均颗粒面积由 0.04mm 2增加到 0.16 mm 2 、0.35 mm 2 ，可以看出 CTAB 较 L18 更有效。并且凝聚效果比在中性条件下凝聚效果更好。而且，当阳离子型表面活性剂的用量在低用量时，并没有凝聚效果，而在高用量时，凝聚效果反而变差，这是与在打浆、抄片后油墨出现了分散熔融现象是一致的。

　0500001000001500002000002500000 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14L 18 /W 16

　用量百分比/%NPML18 W16 图 图 3.2.1

　L 18 /W 16 对.Toner B 在 2.0%M0 时凝聚的影响【NaOH(%)=0.5】

　0.00000.05000.10000.15000.20000.25000.30000.35000.40000 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14L 18 /W 16

　质量百分比/%particle size (mm 2 )L18 CTAB 图 图 3.2.2

　L 18 /W 16 对.Toner B 在 2.0%M0 时凝聚的影响【NaOH(%)=0.5】

　 对于 TonerA，由图 3.2.3,3.2.4 来看，添加了阳离子型表面活性剂，对 Toner 的凝聚效果并没有影响很大。

　010000200003000040000500006000070000800000 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1L 18 /W 16 质量百分比/%NPML18 W16 图 图 3.2.3

　L 18 /W 16 对.Toner A 在 2.0%M0 时凝聚的影响【NaOH(%)=0.5】

　0.00000.02000.04000.06000.08000.10000.12000.14000.16000 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1L18/CTAB concentration/%particle size (mm 2 )L18 W16 图 图 3.2.4

　L 18 /W 16 对.Toner A 在 2.0%M0 时凝聚的影响【NaOH(%)=0.5】

　3.3 阳离子型表面活性剂在中性条件下对 M 0 凝聚效果的影响 在中性碎浆条件下，在 2.0%M 0 条件下，同样添加了阳离子型表面活性剂。

　对于 TonerB,可以由图 3.3.1, 3.3.2 看出，添加阳离子型表面活性剂 0.04%-0.06%的用量下，使得 TonerB 的 NPM 由 6 万下降到 1 万以下，平均颗粒面积由 0.1 mm 2 增加到 0.4 mm 2 ，使得凝聚效果变好。

　0100002000030000400005000060000700000 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12L18/W16 质量百分比/%NPML18 W16 图 图 3.3.1

　L 18 /W 16 对.Toner B 在 2.0%M0 时凝聚的影响【NaOH(%)=0.0】

　 00.10.20.30.40.50.60 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12L 18 /W 16 质量百分比/%particle size (mm2 )L18 W16 图 图 3.3.2

　L 18 /W 16 对.Toner B 在 2.0%M0 时凝聚的影响【NaOH(%)=0.0】

　 对于 TonerA，由图 3.2.3~3.2.4 来看，添加了阳离子型表面活性剂，对油墨的凝聚效果并没有影响很大,在添加用量大时，反而使得凝聚效果变差。

　01000020000300004000050000600007000080000900000 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1L18/W16 质量百分比/%NPML18 W16 图 图 3.3.3

　L 18 /W 16 对.Toner A 在 2.0%M0 时凝聚的影响【NaOH(%)=0.0】

　 00.050.10.150.20.250.30.350 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1L 18 /W 16 质量百分比/%particle size (mm 2 )L18 W16 图 图 3.3.4

　L 18 /W 16 对.Toner B 在 2.0%M0 时凝聚的影响【NaOH(%)=0.0】

　 3.4 实验结论 1.

　Toner A 与 Toner B 的凝聚效果都受碱的影响，并且都产生负效果，使得 Toner A 凝聚

　稍差，而 Toner B 不凝聚。

　2. 使用 0.08%~0.1%阳离子型表面活性剂使得 Toner B 不论在中性还是碱性条件下的凝聚效果都能得到改善.在碱性碎浆时，使用 0.08%~0.1%阳离子型表面活性剂,使得碳粉凝聚，85%左右的油墨可以经过筛选排除。在中性碎浆时使用 0.04%阳离子型表面活性剂，凝聚更好, 90%左右的油墨可以经过筛选排除.中性较碱性条件下凝聚更好,阳离子型表面活性剂需求量更低。

　3. 使用阳离子型表面活性剂对 Toner A，不论在中性还是碱性条件下的凝聚，影响都不大。

　4.致谢 本论文是在导师秦昀昌教授以及辅助指导老师童国林教授的悉心指导和亲切关怀下完成的。三个月以来，两位指导老师为论文的顺利完成倾注了大量的心血。秦昀昌教授给予了充分的技术帮助及物资支持，给予了我颇多耐心的指导和帮助。导师渊博的知识、严谨的治学态度、科学周密的思维方式、严厉宽厚的师德让我受益匪浅。在此，特向两位导师表示最诚挚的感谢！

　实验在实际进行过程中还得到了多方面的支持与关心。比如皮成忠老师、刘学斌、宜勇刚老师在药品和仪器等方面的支持。此外还要感谢在实验过程和论文写作中，同实验室的解傃瑾，蒋杰师姐、徐衮田师兄以及其他同学给予的帮助。

　在此对毕业论文期间给与我关心和帮助的所有老师、同学和朋友表示最衷心的感谢！

　作者：王翠霞 2011 年 6 月

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