脱墨剂在废纸回收利用中的应用概述

脱墨剂在废纸回收利用中的应用概述摘要森林资源的匾乏、环境的污染都要求对废纸进行再生利用。

在未来的造纸工业中,提高废纸在纤维原料中的比重异常重要。

本文指出了废纸脱墨剂在废纸再生利用中的重要性,简述了废纸脱墨剂的作用机理及与废纸脱墨工艺之间的相互关系,并就废纸脱墨剂的现状和发展趋势作了简要的分析。

关键词废纸脱墨剂机理分类展望
为了解决造纸纸浆不足,并考虑到造纸行业资源的贫乏及资源的高度利用,降低制纸成本,国外已广泛推行把报纸,杂志、书籍纸等废纸再生使用,使废纸的经济作用日益提高,目前在国外废纸作原料,同采用纸浆和植物纤维造纸相比,还可节约能源和水。

我国废纸回收起步较晚,回收率也较低,占10%左右,而且基本上用于生产低级箱板纸以及包装纸。

众所周知,利用废纸再生纸浆的重要一环,是必须进行废纸脱墨处理。

1 脱墨的原理
印刷油墨是由干性油、动物胶或树脂分散在其中的碳黑或其他颜料粒子组成的。

这些粒子通过印刷粘附在纸张纤维上,而脱墨的原理则和印刷的原理恰恰相反,在于破坏这些粒子对纤维的粘附力。

为此,需要加入一些化学药品,在适当的温度和机械作用下,将上述粘着剂皂化、溶解、使油墨和颜料从纤维上分离开来,其整个过程,大致分为以下三个步骤:( l ) 疏散分离纤维;( 2 ) 使油墨从纤维上脱离;(3)把脱离出来的油墨粒子从浆料中除去。

废纸脱墨过程中脱墨化学品使废纸上印刷油墨的表面张力降低，从而产生润滑渗透乳化分散等多种作用，而机械化学和热协同作用才能使纤维上的油墨脱除干净。

因此用于废纸脱墨的脱墨剂必须具有以下性质：
1、有助于废纸的疏解及脱墨,不产生脱墨后的再吸附现象,有利于被分离油墨的除去。

2、降低废纸浆的含碳量,提高白度,浮选去污时使碳分能顺利地随气泡去掉。

3、不影响制成纸浆的得率,不影响抄纸机的生产。

能在废水处理中起良好的作用。

为达到上述目的,制得高质量纸浆,往往采用多种脱墨剂配合使用。

2 脱墨废纸的种类
使用何种脱墨剂主要由脱墨车间所用废纸的种类和性质来决定。

为使脱墨效果最佳、成纸质量较好,应充分了解常用脱墨废纸的种类及其性质。

2.1 混合废纸
此类废纸指各种不同废纸的混合类,其中主要包括有损纸、纸边、旧帐薄等等。

此类废纸脱墨比较容易,采取常用的办法即可脱除一般的干性油基油墨,如采用了完全氧化的油基油墨,不干性的油墨以及合成树脂为基础的油墨,特别是现今使用的各种高光泽和金银粉油墨,用碱是不能完全脱除的,可采取如三氯乙烯、四氯乙烯苯、四氯化碳溶剂、皂类及表面活性剂等。

2.2 含机木浆的废纸
在以前,我们一般不使用或限制使用含机木浆的废纸。

因为机木浆不仅脱墨困难,在脱墨过程中会变成褐色,而且不能直接采用次氯酸盐漂白,且漂白以后又容易返黄。

另外,机械木浆纸的离解特别困难,倾向于形成小而硬的纤维块。

2.3 湿强废纸和含橡胶类或热塑性材料的废纸
这部分废纸的脱墨是非常困难的。

因为高湿强度难以分离成纤维,离解时需要高温和低pH值。

如牛皮纸,半透明纸等,解离非常困难,又如蜡纸、树脂浸渍和树脂涂布纸具有抗水性,用普通脱墨方法不可能使纤维分离;而含橡胶材料的纸张如抗胶类物质没有适当分散,那么1千克的这种物质足以使上百吨的废纸不能离解。

2.4 彩色废纸
对彩色废纸脱墨有些问题至今未能解决。

这是由彩色颜料的性质决定的,当纸张中含有耐化学药品性
强或不褪色染料时,脱墨十分困难。

又多数的碱性和酸性染料通过碱煮即可破坏,用连二亚硫酸锌也可使之不煮(尽管延长处理时间)。

碱性染料倾向于再氧化,大多数的直接染料能用碱、氯或连二亚硫酸盐脱色。

2.5 废新闻纸（ONP）
ONP由于填料、施胶少，吸收性能强，易润湿、碎解，加之印刷时所用连接料都为油型连接料，用碱法脱墨可以取得一定效果，加入合理复配的表面活性剂能够更好的提高浮选、洗涤效率，提高脱墨浆白度，降低尘埃度。

2.6废旧杂志纸（OMG）
OMG所用印刷的油墨为干燥式或代固化式型，这类纸施胶度相对较高，纤维吸墨性较差，印刷过程中，油墨吸附在纸上，溶剂不能立即被纤维吸收，而是通过干燥或者代树脂固化在纸表面，树脂有一个化学固化过程，固化后油墨固着力强，脱墨相对较难，脱墨时可采用高浓度碱皂化加高渗表面活性剂剥离。

2.7 混合办公废纸（MOW）
MOW主要是静电复印纸和激光打印纸，即为非接触性印刷废纸。

印刷时加热油墨至熔融，并加以压力使其固定在纸上，因此，油墨的牢固性、耐磨性、耐水性、耐酸碱性都很高。

由于MOW采用的是特殊固化油墨，所以油墨载体树脂不能被碱皂化。

传统的碱法脱墨工艺几乎不起作用，主要采用酶法脱墨。

3 脱墨工艺方法
当前，废纸脱墨的工艺方法主要有三种：洗涤法、浮选法以及浮选和洗涤相结合的方法。

而超声脱墨法、生物脱墨法，属新的脱墨技术，尚未推广。

国外主要采用浮选法，国内则多采用洗涤法或浮选与洗涤相结合的方法。

3.1 洗涤法
洗涤法是最早使用的传统方法，其脱墨工艺是一个水力分离的过程，主要是利用大量的水将油墨粒子从纤维上洗去。

基本原理是通过筛板或筛网对纸浆悬浮液进行筛选，水夹带这些油墨颗粒被除去。

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10um，但粒径在10um以下的油墨颗粒去除效果最佳。

3.2浮选法
浮选法是最近几十年发展很快的脱墨方法。

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。

因为只有具有憎水性表面的油墨颗粒才可以浮选，而具有亲水性表面的纤维则会存留在水中。

该方法是将空气鼓入稀释的纤维水悬浮液中，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。

目前，日本、欧洲多用此法。

我国也有愈来愈多的造纸厂采用了这一方法。

目前利用最多的是洗涤和浮选相结合的工艺方法。

该方法综合利用洗涤和浮选工艺方法的优点，可以降低成本，提高浆的白度，是现在应用很普遍的脱墨方法。

4 脱墨剂种类
脱墨剂可根据废纸种类、废纸上油墨种类,产品要求等,进行选择,大致分为以下几类:
4.1 按成分分类
4.1.1 无机化合物脱墨剂
无机脱墨剂是指脱墨剂是无机物。

常用的有碳酸钠、氢氧化钠、磷酸钠、硅酸钠、磷酸盐、过氧化物等化合物。

4.1.2 有机化合物脱墨剂
有机脱墨剂是指脱墨剂是有机物。

主要是表面活性剂，常用的有阴离子型和非离子型表面活性剂两种。

常用的阴离子表面活性剂有高级脂肪酸皂，烷基硫酸酯盐，烷基磺酸盐，烷基磷酸酯盐，油酸钠盐和硫醇苯磺酸钠等。

非离子型表面活性剂主要有聚氧乙烯烷基醚，聚氧乙烯烷基苯醚，聚氧乙烯聚氧丙烯醚和聚氧乙烯烷基酯聚氧乙烯多元醇脂肪酸酯等。

在实际应用中大多数以阴离子型与非离子型合用。

4.2 按脱墨介质的PH值分类
4.2.1 碱性脱墨剂
此类脱墨剂最常用的一类,碱性条件下纤维不易受到破坏,具有好的保护性,而且碱性物质能有效地脱除一般性油墨。

碱去油污作用较快,因此应用比较广泛,最常用是NaOH,Na2CO3。

能使油脂皂化,破坏纸张上的印色油膜,减弱油墨的粘着力,同时由于纤维的膨胀,使纤维与油墨结构松散到可以应用机械作用分离之,但单独使用效果不佳,配合使用效果好,且可减少碱引起纸浆变色,使非纤维的物质变成可溶性物质。

碱性脱墨剂所使用的主要化学品成分有:
a、氢氧化钠
其作用是调节浆料的pH值至碱性范围，并皂化和或水解油墨的树脂。

碱性介质使纤维润胀，纤维吸水而变得更加柔软。

从而使油墨粒子附着在纤维表面的强度变弱，也有助于松动涂层和分裂油墨，使油墨颗粒通过机械作用变得更小。

但对于含机械木浆的废纸将变黄发黑，所以加入的氢氧化钠的量要合适才好，过量会导致纸浆变黄或变黑。

b、过氧化氢
在废纸脱墨中加入双氧水能提高表面活性剂的性能，更好地分离油墨。

虽然过氧化氢在碎浆机中不是一种有效的脱墨剂，因为油墨和杂质会降低它的漂白效果。

但是，在含机械木浆的废纸碎浆机中用于脱除在碱性条件下产生的发色基团。

它也可以作为脱墨后的漂白剂。

c、螯合剂
最常用的是DTPA（二亚乙基三胺五乙酸的钠盐），也有用EDTA（乙二胺四乙酸的钠盐）。

螯合剂的作用是与重金属离子形成可溶性的络合物，从而阻止重金属离子分解H2O2。

并可防止油墨粒子的再吸附。

其用量取决于碎浆机中重金属离子的量。

d、硅酸钠
硅酸盐的成分实际上是许多硅酸盐阴离子的复合聚合物，是一种具有渗透性的缓冲剂和分散剂。

其作用是与重金属离子形成胶体结构。

具有润湿和分散作用。

而硅酸钠是用来稳定H2O2的工作环境而不是用来稳定H2O2本身。

硅酸盐在脱墨时帮助油墨进行分散作用，或阻止油墨粒子的重新吸附。

4.2.2 酸性脱墨剂
通常采用的酸性脱墨剂有S02、C12、过氧化物和草酸等,无机酸使用则不多。

由于酸性脱墨剂不能使油墨分子皂化和乳化,仅能对一些易于脱除油墨分子溶解中和而褪色,或者通过其氧化还原作用使之褪色。

酸性脱墨剂适应性较差,而且对纤维损坏较大,所以一般不常用。

但使用此法成本较低。

4.2.3 中性脱墨剂
所谓中性脱墨就是碎浆时调节pH值到中性。

中性脱墨由于避免使用大量的化学药品，其经济成本较低，在适当的工艺条件下，可获得和化学法脱墨一样的脱墨效果。

目前使用最多的是脂肪醇聚氧乙烯醚类，或者和阴离子表面活性剂油酸钠、油酸钾，琥珀酸脂硫酸盐、十二烷基苯磺酸钠等复配而成的脱墨剂。

但是，为了更加降低脱墨成本，提高经济性，以及增加表面活性剂的活性，还可以加入一些偏碱性或中性无机盐进行复配使用。

4.3 按脱墨方法分类
在废纸脱墨过程中，脱墨剂里表面活性剂的使用是最关键的。

因此，这里主要讨论在脱墨方法中表面活性剂的选择使用。

4.3.1 洗涤法脱墨剂
洗涤脱墨的目的是保持油墨粒子足够小，使其通过斜筛或洗浆机的筛网而除去，并保持足够亲水使其容易滤水。

对洗涤法而言，要求表面活性剂具有浸透、乳化、分散等综合洗涤作用，并通过污水和净水的置换而将油墨从纸浆中分离除去。

因此，洗涤法脱墨剂一般选用醚型非离子型表面活性剂。

常用的
有AEO-9、OP-10、JFC以及磷酸双酯等，也可以在其中加入有机溶剂（如甲苯等）形成细微溶液，使油墨中的树脂更快溶解、乳化和分散。

因为洗涤过程中，起泡性高，导致洗涤效果差、废水难以处理。

所以，一般很少单独使用高起泡性的阴离子型表面活性剂，必须和非离子表面活性剂复配才能达到最佳洗涤效果。

4.3.2 浮选法脱墨剂
浮选法脱墨是向纸浆中送入空气，产生气泡，使油墨粒子吸附在气泡上并随气泡上浮至水面形成泡沫层，然后倾泻流出。

因此，起泡性好、对油墨分散效果好的表面活性剂如高碳醇聚氧乙烯醚脂肪酸聚氧乙烯酯和脂肪酸皂复配得到的脱墨剂，一般有强的浮选和絮凝能力。

也可采用由EO/PO共聚物和脂肪酸聚氧乙烯醚组成的浮选促集剂。

4.3.3 三元表面活性剂复配脱墨剂
这种脱墨剂是由三元表面活性剂复配而成，三元指烷基苯磺酸盐+脂肪酸盐+烷醇酰胺。

三元组分中既有发泡性、乳化分散性的组分（分散型表面活性剂），又有使油墨粒子形成较大颗粒的组分（集中型表面活性剂），因此这种配方在浮选--洗涤脱墨工艺中脱墨效果较理想，比单纯的洗涤法或浮选法效果都好。

4.4 按其他分类
4.4.1 表面活性剂
在脱墨剂的组分中，表面活性剂是最主要的化学组分。

它包括了分散剂、浮选促集剂、润湿剂、分散-促集剂，抗再沉淀助剂等。

表面活性剂具有两个基团——亲水性基团和疏水性基团。

衡量表面活性剂特性的技术指标有HLB值和浊点。

脱墨一般是O/W分散体系，应选HLB值在8-18或大于18的表面活性剂做乳化剂。

当温度低于浊点时，表面活性剂分子处于分散状态，这时的脱墨效果最好。

4.4.2 胶质脱墨剂
从胶质药剂对碳黑粒子的吸附作用比纤维强的观点出发,开发了胶质脱墨剂,如二氧化硅、矾土、高岭土、硅藻土……其中以硅酸化合物与干酪素,阿拉伯胶、淀粉等化合物胶质溶液混合使用或与碱溶液有机盐类配合使用效果较好。

4.4.3 油类脱墨剂
矿物油中如苯、煤油、汽油、植物油、松节油、蓖麻油、棕搁油等均曾用作脱墨剂,这些油类均不溶于水,当碳粒在纤维上松脱下来后即被带至上层油膜或泡沫中而便于分离,也有去油污作用。

4.4.4 肥皂脱墨剂
肥皂很早就用于脱墨,但并非理想的脱墨剂。

如肥皂用量过多直接影响浆料,而且肥皂易因加水分解而呈强碱性,遇酸则游离出有机酸使洗涤效果变差。

4.4.5 酶法脱墨剂
生物酶脱墨技术是20世纪80年代发展起来的新型脱墨技术。

生物酶能够有选择性的作用于油墨与纤维之间的交界面，促使纤维的润胀，使纤维与油墨之间的连接减弱，再通过适当的机械处理，使油墨粒子比较完整地从纤维表面脱离。

其中脂肪酶和酯酶降解植物基油墨；果胶酶、半纤维素酶、纤维素酶和木素降解酶则改变纤维表面或油墨粒子附近的联接键，从而使油墨分离，经洗涤或浮选除去。

酶法脱墨主要用在MOW、彩色胶印纸等采用特殊固化油墨印刷的纸张。

用半纤维素酶（木聚糖酶）处理凸版印刷纸，白度提高大；对彩色胶印纸，纤维素酶和半纤维素酶混合使用，所得纸浆白度高。

法国研究人员用中性纤维素酶对MOW进行脱墨的优越性作了探讨。

经碱性化学品处理后，用中性纤维素酶对纸浆进行后处理，纸浆白度和油墨的去除率得到进一步提高。

美国林产品实验室（FPL）的研究结果表明：纤维素酶能提高不含磨木浆和非接触印刷废纸的脱墨效率，而且在处理MOM时，中性纤维素酶比酸性纤维素酶效果好。

用纯碱性纤维素酶处理复印纸或激光打印纸，纸浆白度有较大提高，残余油墨减少，纸浆的游离度和强度性能略有提高。

酶法脱墨在获得较理想的脱墨效果的同时，大大减少了脱墨化学品的加入量，减轻了废水对环境的污染，同时可使脱墨浆的滤水性能等理化特性得到有益的改善。

5 脱墨剂的发展趋势
综合国内外的现有脱墨技术和脱墨剂的生产工艺，为了获得更好的脱墨效果和降低成本，国内科研人员已致力于研制多组分、多功能、高效能和低污染的复合型脱墨剂，现已取得了较好的脱墨效果。

同时，适合于中性脱墨的生物脱墨剂将是未来脱墨剂领域中研究开发的一个热点，随着生物技术及其相关技术的发展，生物脱墨剂必然会具有广阔的应用前景和可观的实用价值。

如上所述,我们对脱墨剂本身特性作了分析和了解,实质上不同种类脱墨剂,其脱墨效果除受本身的性能影响外,还受其它许多因素影响,如废纸种类不相同脱墨剂效果可能会不同,此外,还有油墨性质、脱墨方法、配方、工艺条件及脱墨设备等等。

随着造纸工业的迅速发展, 造纸企业原料、产品调整, 使废纸利用率快速增加。

而废纸品种范围的日益扩大, 回用数量的增加使收集到的废纸质量日趋低下, 市场需求又要求低品质的废纸生产出高品质的纸张, 这种供求矛盾和现代印刷技术的发展促使废纸处理技术不断地改进、创新和提高。

加上造纸企业规模、档次的快速提高, 所需废纸处理设备水平越来越高,规格越来越大。

作为废纸回收的关键助剂--脱墨剂无疑是一个有着很好市场前景的产品，同时脱墨剂的生产基本无三废。

开发研制高档次脱墨剂是一个既有良好市场，又属绿色化工范畴的相当好的产品。

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