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环保油墨在纸张回收中的问题解析 浏览次数: 2258

 

 随着信息技术的飞速发展,信息的传统载体——纸张,正以惊人的速度迅猛增长。纸张需要大量木材作为主要原料,而这正与环境保护的宗旨背道而驰。因此各国加大了对废纸的回收力度,利用量和利用率都不断增长。1990 年全球废纸利用量为8480 万吨,利用率为35.6%,1995 年则分别增长到1.15 亿吨和41.4%,预计2005 年的废纸利用量和利用率将分别达到1.88 亿吨和48.1%。我国正处于经济快速发展时期,纸张的需求量也正以超出世界平均增长率的水平增长。但我国的森林资源极端匮乏,人均森林占有量只有世界水平的10%,每年都要用大量外汇换取进口纸浆和纸制品来满足内需。然而我国的废纸耗用率却远远落后于一些发达国家水平,例如,1997 年法国的废纸耗用率(被回收利用的废纸量与总废纸量的比率)为48.9%,德国59%,荷兰71%,瑞士65.2%,英国71.5%,而我国仅为37.8%。因此,如何有效地、高质量地回收废纸成为我国科学工作者及相关专业研究人员研究的热门课题。 

    废纸回收利用过程中的关键问题就是如何将油墨和杂质从纸纤维中完全脱离,其中的脱墨则是这个关键问题中的难点所在。现在的印刷油墨种类繁多,如平版胶印油墨、柔性版印刷油墨、丝网印刷油墨、凹版油墨、水性油墨、UV 油墨(紫外光固化油墨)等,每种印刷油墨脱墨的难易程度都不尽相同,其中尤以UV 油墨和水性油墨的脱墨难度最大。本文就UV 油墨和水性油墨在废纸处理的脱墨过程中所遇到的问题,及当前世界各国对这些问题如何解决做一些探讨。

    废纸回收过程

    一般来说,废纸除墨处理大致可分为粉碎制浆、过滤、离心清洗、浮选法去杂质、漂洗等五个步骤,分别简单介绍如下:

    1.粉碎制浆:在这一步中先将废纸中比较大的生活垃圾,如塑料片、杂碎物等除去,然后把预处理过的废纸倒入混合釜中,接着将水、苛性碱、酶加入釜中,经过一段时间的浸泡和机械搅拌、粉碎,废纸便被制成待用的纸纤维浆料。油墨及其它一些杂质可从纸纤维中脱离出来,并得到一定的粒径分布。 

    2.过滤:将制成的纸纤维浆料通过旋转的滤网,使大颗粒油墨及杂质滞留在滤网上。被筛除的油墨粒径可由一系列的滤网网目来控制,一般通过此步粒径在360 微米以上的油墨颗粒都可除去。

    3.离心清洗:根据密度的差异,利用离心力将纸纤维从非纸纤维的杂质中脱离出来。两种物质是否能完全分离关键在于它们之间的密度差异,差异越大,分离越彻底,因此在这一步中只能将粒径在100 微米-360 微米的油墨杂质除去。

    4.浮选法去杂质:先将浮选剂(即表面活性剂)加入纸浆中,这样不仅可以稳定泡沫利于浮选,还可以增强杂质的憎水性,使其能较容易地脱离水的束缚。这时再向纸浆中通入空气,形成气泡,杂质由于浮选剂的作用粘附于气泡上,并随气泡浮至液面,最后将杂质除去。这一过程的关键在于杂质的重量:既要有足够的重量穿透气泡的气液界面,并附着在气泡上,还要使气泡有足够的浮力将杂质带至液面。因此若要在这一过程中将大部分的杂质除去。就应将杂质粒径控制在20微米~150 微米以内。这是整个回收过程中最重要的一步,回收纸的质量等级基本取决于该步骤所脱去油墨等杂质的程度。

    5.漂洗:用大量清水冲洗纸浆,可将粒径小于10 微米的杂质除去。

    废纸回收中脱墨的主要操作问题就是如何将油墨从纸纤维中除去,并有效控制油墨杂质的粒径,得到理想的粒径分布以利于分离。不能被脱去的油墨残留在纸浆中将大大影响再生纸的光洁度。   

    UV 油墨在废纸回收中出现的问题及对策

    1.出现的问题

    UV 油墨在我国油墨行业中是一个刚刚步入快速增长的新型油墨品种,每年都以较快的增长率递增。UV 油墨以其无溶剂符合环保、干燥速度快、缩短印刷周期、各种耐性强等优势正在各种印刷领域崭露头角。任何事物有利必有弊,UV 油墨在印刷过程中所表现的优点在废纸处理的脱墨过程中却恰恰是缺点所在。

    UV 油墨是一种反应干燥型油墨,它的组成主要为:反应型连接料、光引发剂、颜料、助剂(蜡、流平剂等)、单体稀释剂等。它的连接料主要以丙稀酸环氧树脂等齐聚物为主要原料,以各类反应单体为稀释剂,光引发剂在紫外光的激发下,生成自由基或阳离子,并引发链反应,整个体系迅速发生交联反应,使连接料和稀释剂等反应物质完全转变为固体。这样印刷在纸张表面的UV 油墨就变为类似于塑料膜的油墨膜,这层膜由于聚合体的网状结构,具有韧性强、机械强度大等优点,使UV 油墨在耐化学腐蚀性、耐候性、耐摩擦性等耐性方面尤为突出。

    然而这种耐性的优势却恰恰给废纸回收带来重重困难。首先,在粉碎制浆过程中,UV 油墨与纸纤维较难分离。就普通的胶印油墨来说,其树脂连接料与碱液发生皂化作用和水解作用,加之氢氧化钠溶液将纸纤维溶涨,在双重作用下油墨可比较容易的被脱除。但UV 油墨的耐化学腐蚀性,使其在碱性环境下无法发生皂化反应和水解反应,而且其本身的网状结构使其与纸纤维的结合力相当牢固,因此在普通的碱环境下不易分离。

    其次在过滤过程中,UV 油墨较难被有效分离。由于上述原因,从纸纤维中分离出来的油墨多数是大幅的片状膜,有的满版印刷的印品甚至会整张油墨膜被剥落下来。这种膜近似于塑料膜,韧性极强,在粉碎过程中不易粉碎,很难达到理想的20 微米~150 微米的粒径分布范围。虽然某些很大的油墨膜可通过过滤的方法加以分离,但UV 油墨膜韧性强又极易变形,在过滤过程中会因挤压变形,随纸纤维一起通过滤网。

    还有,UV 油墨膜与水的密度相当,用离心清洗方法加以清除也很难将其有效去除。

    接下来的浮选法去墨是废纸回收中颇为重要的一环,在这一过程中,大部分的油墨颗粒都能较方便的被脱去,但UV 油墨由于其本身的韧性和高机械强度,很难在粉碎过程中将绝大部分油墨颗粒的粒径控制在20 微米~150 微米,因此用普通的方法粉碎得到的UV 油墨颗粒在浮选去墨过程中不能有效去除。

    2.解决方法

    为了使分离出来的UV 油墨粒径分布降至可浮选的颗粒尺寸,厂家采用了复合机械粉碎过程,既用揉搓和摩擦等机械作用来粉碎。浆料保持较高的浓度(30%~35%),这样可以减少纸纤维在粉碎过程中所受到的损伤。通过此种方法,油墨粒径分布可从150 微米~400 微米降至30 微米~150微米。但墨膜由于其交联结构与纸纤维连接非常牢固,很可能不能从纸纤维上分离出来,而使部分纸纤维随油墨同时被粉碎,并一起被除去而造成损失。

    随着超声波技术的应用,现在可以应用超声波在可控范围内将墨膜粉碎至可浮选的尺寸。由20KHz 超声波产生的气旋泡在破裂过程中会产生5500K 的局部温度以及流速达170ms-1s 的微射流,喷至墨膜表面产生1000N/m2 的压力,在如此巨大的冲击力下,不需任何化学试剂,油墨颗粒就可以从400 微米的大颗粒粉碎成适合浮选的小颗粒。而且使用超声波粉碎的颗粒要比使用机械方法的小。 

     水性油墨在废纸回收中出现的问题及对策

    1.出现的问题

    水性油墨由于自身的特点使其在印刷品上形成的墨层不易通过浮选法分离,其原因主要有以下两种:

    (1)水性油墨中使用的树脂一般为亲水性的,很难从水性的纸浆中分离出来。(2)水性油墨配方中乳液和聚合物由于在制浆中所形成的颗粒太小而不易被分离。这是因为水性墨中的树脂多为丙烯酸树脂,这种树脂在碱性环境下才可溶于水,而通过逆反应转换成羧酸形式后就又不溶于水,在印刷中正是利用这种特性而使油墨在纸张上固着干燥的。由于这种可逆转换反应使这种水性油墨耐碱性很差。所以这种水性油墨在回收纸浆中只能通过漂洗法除去而不能通过浮选法有效分离。另一种水性树脂形式为乳液(如苯乙烯一丙烯酸树脂),这种树脂中引入了二醇醚,二醇醚上的羟基和树脂上的羧基缩合从而使树脂亲水并分散在水中。这种树脂的固着是通过乳液中乳胶粒的聚集作用来排除树脂中的水分,从而达到干燥的。这种干燥形式是不可逆的,这种不可逆的干燥给印品带来耐酸耐碱的优良特性。但同时使其在纸张回收的粉碎制浆阶段无法逆返回到原来的胶体状态,由于这种油墨薄层所形成的颗粒非常小(<20 微米),而且由于二醇醚所产生的亲水性使其很难用浮选法有效除去。

    2.解决方法

    水性油墨配方中的化学平衡比较复杂,而这种化学平衡对于油墨的干燥和其它耐性性能都很重要,因此很难通过改变油墨配方或对配方中的树脂进行改性来解决这种去墨问题。目前解决这种问题的角度大多从开发更好的浮选助剂入手。一方面,使本来亲水的油墨颗粒具有憎水性,从而能有效地从纤维纸浆中脱去;另一方面,有效浮选的油墨颗粒的粒径范围更宽,从而使粒径较小的水性油墨颗粒也能被有效去除。

    环境保护的压力使废纸回收和油墨制造之间的矛盾日益突出,再生纸的质量和废纸回收效率的要求也越来越高,而印刷质量要求的提高也使油墨配方越来越复杂,这必然要求废纸回收中脱墨技术的提高,但只靠单方面的努力还远远不够;再者现在出台的环境保护法案对油墨制造业的限制越来越多,如果在油墨制造或开发中能从纸张回收及其它环境保护的角度考虑这些问题,将会使油墨的市场大大增强。 

(来自printing-in-china.net,中国印刷)
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