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環(huán)保油墨在紙張回收中的問題解析

福州眾印網(wǎng)    2007/6/14 9:19:00   來源：福州眾印網(wǎng)

   隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，信息的傳統(tǒng)載體——紙張，正以驚人的速度迅猛增長。紙張需要大量木材作為主要原料，而這正與環(huán)境保護(hù)的宗旨背道而馳。因此各國加大了對廢紙的回收力度，利用量和利用率都不斷增長。1990 年全球廢紙利用量為8480 萬噸，利用率為35.6%，1995 年則分別增長到1.15 億噸和41.4%，預(yù)計(jì)2005 年的廢紙利用量和利用率將分別達(dá)到1.88 億噸和48.1%。我國正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時期，紙張的需求量也正以超出世界平均增長率的水平增長。但我國的森林資源極端匱乏，人均森林占有量只有世界水平的10%，每年都要用大量外匯換取進(jìn)口紙漿和紙制品來滿足內(nèi)需。然而我國的廢紙耗用率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于一些發(fā)達(dá)國家水平，例如，1997 年法國的廢紙耗用率(被回收利用的廢紙量與總廢紙量的比率)為48.9%，德國59%，荷蘭71%，瑞士65.2%，英國71.5%，而我國僅為37.8%。因此，如何有效地、高質(zhì)量地回收廢紙成為我國科學(xué)工作者及相關(guān)專業(yè)研究人員研究的熱門課題。

    廢紙回收利用過程中的關(guān)鍵問題就是如何將油墨和雜質(zhì)從紙纖維中完全脫離，其中的脫墨則是這個關(guān)鍵問題中的難點(diǎn)所在�，F(xiàn)在的印刷油墨種類繁多，如平版膠印油墨、柔性版印刷油墨、絲網(wǎng)印刷油墨、凹版油墨、水性油墨、UV 油墨(紫外光固化油墨)等，每種印刷油墨脫墨的難易程度都不盡相同，其中尤以UV 油墨和水性油墨的脫墨難度最大。本文就UV 油墨和水性油墨在廢紙?zhí)幚淼拿撃^程中所遇到的問題，及當(dāng)前世界各國對這些問題如何解決做一些探討。

    廢紙回收過程

    一般來說，廢紙除墨處理大致可分為粉碎制漿、過濾、離心清洗、浮選法去雜質(zhì)、漂洗等五個步驟，分別簡單介紹如下：

    1.粉碎制漿：在這一步中先將廢紙中比較大的生活垃圾，如塑料片、雜碎物等除去，然后把預(yù)處理過的廢紙倒入混合釜中，接著將水、苛性堿、酶加入釜中，經(jīng)過一段時間的浸泡和機(jī)械攪拌、粉碎，廢紙便被制成待用的紙纖維漿料。油墨及其它一些雜質(zhì)可從紙纖維中脫離出來，并得到一定的粒徑分布。

    2.過濾：將制成的紙纖維漿料通過旋轉(zhuǎn)的濾網(wǎng)，使大顆粒油墨及雜質(zhì)滯留在濾網(wǎng)上。被篩除的油墨粒徑可由一系列的濾網(wǎng)網(wǎng)目來控制，一般通過此步粒徑在360 微米以上的油墨顆粒都可除去。

    3.離心清洗：根據(jù)密度的差異，利用離心力將紙纖維從非紙纖維的雜質(zhì)中脫離出來。兩種物質(zhì)是否能完全分離關(guān)鍵在于它們之間的密度差異，差異越大，分離越徹底，因此在這一步中只能將粒徑在100 微米－360 微米的油墨雜質(zhì)除去。

    4.浮選法去雜質(zhì)：先將浮選劑(即表面活性劑)加入紙漿中，這樣不僅可以穩(wěn)定泡沫利于浮選，還可以增強(qiáng)雜質(zhì)的憎水性，使其能較容易地脫離水的束縛。這時再向紙漿中通入空氣，形成氣泡，雜質(zhì)由于浮選劑的作用粘附于氣泡上，并隨氣泡浮至液面，最后將雜質(zhì)除去。這一過程的關(guān)鍵在于雜質(zhì)的重量：既要有足夠的重量穿透氣泡的氣液界面，并附著在氣泡上，還要使氣泡有足夠的浮力將雜質(zhì)帶至液面。因此若要在這一過程中將大部分的雜質(zhì)除去。就應(yīng)將雜質(zhì)粒徑控制在20微米～150 微米以內(nèi)。這是整個回收過程中最重要的一步，回收紙的質(zhì)量等級基本取決于該步驟所脫去油墨等雜質(zhì)的程度。

    5.漂洗：用大量清水沖洗紙漿，可將粒徑小于10 微米的雜質(zhì)除去。

    廢紙回收中脫墨的主要操作問題就是如何將油墨從紙纖維中除去，并有效控制油墨雜質(zhì)的粒徑，得到理想的粒徑分布以利于分離。不能被脫去的油墨殘留在紙漿中將大大影響再生紙的光潔度。

    UV 油墨在廢紙回收中出現(xiàn)的問題及對策

    1.出現(xiàn)的問題

    UV 油墨在我國油墨行業(yè)中是一個剛剛步入快速增長的新型油墨品種，每年都以較快的增長率遞增。UV 油墨以其無溶劑符合環(huán)保、干燥速度快、縮短印刷周期、各種耐性強(qiáng)等優(yōu)勢正在各種印刷領(lǐng)域嶄露頭角。任何事物有利必有弊，UV 油墨在印刷過程中所表現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)在廢紙?zhí)幚淼拿撃^程中卻恰恰是缺點(diǎn)所在。

    UV 油墨是一種反應(yīng)干燥型油墨，它的組成主要為：反應(yīng)型連接料、光引發(fā)劑、顏料、助劑(蠟、流平劑等)、單體稀釋劑等。它的連接料主要以丙稀酸環(huán)氧樹脂等齊聚物為主要原料，以各類反應(yīng)單體為稀釋劑，光引發(fā)劑在紫外光的激發(fā)下，生成自由基或陽離子，并引發(fā)鏈反應(yīng)，整個體系迅速發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使連接料和稀釋劑等反應(yīng)物質(zhì)完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w。這樣印刷在紙張表面的UV 油墨就變?yōu)轭愃朴谒芰夏さ挠湍�，這層膜由于聚合體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有韌性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，使UV 油墨在耐化學(xué)腐蝕性、耐候性、耐摩擦性等耐性方面尤為突出。

    然而這種耐性的優(yōu)勢卻恰恰給廢紙回收帶來重重困難。首先，在粉碎制漿過程中，UV 油墨與紙纖維較難分離。就普通的膠印油墨來說，其樹脂連接料與堿液發(fā)生皂化作用和水解作用，加之氫氧化鈉溶液將紙纖維溶漲，在雙重作用下油墨可比較容易的被脫除。但UV 油墨的耐化學(xué)腐蝕性，使其在堿性環(huán)境下無法發(fā)生皂化反應(yīng)和水解反應(yīng)，而且其本身的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使其與紙纖維的結(jié)合力相當(dāng)牢固，因此在普通的堿環(huán)境下不易分離。

    其次在過濾過程中，UV 油墨較難被有效分離。由于上述原因，從紙纖維中分離出來的油墨多數(shù)是大幅的片狀膜，有的滿版印刷的印品甚至?xí)麖堄湍け粍兟湎聛�。這種膜近似于塑料膜，韌性極強(qiáng)，在粉碎過程中不易粉碎，很難達(dá)到理想的20 微米～150 微米的粒徑分布范圍。雖然某些很大的油墨膜可通過過濾的方法加以分離，但UV 油墨膜韌性強(qiáng)又極易變形，在過濾過程中會因擠壓變形，隨紙纖維一起通過濾網(wǎng)。

    還有，UV 油墨膜與水的密度相當(dāng)，用離心清洗方法加以清除也很難將其有效去除。

    接下來的浮選法去墨是廢紙回收中頗為重要的一環(huán)，在這一過程中，大部分的油墨顆粒都能較方便的被脫去，但UV 油墨由于其本身的韌性和高機(jī)械強(qiáng)度，很難在粉碎過程中將絕大部分油墨顆粒的粒徑控制在20 微米～150 微米，因此用普通的方法粉碎得到的UV 油墨顆粒在浮選去墨過程中不能有效去除。

    2.解決方法

    為了使分離出來的UV 油墨粒徑分布降至可浮選的顆粒尺寸，廠家采用了復(fù)合機(jī)械粉碎過程，既用揉搓和摩擦等機(jī)械作用來粉碎。漿料保持較高的濃度(30%～35%)，這樣可以減少紙纖維在粉碎過程中所受到的損傷。通過此種方法，油墨粒徑分布可從150 微米～400 微米降至30 微米～150微米。但墨膜由于其交聯(lián)結(jié)構(gòu)與紙纖維連接非常牢固，很可能不能從紙纖維上分離出來，而使部分紙纖維隨油墨同時被粉碎，并一起被除去而造成損失。

    隨著超聲波技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)在可以應(yīng)用超聲波在可控范圍內(nèi)將墨膜粉碎至可浮選的尺寸。由20KHz 超聲波產(chǎn)生的氣旋泡在破裂過程中會產(chǎn)生5500K 的局部溫度以及流速達(dá)170ms-1s 的微射流，噴至墨膜表面產(chǎn)生1000N／m2 的壓力，在如此巨大的沖擊力下，不需任何化學(xué)試劑，油墨顆粒就可以從400 微米的大顆粒粉碎成適合浮選的小顆粒。而且使用超聲波粉碎的顆粒要比使用機(jī)械方法的小。

     水性油墨在廢紙回收中出現(xiàn)的問題及對策

    1.出現(xiàn)的問題

    水性油墨由于自身的特點(diǎn)使其在印刷品上形成的墨層不易通過浮選法分離，其原因主要有以下兩種：

    (1)水性油墨中使用的樹脂一般為親水性的，很難從水性的紙漿中分離出來。(2)水性油墨配方中乳液和聚合物由于在制漿中所形成的顆粒太小而不易被分離。這是因?yàn)樗阅械臉渲酁楸┧針渲�，這種樹脂在堿性環(huán)境下才可溶于水，而通過逆反應(yīng)轉(zhuǎn)換成羧酸形式后就又不溶于水，在印刷中正是利用這種特性而使油墨在紙張上固著干燥的。由于這種可逆轉(zhuǎn)換反應(yīng)使這種水性油墨耐堿性很差。所以這種水性油墨在回收紙漿中只能通過漂洗法除去而不能通過浮選法有效分離。另一種水性樹脂形式為乳液(如苯乙烯一丙烯酸樹脂)，這種樹脂中引入了二醇醚，二醇醚上的羥基和樹脂上的羧基縮合從而使樹脂親水并分散在水中。這種樹脂的固著是通過乳液中乳膠粒的聚集作用來排除樹脂中的水分，從而達(dá)到干燥的。這種干燥形式是不可逆的，這種不可逆的干燥給印品帶來耐酸耐堿的優(yōu)良特性。但同時使其在紙張回收的粉碎制漿階段無法逆返回到原來的膠體狀態(tài)，由于這種油墨薄層所形成的顆粒非常小(＜20 微米)，而且由于二醇醚所產(chǎn)生的親水性使其很難用浮選法有效除去。

    2.解決方法

    水性油墨配方中的化學(xué)平衡比較復(fù)雜，而這種化學(xué)平衡對于油墨的干燥和其它耐性性能都很重要，因此很難通過改變油墨配方或?qū)ε浞街械臉渲M(jìn)行改性來解決這種去墨問題。目前解決這種問題的角度大多從開發(fā)更好的浮選助劑入手。一方面，使本來親水的油墨顆粒具有憎水性，從而能有效地從纖維紙漿中脫去；另一方面，有效浮選的油墨顆粒的粒徑范圍更寬，從而使粒徑較小的水性油墨顆粒也能被有效去除。

    環(huán)境保護(hù)的壓力使廢紙回收和油墨制造之間的矛盾日益突出，再生紙的質(zhì)量和廢紙回收效率的要求也越來越高，而印刷質(zhì)量要求的提高也使油墨配方越來越復(fù)雜，這必然要求廢紙回收中脫墨技術(shù)的提高，但只靠單方面的努力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠；再者現(xiàn)在出臺的環(huán)境保護(hù)法案對油墨制造業(yè)的限制越來越多，如果在油墨制造或開發(fā)中能從紙張回收及其它環(huán)境保護(hù)的角度考慮這些問題，將會使油墨的市場大大增強(qiáng)。

本文標(biāo)題：環(huán)保油墨在紙張回收中的問題解析
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