柔性版水性油墨胶体特性及其印品脱墨过程与机理研究

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柔性版水性油墨是古老而又新兴的油墨。它以水作为溶剂,对环境友好,而且印刷适性好,所以越来越受到人们的青睐。但是,采用柔性版水性油墨印刷的废纸在回用过程中存在一定困难,表现为常规的浮选法脱墨不适用于水性油墨废纸,混合废纸中存在少量水性油墨废纸便会大幅度降低脱墨浆的白度。由于这一点柔性版水性油墨的推广也大大受到了限制,同时水性油墨废纸的存在也会影响纸厂的正常运作,严重影响造纸产品质量。本论文在国内外学者的研究基础之上,对柔性版水性油墨的胶体特性和柔版水性油墨印刷新闻纸的脱墨过程与机理进行了研究。 水性油墨胶体特性的研究结果表明,水性油墨是非常稳定的胶体溶液体系,初始油墨粒子平均粒径为0.154μm,Zeta电位为-37.9mV。印刷干燥后的油墨粒子在强碱性条件下又会分散成稳定的胶体溶液,油墨粒子的平均粒径为0.184μm,Zeta电位为-18.7mV。水性油墨采用柔性版印刷在新闻纸表面成膜性好,主要覆盖于纸页的表层:而油性油墨由于印刷压力大,在纸页表面成膜性较差。 体系化学环境对水性油墨胶体稳定性影响的结果表明,体系pH对水性油墨胶体溶液稳定性有显著影响。降低体系pH可以减少油墨粒子表面的负电性,并最终破坏油墨体系的胶体稳定性。体系pH=4.0时,油墨胶体溶液发生失稳象;pH=3.1时,油墨粒子Zeta电位达到等电点。不同金属阳离子对水性油墨胶体稳定性影响表明,Na<+>离子、Ca<2+>离子和Al<3+>离子对油墨粒子的聚沉能力符合Shulze-Hardy规则。Al<,2>(SO<,4>)<,3>浓度为0.005mol/L时,水性油墨粒子的平均粒径达到5.21μm。 表面活性剂对水性油墨胶体稳定性影响表明,阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)可在油墨粒子表面发生强特性吸附,使油墨粒子表面电性逆转,但对油墨粒子的平均粒径影响较小;阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)的加入会使油墨胶体溶液变得更稳定;在酸性条件下,两性表面活性剂椰油酰胺丙基氧化胺脂(CAPO)可以使油墨粒子表面电性逆转,而在碱性条件下对油墨粒子的表面电性影响较小,而其在酸性和碱性条件下对油墨粒子平均粒径的影响均很小;水性油墨溶液中加入非离子表面活性剂肪醇聚氧乙烯(7)醚(AEO-7)和脂肪醇聚氧乙烯(9)醚(AEO-9)不仅会降低水性油墨粒子的负电性,而且可较有效地促进油墨粒子聚集。 柔性版水性油墨旧新闻纸脱墨研究表明,中性条件下碎浆的废纸采用洗涤方法不能有效地去除浆中的油墨粒子,这也说明水性油墨粒子沉积于纤维表面或内部后很难除去。采用超声波预处理结合洗涤法脱墨可非常有效地去除水性油墨,超声波的“空穴”作用可以促使油墨与纤维分离,且不会造成油墨在纤维表面或内部的沉积。对水性油墨废纸浮选法脱墨研究表明,在优化的碎浆和浮选条件下加入Tween80和Al<3+>离子可以在实验室范围内较有效实现浮选法去除水性油墨的目的。水性油墨废纸浮选机理的研究表明,CTAB、AEO-7和Tween80的起泡能力和泡沫稳定性依次为CTAB>AEO-7>Tween80,以CTAB、AEO-7和Tween80作为浮脱墨剂时,加入CTAB产生气泡直径分布较窄,平均直径为0.331mm;加入AEO-7后产生气泡直径分布较宽,平均直径为0.609mm;而加入Tween80后气泡直径分布也较窄,平均直径为0.468mm。根据气泡与粒子碰撞和粘附的模型,得出CTAB、AEO-7和Tween80三种表面活性剂浮选过程中气泡与油墨粒子的碰撞概率分别为0.106%、0.125%和0.139%;粘附概率分别为89.76%,88.1%和88.8%。Tween80在炭黑粒子表面的等温吸附曲线与通常的Langmuir等模型不同,在测试范围内随着Tween80用量的增加,在炭黑粒子表面的吸附量也逐渐增加,未达到吸附的平衡值。
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