LIP和Ai-T-IA两种表面活性剂的制备及其在废纸脱墨中的应用

摘要

利用废纸进行制浆造纸具有相对成本较低、节约原生纤维资源、简化造纸工艺流程、减少环境污染、有利于保护环境等优点，因此得到世界各国的普遍重视。废纸脱墨是利用废纸进行制浆造纸过程中的关键环节，废纸脱墨剂又是废纸脱墨环节中最重要的化学助剂。目前的国产废纸脱墨剂品种较少，且多为利用现有的市售小分子表面活性剂进行复配所得的复配物，国产废纸脱墨剂脱墨效果相对较差，还不能满足制备较高档再生纸的要求。所以，研发新型高效的废纸脱墨剂是提高废纸脱墨水平的重点工作之一。本文以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为主要实验原料，采用亲核加成法制备了LIP型和AI-T-IA型两种较高分子量的新型表面活性剂，对其合成工艺条件及废纸脱墨性能进行了研究，具体研究内容及结果如下:
　　(1)以月桂酸二乙醇酰胺(LDEA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和不同相对分子质量的聚乙二醇(PEG)为原料制备了一系列LIP型非离子表面活性剂。对所有制备产物在废旧期刊纸的浮选法脱墨中的脱墨效果进行了对比研究，以脱墨效果为评判标准，考察了其最佳合成工艺条件及复配条件，并将其与市售脱墨剂进行了脱墨效果的对比，通过SEM对脱墨后再生纸纤维表面的残余固体物以及纤维交联程度进行了分析;最后对产物进行了结构表征和物理化学性能检测。
　　脱墨效果的对比结果表明:当反应温度为55℃，反应时间为2h，催化剂用量为单体LDEA的1.0％，n(LDEA)∶ n(IPDI)∶n(PEG)=1.0∶2.0∶2.0，并且PEG相对分子量为600时，制备的LIP-600产物具有较好的脱墨效果，其再生纸的白度可达71.2％ISO，残余油墨量为52.5mm2·m-2，其脱墨效果优于市售脱墨剂;当按照m(LIP-600)∶m(AEO-9)∶m(AES)=2∶1∶1进行复配脱墨时，再生纸的白度较LIP-600单独使用提高了1.1％ISO，残余油墨量下降了1.1mm2·m-2; SEM分析结果表明:脱墨后纤维表面固体物明显减少，表面更为平整光滑，纤维之间分散良好。物理化学性能检测结果表明:产物LIP-600的最低表面张力为34.48mN·m-1，CMC值为1.36×10-5mol·L-1，浊点为53℃，HLB值为13.33，起泡比为80.5％，分水时间法测得乳化力为589s。
　　(2)以月桂醇聚氧乙烯醚(AEO-9)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和酒石酸(TA)为原料制备了一种AI-T-IA表面活性剂。对该AI-T-IA表面活性剂在废旧期刊纸的浮选法脱墨中的脱墨效果进行了对比研究，以脱墨效果为评判标准，考察了其最佳合成工艺条件及复配条件，并将其与市售废纸脱墨剂进行了脱墨效果的对比，通过SEM对脱墨后再生纸纤维表面的残余固体物以及纤维交联程度进行了分析;最后对产物进行了结构表征和物理化学性能检测。
　　脱墨效果的对比结果表明:当反应温度105℃，反应时间3.5h，催化剂用量1.0％，n(AEO-9)∶n(IPDI)∶n(TA)=2.0∶2.2∶1.0时，制备产物具有较好的浮选脱墨效果，再生纸的白度可达69.5％ISO，残余油墨量为57.8mm2·m-2，其脱墨效果优于市售脱墨剂;当按照m(AI-T-IA)∶m(AEO-9)∶m(AES)=1∶2∶1进行复配脱墨时，再生纸的白度较AI-T-IA单独使用提高了1.3％ISO，残余油墨量下降了3.3mm2·m-2; SEM分析结果表明:脱墨后纤维表面固体物明显减少，表面更为平整光滑，纤维之间分散良好;物理化学性能检测结果表明:产物AI-T-IA的最低表面张力为35.96mN·m-1，CMC值为0.52mmol·L-1，酸值为43.81 mgKOH·g-1，起泡比为69.8％，分水时间法测得乳化力为416s。
　　(3)以脱墨效果为评判标准，以LIP-600非离子表面活性剂为脱墨剂，对涂布期刊废纸采用浮选法脱墨的最佳工艺条件进行了优化研究，并对废旧书本纸采用浮选法和洗涤法脱墨的脱墨效果进行了对比研究。
　　脱墨效果的对比结果表明:碎浆温度为50℃、碎浆时间为30min、熟化温度为55℃、熟化时间为30min、浮选温度为45℃、浮选时间为8min、LIP-600非离子表面活性剂加入量为0.3％、Na2SiO3用量为3％、NaOH用量为1％，采用先加入脱墨药品，后加入废纸的加料顺序，在此条件下对涂布期刊废纸进行浮选法脱墨，其再生纸的白度最高可达73.2％ISO，残余墨量为46.6mm2·m-2，较工艺优化前的白度提高了2.0％ISO，残余墨量降低了6.1mm2·m-2，同时对废旧书本纸宜采用洗涤法进行脱墨，当LIP-600的用量为0.3％时，其再生纸白度可达64.1％ISO。

目录

摘要

1 绪论

1．1 废纸回收的意义

1．2 废纸回收利用现状

1．2．1 世界废纸回收利用现状

1．2．2 国内废纸回收利用现状

1．3 废纸脱墨剂

1．3．1 脱墨剂的涵义

1．3．2 脱墨剂分类

1．3．3 脱墨剂的组成及功能

1．3．4 脱墨剂中应用的表面活性剂

1．4 废纸脱墨技术

1．4．1 废纸脱墨的原理

1．4．2 废纸脱墨常用的方法

1．4．3 废纸脱墨的工艺流程

1．4．4 脱墨效果的评价

1．5 影响废纸脱墨的因素

1．5．1 脱墨废纸的影响

1．5．2 脱墨剂的影响

1．5．3 脱墨方法的影响

1．5．4 碎浆工序的影响

1．6 目的意义及研究内容

1．6．1 目的意义

1．6．2 研究内容

2 LIP型非离子表面活性剂的制备及其在废纸脱墨中的应用

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料及仪器

2．2．2 LIP型非离子表面活性剂的制备方法

2．2．3 LIP型非离子表面活性剂的结构表征及物理化学性能测试

2．2．4 LIP型非离子表面活性剂的脱墨应用实验

2．3 结果与讨论

2．3．1 合成条件对脱墨效果的影响

2．3．2 LIP型非离子表面活性剂的结构表征

2．3．3 LIP型非离子表面活性剂的物理化学性能检测

2．3．4 LIP-600非离子表面活性剂的复配实验

2．3．5 LIP-600、复配脱墨剂及市售脱墨剂的脱墨效果对比实验

2．4 本章小结

3 AI-T-IA表面活性剂的制备及其在废纸脱墨中的应用

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料与仪器

3．2．2 AI-T-IA表面活性剂的制备方法

3．2．3 AI-T-IA表面活性剂的结构表征及物理化学性能测试

3．2．4 AI-T-IA表面活性剂的脱墨应用实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 合成条件对脱墨效果的影响

3．3．2 AI-T-IA表面活性剂的结构表征

3．3．3 AI-T-IA表面活性剂的物理化学性能检测

3．3．4 AI-T-IA表面活性剂的复配实验

3．3．5 AI-T-IA、复配脱墨剂及市售脱墨剂的脱墨效果对比实验

3．3．6 AI-T-IA与LIP-600表面活性剂及其复配产物的脱墨效果对比

3．4 本章小结

4 脱墨工艺优化

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料及仪器

4．2．2 脱墨实验

4．2．3 脱墨效果检测

4．3 结果与讨论

4．3．1 温度、时间对脱墨效果的影响

4．3．2 脱墨药品对脱墨效果的影响

4．3．3 不同加料顺序对脱墨效果的影响

4．3．4 不同脱墨方法对脱墨效果的影响

4．3．5 LIP-600表面活性剂对书本纸的脱墨效果

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文目录

声明