CC BY
30
УДК 676.038.2
МЕХАНИЗМ ОТДЕЛЕНИЯ ТИПОГРАФСКОЙ КРАСКИ ОТ ВОЛОКНА
© М.А. Агеев
Уральский государственный лесотехнический университет, Сибирский тракт, 7, Екатеринбург, 620100 (Россия) E-mail: ayaa@usfeu.ru
Предложен механизм отделения типографской краски от макулатурных волокон, основанный на реакции омыления раствором гидроксида натрия смоляных кислот, входящих в состав типографской краски. Получившиеся соли смоляных кислот в результате диссоциации образуют вокруг частицы типографской краски сольватные слои, а при достижении критической концентрации мицеллообразования - мицеллы-флоккулы.
Введение
При применении макулатуры как источника сырья для производства бумаги необходимо учитывать возможность ее наиболее эффективного использования. Наряду с механической очисткой от грубых инородных тел, удалением клеящих остатков решающую роль играет процесс облагораживания макулатуры. Под облагораживанием в данной работе подразумевается извлечение типографской краски из макулатурной суспензии флотацией. На стадии облагораживания прилипшая к волокну печатная краска должна эффективно удаляться.
В процессе обработки макулатура подвергается механическому воздействию мешельного устройства, температурной (нагрев до 40 °С) и химической обработке, введением в макулатурную суспензию гидроксида натрия, силиката натрия и некоторого количества жирных кислот.
Механизм отделения типографской краски от волокна в отечественной литературе не рассмотрен. Анализ зарубежной литературы [1, 2] показал, что улучшение флотации типографской краски обеспечивается введением в суспензию различных поверхностно-активных веществ, способствующих снижению поверхностного натяжения водной среды, что приводит к более легкому проникновению воды в зазор между частицей краски и волокном и их разделению. В нашей работе предложен механизм отделения частиц типографской краски от волокна, основанный на реакции омыления связующих веществ краски, состоящих из различных смоляных кислот, гидроксидом натрия, диссоциации полученных солей на ионы и образовании ми-целл-флоккул, способных взаимодействовать с пузырьками воздуха.
Экспериментальная часть
Для исследований использовали запечатанную газетную макулатуру и частицы типографской краски, отделившиеся от нее.
Навеску макулатуры распускали в дезинтеграторе с добавлением реагентов при концентрации 2% и температуре 40 °С. Полученную волокнистую массу выдерживали на водяной бане в течение 90 мин при температуре 40 °С. Затем суспензию макулатуры разбавляли до концентрации 1%, переливали в ячейку лабораторной флотационной машины и проводили флотацию в течение 10 мин.
Образовывающуюся на поверхности флотационной ячейки пену, в состав которой входят частицы извлеченной типографской краски, собирали в емкость. Затем из емкости отбирали пробы с частицами краски, разбавляли и помещали в ячейку для определения дзета-потенциала. Дзета-потенциал частиц краски определяли методом электрофореза [3].
92
М. А. Агеев
Облагороженную макулатурную массу разбавляли до концентрации 0,5%, на листоотливном аппарате готовили отливки. После высушивания отливок определяли их белизну и «грязевую загруженность» (количество оставшихся в массе частиц типографской краски на 1 м2).
Исследования проводили с использованием разного количества реагентов: гидроксида натрия 0-2% и поверхностно активных веществ на основе миристиновой, масляной кислот и соапстока 0-3% при содержании гидроксида натрия 1,5%.
Результаты исследований представлены на рисунках 1-4.
Рис. 1. Зависимость дзета-потенциала и белизны отливки от концентрации №ОН
Рис. 2. Зависимость дзета-потенциала отливки от концентрации соли жирной кислоты
Рис. 3. Зависимость белизны отливки от концентрации соли жирной кислоты
Рис. 3. Зависимость белизны и загрязненности отливки от концентрации №ОН
Обсуждение результатов
Связующие вещества типографской краски представляют собой смесь смоляных кислот, которые омы-ляются гидроксидом натрия:
К—СООН + №ОН --------— К—СОО№ + Н20 .
При этом образуется мелкодисперсная смола, которая так же, как и волокна, имеет отрицательный заряд. Ионы №+, проникая в пространство между волокном и краской, омыляют смоляные вещества краски также и со стороны, соприкасающейся с волокном.
Образовавшиеся на поверхности волокна и частицы типографской краски отрицательные заряды создают условия для их разделения. Прореагировавшая часть связующих веществ краски (мыла) выполняет роль эмульгатора или стабилизатора частиц краски. Их эмульгирующее действие облегчается тем, что на поверхности частичек печатной краски адсорбируются отрицательные ионы мыла Я-СОО-, полученного в результате его диссоциации в воде:
R—COONa :
: R—COO +
Na
Причем диссоциированные ионы адсорбируются на частицах краски таким образом, что к поверхности частиц направлена длинная смоляная часть молекулы Я-СОО- с отрицательным знаком заряда, а ионы №+ с положительным знаком заряда ориентированы в сторону воды. Однако величины зарядов волокна и частичек краски невелики и не обеспечивают устойчивого разделения их и стабилизации частичек краски в суспензии.
Для более эффективного и устойчивого отделения частичек печатной краски от волокна в суспензию вводят поверхностно-активные вещества (ПАВ) ионогенного типа (мыла).
Молекулы ПАВ в силу большей гидрофобности поверхности частиц типографской краски ориентируются своими гидрофобными (углеводородными) «хвостами» к их поверхности, модифицируя их, гидрофили-зируя их поверхность, и в силу высокой полярности «головы» изменяют их заряд, повышая возможность взаимодействия с пузырьками воздуха.
При достижении критической концентрации мицеллообразования (ККМ) поверхностно-активные вещества образуют мицеллы [4]. Углеводородные радикалы с прикрепленными к ним частичками краски, слипаясь за счет ван-дер-ваальсовых сил, образуют внутреннюю часть мицелл (ядро), а полярные группы обращаются в водную фазу. Таким образом, полученная мицелла - это микрокапелька (микрофлоккула) углеводорода с частичкой типографской краски, заключенная в оболочку из гидратированных полярных групп, химическими силами связанных с углеводородными цепями ядра. Частичка типографской краски с модифицированной поверхностью является устойчивым образованием (рис. 5). На этом заканчивается процесс отделения частицы типографской краски от волокна.
Механизм отделения частиц типографской краски от волокна представлен на рисунке 6.
Рис. 5. Мицелла
Рис. б. Механизм отделения типографской краски от волокна
Выводы
Предложенный механизм отделения частиц типографской краски от волокна хорошо согласуется с результатами исследований по определению эффективности флотации, характеризуемой повышением белизны и снижением «грязевой загруженности» отливок из макулатурной массы, подвергшейся облагораживанию.
Список литературы
1. Hornteck K., Liphard М., Schreck В. Grenzflachenuntersuchungen und anwendugstechnische Prufungen zur Druckfarben - und Fullstoff - Flotation // Wochenblatt fur Papierfabritation. 1990. №21. С. 935-941.
2. Borchhardt J.K. An introduction to deinking surfactants // TAPPI Recycling Symposium. 1993. S. 131-151.
3. Нейман Р.Э. Практикум по коллоидной химии. М., 1972. 175 с.
4. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л., 1984. 368 с.
Поступило в редакцию 13 декабря 2006 г. После переработки 13 январия 2007 г.
