研究
，卷:19(7)

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粘性监测提高纸张回收效率

杰罗姆·安德鲁^＊，布鲁斯·西索尔

南非大学科学与工业研究系，比勒陀利亚，南非

^＊通讯作者:J Andrew，南非大学科学与工业研究系，比勒陀利亚，南非。电子邮件:(电子邮件保护)

收到:2021年7月29日;接受:2021年8月12日;发表:2021年8月19日

摘要

从经济和环境可持续性的角度来看，回收的纸张和纸板已成为造纸中一种宝贵的原材料资源。然而，纸张回收过程面临着与回收纸张和纸板中存在的“粘性”相关的几个挑战。胶粘剂是指存在于回收纸和纸板中的粘性、疏水、柔韧的有机材料，由压敏和热熔胶粘剂衍生而来。据估计，与粘性相关的问题每年要花费美国造纸制造商数亿美元，主要是由于产品质量问题，如孔洞、黑点和成品强度降低。由于金属丝、毛毡、压辊、干燥筒和压延机上的沉积物而引起的薄板断裂等可运行性问题也会导致长时间的停机清洗。本研究提出了测量微小和潜在的二次粘性的新方法，这些粘性由于体积小而难以从纸张回收过程中去除。

关键字

废纸回收;Microstickies;潜在的次级粘性

简介

在林业、木浆造纸工业中起着重要的作用经济体世界上许多国家的。在南非，该行业约占总量的2%国内生产总值(国内生产总值)，雇佣约15万人(南非林业)。特别是，纸浆和造纸行业生产约220万吨纸张和纸板，其中约140万吨被回收和回收(南非纸张回收协会，PRASA)。因此，从经济和环境可持续性的角度来看，回收的纸张和纸板已成为造纸过程中宝贵的原材料资源。根据PRASA的说法，每回收一吨回收纸，就可以取代17棵松树的原始纤维，并通过转移垃圾的来源，节省约3平方米的垃圾填埋场空间浪费来自垃圾填埋场的纸。纸张回收利用还可减少高达1吨的煤基二氧化碳排放₂电力排放1.8吨CO₂每回收一吨回收纸。总的来说，回收纸生产的纸比较多能源节水，节约高达2.9 GJ的能源每生产一吨纸，可减少50%的用水量浪费与用原始纤维生产的纸张相比，可产生35%的水分[1］．因此，由于利用回收纸的经济和环境优势，纸张回收是一门迅速发展的科学，包括工程、生物学、化学和清洁生产技术等学科。然而，全球和南非造纸制造商面临的众多挑战之一是回收纸的粘性问题。粘性是指纸张回收系统中发现的粘性、疏水、柔韧的有机材料。虽然没有南非的相关数据，但据估计，与粘性有关的问题每年要花费美国造纸制造商数亿美元。

这主要是由于产品质量问题，如孔洞、黑点和成品强度降低。由于金属丝、毛毡、压辊、干燥筒和压延机上的沉积物而引起的板材断裂等可运行性问题也会导致长时间的停机清洗。

胶粘剂主要来源于压敏胶粘剂(PSA)，热熔胶(HMA)或两者的组合。压敏胶粘剂用于标签和胶带，在环境温度下具有粘性和柔韧性。热熔胶用于装订，通常在环境温度下是固体。粘性的其他主要来源包括印刷油墨和涂料粘合剂。一般来说，粘性分为主要和次要。初级粘性是在加工过程中从原材料中产生的，在整个造纸过程中保持固体状态。它们进一步分为大粘性(>100微米大小)和微粘性(<100微米大小)。二次粘源于溶解性或胶体物质(DCS)的沉淀和团聚，这是工艺条件中突然的物理化学变化的结果，如温度冲击、pH值变化、添加阳离子聚电解质等。潜在的二次粘性是尚未形成二次粘性但有潜力形成二次粘性的胶体或溶解物质。粘性的大小分类的示意图描述载于(图1）.

由于筛选和清洁技术的进步，大多数废纸回收厂都配备了有效去除宏观粘性的设备。因此，在现代工厂中，宏观粘性应该很少或没有工艺问题。然而，在微粘性的情况下，这些颗粒足够小，可以通过开槽的屏幕。在造纸机水回路中，微胶的积聚和团聚往往会导致沉积，从而导致前面提到的许多问题。一项针对南非造纸企业的调查显示，即使有回收厂，也很少会定期测量微粘性，而其他国家的情况可能也是如此。所提到的一些原因包括缺乏测量微粘性的标准方法、需要精密的设备和专业知识、周转时间长、方法复杂等。该行业表示需要一种快速、简单、廉价且易于在工厂环境中实施的测量方法。

文献中充满了测量微粘性的方法。一些例子包括将含有微粘性的样品放在血细胞计室中，并在光学显微镜的帮助下计数。通过在透射光下的球形和亮度，可以将微粘性与细颗粒和其他碎片区分开来。用该方法测定了阳离子聚合物、盐和纤维对聚合物稳定性的影响模型由丙烯酸微球胶粘剂乳液制成的微胶粒[2］．由于该方法的简单性和快速周转时间，因此决定测试该方法在从两家造纸回收厂获得的纸浆样品上的适用性。此外，利用这项技术，开发了一种新的方法来测量潜在的二次粘性，

材料与方法

抽样

纸浆样本采集自两家废纸回收厂。第一家工厂是一家包装工厂，回收旧瓦楞纸板(OCC)用于生产测试板和衬板。第二个工厂回收旧报纸(ONP)和分类书籍和杂志(SBM)的混合物来生产新闻纸。在大多数情况下，样品是在拆浆器中采集的

用于该方法的开发工作。为了测试该方法在整个过程中的适用性，在工厂操作的各个点采集了样品。

微粘性的测量

根据血球计载玻片可与光学显微镜配合使用，以测量微粘。该方法是应用于医学它被用来计数血细胞。血细胞计是一种计数室，使用微型移液管将样本移入其中。然后在光学显微镜下观察载玻片细胞在样本中被计数。为了适应微粘的测量方法，将浆料滤液样品置于血细胞计载玻片中，计数微粘颗粒的数量。在透射光下，微胶粘剂的球形和亮度很容易区分。将磨浆机获得的纸浆样品充分混合，取100g烘干等效纸浆进行分析。浆料在真空条件下通过100 μ m的丝网过滤，丝网放置在附着在Buchner烧瓶上的Buchner漏斗中。将得到的滤液转移到烧杯中，用磁力搅拌器连续搅拌[3.］．由此，将浆体滤液移到血细胞计载玻片上，在光学显微镜的帮助下，通过计数(图2）.

结果与讨论

该方法最初在两个纸浆样品上进行了测试，分别来自一个新闻厂回收旧报纸(ONP)和分类书籍和杂志(SBM)的混合物，以及一个包装厂回收旧瓦楞纸板(OCC)。为了确定该方法的可重复性，将来自各自工厂的每个纸浆样品分为五个子样品，每个子样品按照前面所述进行过滤以获得滤液。然后对每个滤液进行五次重复测量微粘性含量。可重复性研究的结果如图3所示。对于新闻纸纸浆样品，该方法获得的每种滤液的个体变异系数(COV)平均为1.45%。新闻纸厂五种滤液的总COV小于1%，为0.63%。对于包装厂，单个COV值为1.8%，五种滤液的总体COV值为1.6% (图3）.

然后对新闻纸和包装厂在整个过程中收集的纸浆样品进行了测试。对于新闻纸厂，在回收过程中的几个点获得纸浆样品:脱浆机(RP)、初级粗筛给料机(PCSF)、初级粗筛接受机(PCSA)、脱离浮选机(of)、离心清洗机(ACC)后接受机、初级细筛接受机(PFSA)、线压前(BWP)、线压后(AWP)、中稠度(MC)泵，最后在储存塔(ST)。这项工作的目的是测试该方法在整个过程中拾取微粘性浓度变化的敏感性。为了验证结果，对滤液进行了浊度测量，因为这种方法通常用于间接测量微粘性的数量。

结果表明，微粘物的浓度在工艺开始时最高。此后，粗筛一次进料时样品的浓度迅速下降。这可能是由于浆料从再碎机中被稀释了。超过这一点，微粘的浓度保持相当稳定，直到线压。压丝后，观察到微粘物浓度升高。在这种情况下，较高的浓度可能是由于脱水过程中纸浆稠度增加时，在纸浆衬垫中积累了微粘性。在介质稠度泵中取样的纸浆显示出较低的微粘性浓度，这可能是由于泵使用前的分散阶段造成的。对制浆过程中各个阶段浆料滤液浊度的测量显示了与血球计法测定结果一致的趋势，即两种方法都显示在再浆器和线压后的微粘水平升高。浊度测量与使用血细胞计方法测量微粘之间有很强的相关性。

在研究期间，根据使用血细胞计法获得的结果，微粘的浓度在整个过程中保持相当稳定。但在初级粗筛后(次级粗筛饲料(SCSF)是初级粗筛后的废渣流)以及初级和次级精筛后，浓度略有升高。这可能是由于在筛选过程中，大粘性颗粒可能分解为微粘性颗粒，导致微粘性颗粒浓度增加。在该过程的相同阶段对浑浊度的测量显示了类似的趋势，浑浊度在整个过程中保持相当稳定，在粗筛和细筛期间略有升高。用血细胞计法测定滤液浊度和微粘物之间的相关性。

血细胞计的方法似乎很简单，可以测量微粘性。但它能被用来衡量潜在的二次粘性吗?根据定义，潜在次生粘性是指尚未形成粘性，但有潜力形成粘性的溶解性和胶体物质。在研究开发一种测量潜在二次黏附的方法时，他们使用工艺水在工艺pH值和调整pH值为4时的浊度差作为潜在二次黏附的指示。该方法基于pH值影响溶解物质和胶体物质溶解度的原理。当工艺水的pH值降低时，由于可溶性物质从溶液中析出并变得可见，浊度增加。血球计方法能否用于测量溶液pH值冲击后从溶液中析出的溶解物和胶体粘滞物?

根据该程序，将工艺水的样品离心15分钟以去除悬浮固体，以便测量的浊度仅代表水样中的溶解物质和胶体物质。为了验证本研究中的离心时间，如前所述，过滤了约100g OD当量的纸浆样品。然后将滤液倒入15ml离心管中，以3500 rpm的速度离心，时间间隔为0、15、30、45、60和75分钟。每隔一段时间，取一个样品，测量浊度。此外，还测量了微粘的浓度，以确定离心分离机中是否存在微粘。结果显示，浊度从未离心滤液的3000 NTU显著下降到离心15分钟滤液的300 NTU [4］．此后，随着离心时间的增加，浊度逐渐下降。离心60分钟后，滤液浊度稳定在100 NTU左右。同样，微粘的浓度也随着离心时间的增加而降低，75分钟后离心几乎为零。此时，用10%的硫酸将样品的pH值迅速降低至4，对离心75min的滤液进行酸震。然后重新测量浊度和微粘物浓度。正如预期的那样，溶液的浊度从100 NTU增加到150 NTU，说明滤液中溶解性和胶体物质的沉淀导致了浊度的增加。使用血细胞计方法测量微粘的浓度也显示其浓度增加[5］．浊度的增加是否可以归因于胶体和溶解粘性的沉淀，血细胞计方法是否足够灵敏，可以检测到这一点?

结论

由于筛选和清洗技术的进步，大多数纸张回收厂都配备了有效去除宏观粘性的设备。因此，在现代工厂中，宏观粘性应该很少或没有工艺问题。然而，在微粘性的情况下，这些颗粒足够小，可以通过开槽的屏幕。在造纸机水循环系统中，微粘性的积聚和团聚往往会导致沉淀，从而导致可操作性和/或产品质量问题。南非造纸制造商表示，他们需要简单快速的方法来测量微粘性，只需最小的资本投资，并且易于在工厂环境中实施。在这项研究中，使用血细胞计和光学显微镜来测量微粘被证明。该方法简便、快速，重复性好。该方法在新闻纸和包装厂进行了评估，并且足够灵敏，可以检测到过程中各个阶段微粘性浓度的变化。两厂工艺水的微粘性浓度与浑浊度有良好的相关性。此外，该方法还扩展到测量尚未形成微粘性，但当温度、pH值或化学环境突然变化时有可能形成微粘性的溶解和胶体粘性。 It is anticipated that routine measurements will assist mills in establishing baselines for the concentration of microstickies and potential secondary stickies in their process. By relating spikes in concentrations to product quality and runnability problems, a threshold value for microstickies and potential secondary stickies could be determined, above which could indicate agglomeration, or in the case of potential secondary stickies, precipitation, which ultimately will lead to accumulation and agglomeration. Mills can objectively assess their current approaches to dealing with microstickies and if necessary, optimise additives dosages, determine the best addition points for these additives, and the optimal process conditions for functioning of the additives.

确认

Mondi和Sappi感谢他们提供了纸浆样品。

参考文献

1. 布兰科·苏亚雷斯A，米兰达·卡雷诺R，黑人·阿尔瓦雷斯CM，等。新闻纸厂胶粘物的完全表征:需要一种补充的方法。植物学报，2007;6(1):19-25。
2. Miranda Carreno R, Blanco Suarez A, Negro Alvarez CM，等。新闻纸厂脱墨线的粘滞去除:不同工艺阶段的效率。中国生物医学工程学报，2006;26(5):344 - 344。
3. 李海林，金建明。OCC回收过程中宏观和微观粘性的定量及浮选控制。Appita:技术，创新，制造。环境。2006;59(1):31-36。
4. balinas - casarrubias L, Gonzalez-Sanchez G, egguiarte - franco S，等。牛皮纸生产中粘性物质的化学表征及酶控。聚合物。2020;12(1):245。
5. 米兰达R，巴利亚A，布兰卡ES，等。新闻纸生产中顽固性胶粘物的鉴别及其来源。化学工程学报。2008;47(16):6239-6250。