楊洋，曹云峰

（南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙重點實驗室，江蘇南京210037）

脫墨用表面活性劑起泡性及其泡沫穩(wěn)定性的研究

楊洋，曹云峰

（南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙重點實驗室，江蘇南京210037）

該文對脫墨用表面活性劑的起泡性進行了研究，通過泡沫測定儀測得15種表面活性劑單組分起泡能力及其泡沫穩(wěn)定性，起泡能力由高到低為：AEC-7-Na>AEC-9-Na>AEO 12>AES>NP-10> OP-10>AEO 20>SAS>T-80>ABS>AOS>APG>JFC>S-80，AS。通過雙組分復(fù)配，陰離子表面活性劑復(fù)配起泡能力由高到低為：AES>SAS>AEC-9-Na>AEC-7-Na>AOS>ABS，非離子表面活性劑復(fù)配起泡能力由高到低為：JFC>AEO 12>NP-10>T-80>AEO 20>OP-10>APG>S-80，其中以JFC的復(fù)配性能最為優(yōu)秀。

脫墨劑；起泡性；泡沫穩(wěn)定性

廢紙脫墨劑的主要成分是表面活性劑。在浮選法脫墨中所用的表面活性劑以起泡性強、捕集性強的表面活性劑為主，它們能使從纖維上脫離的油墨粒子聚集在一起形成粒徑為10～150μm的顆粒，并賦予這些聚團以憎水性表面[1]。在浮選過程中，這些較大的油墨顆粒會吸附到脫墨劑產(chǎn)生的泡沫上，浮出液體表面，從而得以除去。油墨粒子黏附在氣泡上形成泡沫后，泡沫的穩(wěn)定性非常重要，如果不穩(wěn)定，則將大大影響到浮選的脫墨效果[2]，但若過于穩(wěn)定又會對后續(xù)造紙產(chǎn)生不利影響。同時，浮選中泡沫較小、增加通氣量可增大空氣和液體接觸面積和氣體停留時間，從而提高脫墨率[3-4]。因此，表面活性劑的起泡性和泡沫穩(wěn)定性是廢紙浮選脫墨效果的一個重要影響因素。

本論文在15種單一表面活性劑中，選擇出單一起泡能力較強的陰離子表面活性劑與起泡能力較強的非離子表面活性劑進行復(fù)配，獲得了最優(yōu)的復(fù)配組合。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

1.1.1 試劑

7個環(huán)氧乙烷聚合度的脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鈉（AEC-7-Na），9個環(huán)氧乙烷聚合度的脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鈉（AEC-9-Na）；均為青島長興化工有限公司生產(chǎn)。

12個環(huán)氧乙烷聚合度的脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO 12），20個環(huán)氧乙烷聚合度的脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO 20），脂肪醇聚氧乙烯醚（JFC），脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽（AES），失水山梨醇酯聚氧乙烯醚（T-80），失水山梨醇酯（S-80），辛基酚聚氧乙烯醚（OP-10），壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10），烷基多糖苷（APG），十二烷基苯磺酸鈉（ABS），α-烯基磺酸鹽（AOS），十二烷基磺酸鈉（SAS）和烷基磺酸鈉（AS）；均為南京棲霞山印染助劑廠生產(chǎn)。

1.1.2 儀器

SX 09-Ⅰ型便攜式消泡劑性能測定儀，南京四新科技應(yīng)用研究所有限公司。

1.2 實驗方法

陰離子表面活性劑具有很好的去油污性能和起泡性，非離子表面活性劑一般在較低的濃度下就有很好的乳化、分散及捕集性能，其臨界膠束濃度比較低，而且不受水的硬度的影響[5]。實驗首先測定單一表面活性劑的起泡性能，分別獲得陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑起泡性的大小順序；然后綜合考慮各因素如捕集性和起泡性，分別選擇出起泡性能好的陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑進行復(fù)配，并分別測定這些體系的起泡性和泡沫穩(wěn)定性，得到有良好協(xié)同性的2組分復(fù)配體系。

實驗將試樣分別配成500mL一定濃度的溶液。每次取出200 mL潤洗測試儀器，后加入剩下的300 mL溶液。加熱待測液到40℃并保溫，將流量調(diào)節(jié)到合適位置，打開開關(guān)，8min后（工廠大多的浮選時間為8 min，因此選擇8 min更具實際意義），記下泡沫的高度，即為泡沫最大體積V。關(guān)閉流量開關(guān)，每隔3 min記錄泡沫體積：V1為3 min后泡沫體積，V2為6min后泡沫體積，V3為9 min后泡沫體積。

1.3 泡沫起泡性及穩(wěn)定性的測定

在刻度量筒中事先放置一定量的待測溶液，然后將待測溶液從一定高度以一定的流速流到量筒中，溶液與液面碰撞，混入氣體，產(chǎn)生泡沫，以測量得到的泡沫體積作為發(fā)泡力的量度，以一段時間后的泡沫體積來表示該體系的泡沫穩(wěn)定性。本實驗采用SX 09-Ⅰ型便攜式消泡劑性能測定儀，測定原理同羅斯-米爾（Ross-Miles）法和改進Ross-Miles法[6]。

2 結(jié)果與討論

2.1 單一表面活性劑的起泡性能

由于儀器的最大量程為400mL，所以當(dāng)泡沫過多而超過400mL時，記為“溢出”。實驗條件為t=40℃、流量7 L/min、pH=6～7（即不加酸、堿緩沖液的原液）。表1為單一非離子表面活性劑的起泡性能。

表1 單一非離子表面活性劑的起泡性能mL

從表1可以得到，非離子表面活性劑的起泡能力由高到低為：AEO 12＞NP-10＞OP-10＞AEO 20＞T-80＞APG＞JFC＞S-80。

表2為單一陰離子表面活性劑的起泡性能。

從表2可得到，陰離子表面活性劑的起泡能力由高到低為：AEC-7-Na＞AEC-9-Na＞AES＞SAS＞ABS＞AOS＞AS。

從表1和表2可得到單一組分表面活性劑起泡能力的排序：AEC-7-Na＞AEC-9-Na＞AEO 12＞AES＞NP-10＞OP-10＞AEO 20＞SAS＞T-80＞ABS＞AOS＞APG＞JFC＞S-80，AS。

表2 單一陰離子表面活性劑的起泡性能mL

AEC-7-Na的起泡性強于AEC-9-Na的起泡性，AEC的分子式為RO（CH2CH2O）nCH2COONa。隨著環(huán)氧乙烷（EO）聚合數(shù)目的增加，起泡性略微減弱。同樣，AEO 12的起泡性能優(yōu)于AEO 20的起泡性。AEO的分子式為RO—（CH2CH2O）n—H，隨著環(huán)氧乙烷（EO）聚合數(shù)目的增加，起泡性明顯減弱。而AEO系列與JFC系列有著同樣的結(jié)構(gòu)式，都屬于脂肪醇聚氧乙烯醚，但是由于AEO系列（R=C 12～C 14）和JFC系列（R=C 8～C 10，n=4～6），RO—（CH2CH2O）n—H中的R中的碳原子數(shù)不同和環(huán)氧乙烷基團的聚合數(shù)目不同，導(dǎo)致AEO具有非常優(yōu)越的起泡性，而JFC起泡性很弱，卻具有非常良好的滲透性。APG的起泡性較差?？偟膩碚f，陰離子表面活性劑的起泡性優(yōu)于非離子表面活性劑。

2.2 陰離子/非離子表面活性劑復(fù)配的起泡性能

陰離子表面活性劑與非離子表面活性劑有良好的協(xié)同性，這主要是由于非離子表面活性劑分子中的氧原子在水溶液中部分質(zhì)子化，帶有弱正電性，因而與陰離子表面活性劑有一定的電性相互作用，體現(xiàn)出更優(yōu)異的協(xié)同性能[7]。同時由于陰離子表面活性劑的起泡能力和非離子表面活性劑的捕集性能的互補作用，在浮選中選用陰離子表面活性劑與非離子表面活性劑復(fù)配是非常有效的。

雙組分復(fù)配的實驗條件為t=40℃、流量7 L/min、pH=6～7、藥品質(zhì)量配比為1∶1，同時配比的量以2組分中給定的最低濃度為基準進行1∶1復(fù)配。如AOS與AEO 12復(fù)配體系，即取w（AEO 12）=5×10-6與w（AOS）=5×10-6進行復(fù)配，最小測定的質(zhì)量分數(shù)為10×10-6。這樣為了方便觀察氣泡性能的變化情況，同時防止出現(xiàn)溢出情況。

表3為陰離子表面活性劑與非離子表面活性劑復(fù)配體系的起泡性能。表中橫向欄頭中的“×2”下方這列數(shù)據(jù)為豎向欄頭中所有非離子表面活性劑分別以2倍的濃度與橫向欄頭中的陰離子表面活性劑復(fù)配后的實驗結(jié)果。而豎向欄頭中的“×2”右側(cè)的這行數(shù)據(jù)為橫向欄頭的所有陰離子表面活性劑分別以2倍的濃度與豎向欄頭的非離子表面活性劑復(fù)配后的實驗結(jié)果。這樣便于與復(fù)配后、以及空白樣的起泡性進行更直觀的比較。

表面活性劑復(fù)配產(chǎn)生的復(fù)合效應(yīng)有3種形式：（1）相乘型，即復(fù)合體系的性能優(yōu)于其組成的各單一組分的性能，或者產(chǎn)生了其他新的性能，則產(chǎn)生了復(fù)合效應(yīng)，有協(xié)同增效性能；（2）相補型，即復(fù)合體系的性能以各組分單一性能之和出現(xiàn)，彌補了各自欠缺的性能，則同樣產(chǎn)生了復(fù)合效應(yīng)；（3）相抗型，即復(fù)合體系的某些性能差于單一組分的性能，甚至失去一些性能，則認為產(chǎn)生了相抗作用[8]。

從表3可以看出，AES、SAS與非離子表面活性劑復(fù)配后起泡性較好，其中AES、SAS與非離子表面活性劑復(fù)配后泡沫量在一定程度上增加。如AES與AEO 12復(fù)配，AEO 12的起泡性比AES好，在其質(zhì)量分數(shù)為10×10-6時AEO 12的起泡體積250mL，復(fù)配后體積為295mL，起泡量增加，產(chǎn)生相乘型復(fù)合效應(yīng)。由于AEC-7-Na、AEC-9-Na的單組分起泡性能非常優(yōu)越，在加入其他起泡性能遠遠不如自身的活性劑后，泡沫量增加較少或者有部分減少，但復(fù)合體系增強了捕集性能，產(chǎn)生相補型復(fù)合效應(yīng)。AOS、ABS與非離子表面活性劑復(fù)配后起泡量變化不大。將陰離子表面活性劑復(fù)配能力進行排序得：AES＞SAS＞AEC-9-Na＞AEC-7-Na＞AOS＞ABS。復(fù)配能力強，說明適宜與其他表面活性劑進行復(fù)配，可獲得相乘型復(fù)配效果。

表3 陰離子表面活性劑與非離子表面活性劑復(fù)配體系的起泡性能mL

從非離子表面活性劑的角度來看，JFC、OP-10、T-80和AEC 20的復(fù)配性能較為優(yōu)秀，其中以JFC最為杰出，單獨的JFC起泡性非常差，而當(dāng)JFC與陰離子表面活性劑復(fù)配后，起泡量有時可成倍增加，遠超單組分的泡沫量，這為相乘型效應(yīng)；同時，JFC有良好的滲透分散能力。這樣復(fù)配出的脫墨劑可以集滲透、分散、捕集和起泡于一身，其不失為一個良好的復(fù)配成分。同時發(fā)現(xiàn)，所有的陰離子表面活性劑與S-80復(fù)配后，起泡量大大降低，有的甚至不起泡，這可能是因為S-80的乳化能力太強，導(dǎo)致難以產(chǎn)生泡沫，以及泡沫不穩(wěn)定迅速破裂，從而產(chǎn)生相抗型復(fù)合效應(yīng)。由此可知，S-80不適合應(yīng)用于浮選脫墨劑的配方中。將非離子表面活性劑復(fù)配能力進行排序得：JFC＞AEO 12＞NP-10＞T-80＞AEO 20＞OP-10＞APG＞S-80。

同時從表3可得出，非離子表面活性劑JFC、AEO 12和T-80分別與陰離子表面活性劑AES、AEC-9-Na和SAS復(fù)配的9組組合，在脫墨過程中不僅有協(xié)同作用，而且復(fù)配后起泡性較為優(yōu)秀，實驗對篩選出的這9組配方進行研究，觀察其泡沫穩(wěn)定性，見表4。

從表4可以看出，JFC+AES/AEC-9-Na/SAS等3個配方具有極好的起泡性能；JFC雖然有良好的復(fù)配起泡性，但泡沫穩(wěn)定性較差，在3 min后泡沫全部消去。因此，在實際生產(chǎn)中如出現(xiàn)白水池泡沫過多，可以在配方中添加適量JFC，降低泡沫穩(wěn)定性，使得泡沫在短時間消除。AEO 12復(fù)配后泡沫較穩(wěn)定。

表4 雙組分配方的泡沫穩(wěn)定性mL

3 結(jié)論

廢紙脫墨是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，氣泡是決定浮選脫墨效率的一個重要因素。通過對各表面活性劑起泡性和泡沫穩(wěn)定性的測試，可幫助解決脫墨過程中產(chǎn)生的一些問題具有指導(dǎo)意義。

（1）通過對15種表面活性劑的實驗，可以得出單一組分起泡能力由高到低為：AEC-7-Na＞AEC-9-Na＞AEO 12＞SAS＞NP-10＞OP-10＞AEO 20＞T-80＞AOS＞ABS＞APG＞JFC＞S-80，AS。

（2）通過陰離子表面活性劑與非離子表面活性劑雙組分復(fù)配體系實驗得出：陰離子表面活性劑復(fù)配能力由高到低為：AES>SAS>AEC-9-Na>AEC-7-Na> AOS>ABS；非離子表面活性劑復(fù)配能力由高到低為：JFC>AEO 12>NP-10>T-80>AEO 20>OP-10>APG> S-80。其中以JFC最為杰出，單獨的JFC起泡性非常差，而當(dāng)JFC與陰離子表面活性劑復(fù)配后，起泡量有時可成倍增加，遠超單組分的泡沫量，但泡沫穩(wěn)定性較差。同時，S-80由于單組分和復(fù)配的起泡性太差不適宜做浮選脫墨劑。JFC/AEO 12/T-80+AES/ AEC-9-Na/SAS等9種復(fù)配是非常優(yōu)秀的復(fù)配組合，并且JFC+AES/AEC-9-Na/SAS等3個配方具有極好的起泡性能。

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Study on Foaming Abilitiesand Foam Stabilitiesof Deinking Surfactants

YANG Yang，CAO Yun-feng
（Jiangsu Provincial Key Lab of Pulp and Paper Science and Technology，Nanjing University of Forestry，Nanjing 210037，China）

The foaming abilities of deinking surfactants were investigated in this paper.By measuring the foaming abilities and foam stabilities of 15 different surfactants using foam meter，the sequence of the foaming abilities of those surfactants from high to low was determined as follows：AEC-7-Na>AEC-9-Na>AEO 12>AES>NP-10>OP-10> AEO 20>SAS>T-80>ABS>AOS>APG>JFC>S-80，AS.When anionic surfactant was used together with nonionic surfactant，the foaming abilities of anionic surfactants from high to low was：AES>SAS>AEC-9-Na>AEC-7-Na> AOS>ABS while the foaming abilities of non-ionic surfactants was：JFC>AEO 12>NP-10>T-80>AEO 20>OP-10> APG>S-80，where JFC showed the best synergistic performance.

deinking-agent；foaming ability；foam stability

book=2,ebook=30

TS749.7

A 文獻標識碼：1007-2225（2010）01-0011-05

楊洋先生（1987-），在讀研究生；研究方向：制漿造紙；E-mail：czqjyangyang@163.com。

曹云峰先生，博士生導(dǎo)師；研究領(lǐng)域：制漿造紙與清潔生產(chǎn)；E-mail：yunfcao@163.com。

2009-12-01（修回）

江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點實驗室開放基金（200916）

本文文獻格式：楊洋，曹云峰.脫墨用表面活性劑起泡性及其泡沫穩(wěn)定性的研究[J].造紙化學(xué)品，2010，22（1）：11-14，20.