表面活性劑對(duì)水性油墨膠體穩(wěn)定性的影響

溶劑型油墨中的有機(jī)溶劑和重金屬元素嚴(yán)重污染環(huán)境，用水性油墨替代溶劑型油墨已勢(shì)在必行。水性油墨以特定的高分子樹脂、顏料、水以及助劑制成。目前，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已采用水性油墨印刷報(bào)刊。水性油墨印刷的廢紙回用存在較大困難。  

脫墨的主要過程包括：(1)堿性條件下廢紙碎解使油墨與纖維分離；(2)油墨在浮選槽中被浮選出去。常規(guī)的脫墨過程是加人脂肪酸和氯化鈣，所形成的鈣皂會(huì)促進(jìn)炭黑粒子的聚集，從而粘附于氣泡上被浮選出去，但是水性油墨在堿性條件下分散成非常小的炭黑粒子，這些細(xì)小的炭黑粒子在常規(guī)的脫墨劑作用下不發(fā)生絮凝 ，在浮選過程中不能被氣泡所捕集，易沉積到纖維表面或內(nèi)部，少量水性油墨廢紙的存在便會(huì)大幅度降低脫墨漿的白度。

     國(guó)外學(xué)者對(duì)水性油墨的穩(wěn)定性和脫除工藝已進(jìn)行了初步研究。Femandez等 發(fā)現(xiàn)水性油墨的膠體穩(wěn)定性是由靜電排斥力和空問位阻效應(yīng)共同決定的。Gecol等 對(duì)脫除塑料薄膜表面的水性油墨研究后表明，加入不同種類表面活性劑均可有效去除水性油墨，而且加人陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)可以使炭黑粒子表面電荷逆轉(zhuǎn)。但Gecol并未研究表面活性劑對(duì)水性油墨炭黑粒子平均粒徑的影響，而水性油墨炭黑粒子平均粒徑的大小是關(guān)系到其是否能被有效除去的關(guān)鍵因素。

     本工作探討了陽(yáng)離子、陰離子、兩性及非離子表面活性劑對(duì)水性油墨膠體穩(wěn)定性的影響，以炭黑粒子的平均粒徑和靜電排斥力作為主要考察指標(biāo)，對(duì)水性油墨膠體溶液特性有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，并找到了一種適用于水性油墨廢紙脫墨的表面活性劑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 試劑和儀器

水性油墨由廣州市某油墨公司提供，其主要的化學(xué)組成見表1。

表面活性劑：陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，陰離子表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)；兩性表面活性劑椰油酰胺丙基氧化胺(CAPO)和非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO一7，AEO一9)，均為工業(yè)品。

體系pH 滴定：c(HCI)=0．5 mol／L和c(NaOH)=0．5 mol／L的水溶液。

用Malvem NANO—ZS儀器(Malvern InstrumentsLtd．，England)同時(shí)測(cè)定油墨溶液的粒度和Zeta電位。

1．2 步驟

取稀釋的水性油墨溶液10 mL放人特制塑料瓶中，固定在NANO—ZS附帶的MPT一2自動(dòng)滴定儀上，開動(dòng)磁力攪拌，然后把待加人的表面活性劑裝入另外一支塑料瓶中，MPT一2的進(jìn)樣器會(huì)根據(jù)設(shè)定的濃度加人表面活性劑，到達(dá)每一個(gè)濃度設(shè)定值NANO—ZS便會(huì)同時(shí)測(cè)定溶液體系的Zeta電位和炭黑粒子平均粒徑。pH滴定在塑料瓶中增加pH電極，步驟與前述相同。初始水性油墨炭黑粒子Zeta電位為一37．9 mV，平均粒徑為154 nm。

2 結(jié)果與討論

2．1 陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)對(duì)水性油墨膠體穩(wěn)定性的影響

水性油墨炭黑粒子表面帶負(fù)電荷，本實(shí)驗(yàn)首先研究了陽(yáng)離子表面活性劑CTAB對(duì)水性油墨膠體穩(wěn)定性的影響。

圖1為不同濃度CTAB對(duì)水性油墨炭黑粒子平均粒徑及Zeta電位的影響。

Zeta電位曲線表明，當(dāng)CTAB濃度僅為0．14mmoL／L時(shí)，炭黑粒子的Zeta電位便可達(dá)到12．7mV，而CTAB濃度為0．86 mmol／L時(shí)，Zeta電位達(dá)到**值34．1 mV，這說明CTAB在炭黑粒子表面發(fā)生非常強(qiáng)的特性吸附 J。平均粒徑曲線表明，平均粒徑**增加值為5 nm。

圖2為體系pH對(duì)CTAB[c(CTAB)=0．5mmoL／L]在炭黑粒子表面吸附的影響。Zeta電位曲線表明，加人CTAB后Zeta電位在各pn條件下都大于20 mV，而且隨著pH增大，Zeta電位呈逐漸下降的趨勢(shì)。這可能是因?yàn)樵谒嵝詶l件下，不僅CTAB在炭黑粒子表面發(fā)生特性吸附，而且H 離子也會(huì)發(fā)生特性吸附；而在堿性條件下，OH一會(huì)中和部分CTAB的正電荷，所以會(huì)使炭黑粒子的Zeta電位降低。平均粒徑曲線表明，**平均粒徑可以達(dá)到167 nm，平均粒徑**增加值為13 nm。

圖1、2表明，陽(yáng)離子表面活性劑CTAB對(duì)水性油墨炭黑粒子的Zeta電位影響較大，而Zeta電位的降低并不能促進(jìn)相應(yīng)炭黑粒子平均粒徑的增加，這說明水性油墨膠體溶液的穩(wěn)定性主要由炭黑粒子間空問位阻效應(yīng)決定。

2．2 陰離子表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)對(duì)水性油墨膠體穩(wěn)定性的影響

為了更加了解水性油墨膠體溶液特性，探討了十二烷基磺酸鈉對(duì)水性油墨膠體穩(wěn)定性的影響，見圖3。

Zeta電位曲線表明，當(dāng)SDS的濃度為0．2mmoL／L時(shí)，炭黑粒子的Zeta電位為一31．1 mV，當(dāng)SDS的濃度為1 mmoL／L時(shí)，Zeta電位為一38．2 mV。這可能是因?yàn)榧尤?/span>SDS濃度較低時(shí)，Na 離子中和了油墨炭黑粒子表面的部分負(fù)電荷而使Zeta電位絕對(duì)值降低，但是隨著SDS濃度的繼續(xù)增加，SDS可能在炭黑粒子表面發(fā)生化學(xué)吸附 J，使炭黑粒子的負(fù)電性更強(qiáng)；平均粒徑曲線表明，隨著炭黑粒子表面負(fù)電性的增強(qiáng)，平均粒徑比初始炭黑粒子的平均粒徑下降了2 nm，所以SDS的加入會(huì)使水性油墨膠體溶液變得更穩(wěn)定。

2．3 兩性表面活性劑椰油酰胺丙基氧化胺(CAPO)對(duì)水性油墨膠體穩(wěn)定性的影響

氧化胺是一種多功能弱陽(yáng)離子表面活性劑 。由于它的性能對(duì)體系pH有較強(qiáng)的依賴性，本實(shí)驗(yàn)研究了不同pH條件下CAPO對(duì)炭黑粒子平均粒徑及Zeta電位的影響，見圖4。

Zeta電位曲線表明，當(dāng)pH=8．3時(shí)，Zeta電位為一37．4 mV，隨著pH降低，Zeta電位向等電點(diǎn)方向變動(dòng)，當(dāng)pH大約為6．0時(shí)，Zeta電位達(dá)到等電點(diǎn)，而當(dāng)pH=3．2時(shí)，Zeta電位達(dá)到**值28．5mV，這主要是因?yàn)?/span>CAPO在酸性條件下顯示陽(yáng)離子表面活性劑的性質(zhì)，其作用原理與CTAB相同。平均粒徑曲線表明，當(dāng)炭黑粒子的Zeta電位達(dá)到等電點(diǎn)時(shí)，平均粒徑比初始水性油墨炭黑的平均粒徑只增加了8 nm，這也說明炭黑粒子間的空間位阻效應(yīng)是影響水性油墨膠體穩(wěn)定性的主要因素；而當(dāng)pH=4．4時(shí)，平均粒徑達(dá)到**值為163 nm，平均粒徑**增加幅度為9 nm。

2．4 非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚類(AEO)對(duì)水性油墨膠體穩(wěn)定性的影響

由于非離子表面活性劑在溶液中不是以離子狀態(tài)存在，不易受強(qiáng)電解質(zhì)的影響，應(yīng)用越來越廣泛。探討了AEO一7和AEO一9對(duì)水性油墨膠體穩(wěn)定性的影響。圖5為不同濃度AEO-7對(duì)水性油墨炭黑粒子平均粒徑及Zeta電位的影響。

Zeta電位曲線表明，AEO一7濃度從0增加至0．i mol／L時(shí)，Zeta電位從一37．9 rnV變?yōu)橐?/span>16．3mV。由于非離子表面活性劑不帶有電荷，所以它吸附于炭黑粒子表面不會(huì)引起其電荷的變化，但是加入AEO一7后卻使炭黑粒子表面的負(fù)電性降低，其原因可能是AEO一7吸附于炭黑粒子表面后，使得滑移面的位置發(fā)生移動(dòng)或者是改變了溶液中已經(jīng)存在離子的吸附特性 ；平均粒徑曲線表明，隨著AEO一7濃度的增加，炭黑粒子的平均粒徑從初始的154 nm增加至240 nm，這說明AEO一7的加入可能也降低了水性油墨炭黑粒子間的空間位阻效應(yīng)。從圖5還可以看出，AEO一7不僅對(duì)溶液體系的Zeta電位有較大的影響，而且對(duì)炭黑粒子聚集的影響程度明顯大于CTAB、SDS和CAPO。

圖6為不同濃度AEO一9對(duì)水性油墨炭黑粒子平均粒徑及Zeta電位的影響。

加入AEO一9后水性油墨膠體溶液Zeta電位與炭黑粒子平均粒徑的變化趨勢(shì)與加入AEO一7相同。

3 結(jié)論

(1)陽(yáng)離子表面活性劑(CTAB，酸性條件下CAPO)可以使炭黑粒子表面的電荷逆轉(zhuǎn)。但是，Zeta電位下降并不能促進(jìn)炭黑粒子平均粒徑自爭(zhēng)吐曾加。水性油墨溶液的膠體穩(wěn)定性主要由空問位阻效

應(yīng)決定。

(2)加入陰離子表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)可以使炭黑粒子表面的負(fù)電性更強(qiáng)，這會(huì)使得水性油墨膠體溶液變得更穩(wěn)定。

(3)非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO一7，AEO一9)可以大幅度降低水性油墨炭黑粒子負(fù)電性，而且它對(duì)炭黑粒子的平均粒徑的影響較CTAB、SDS和CAPO都顯著，所以AEO一7或AEO一9適用于水性油墨廢紙的浮選脫墨。