混合回收廢紙中不同紙種對(duì)脫墨漿質(zhì)量的影響

為評(píng)估混合回收廢紙中各種數(shù)碼印刷品和包裝用紙對(duì)脫墨漿質(zhì)量的影響，進(jìn)行了多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。在主要由膠版印刷報(bào)紙、膠版和凹版印刷雜志紙組成的回收混合廢紙中摻入一定比例的紙板和數(shù)碼印刷品，打漿后，對(duì)纖維懸浮液進(jìn)行單一步驟脫墨處理，并表征了脫墨漿的光學(xué)性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，典型的回收混合廢紙中摻入紙板和數(shù)碼印刷品會(huì)影響脫墨漿的光學(xué)性能和油墨去除程度。

在歐洲，EN 643（回收廢紙標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)表）是回收廢紙常規(guī)交易的基礎(chǔ)。據(jù)此表可知，有多個(gè)回收紙紙種是可以進(jìn)行脫墨的，不過脫墨性最好的紙種要數(shù)1.11號(hào)紙——分揀后進(jìn)行脫墨處理的印刷紙。此類紙通常源于家庭收集，由脫墨性較好和不可脫墨或即使仔細(xì)揀選后脫墨性仍然較差的紙和包裝材料組成。1.11號(hào)紙種的規(guī)范中將其中不可脫墨材料的比例限定在1.5%。不可脫墨材料包括印刷紙品，如柔性版或噴墨印刷報(bào)紙，及包裝材料，如瓦楞紙板和箱紙板。

實(shí)際中，1.11號(hào)紙中不可脫墨材料的比例高于1.5%。對(duì)德國多種回收廢紙組成的研究表明1.11號(hào)紙中平均含有6.3%的染色紙、壁紙、衛(wèi)生紙和紙板，主要為瓦楞紙板和箱紙板。印刷品，如噴墨和柔性版印刷報(bào)紙不包括在這6.3%中。1.11號(hào)紙的研究表明，多個(gè)歐洲國家不可脫墨材料的比例在2%～14%，典型范圍為3%～8%。由于造紙廠不得不處理含有大量不希望有的紙品的回收廢紙，因此其紙料制備車間通常會(huì)配備可以滿足處理要求的設(shè)備。

造紙廠混合回收廢紙中帶入的不可脫墨紙品的組成和脫墨性能各不相同?？v然我們了解了單一印刷品在標(biāo)準(zhǔn)條件下實(shí)驗(yàn)室浮選脫墨過程中的性能、改良的化學(xué)浮選過程中的性能或物理制漿過程中或浮選條件下的性能，但是混合回收廢紙中摻入數(shù)碼印刷紙制品和不同包裝材料對(duì)浮選后紙張光學(xué)性能的影響方面的理論知識(shí)仍然欠缺；然而，對(duì)于脫墨紙廠，又恰恰需要這方面的理論知識(shí)；雖然試驗(yàn)結(jié)果是通過典型的幾種歐洲混合回收廢紙得出的；但是，如有這方面的理論作基礎(chǔ)，就可以很容易地將不希望有的廢紙紙種的脫墨試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用到其他需脫墨的回收混合廢紙中。

未來數(shù)碼印刷品所占市場(chǎng)份額將增加，如圖1所示。

圖1　北美和西歐膠版、凹版和數(shù)碼印刷品數(shù)量變化趨勢(shì)

柔性版印刷工藝和采用數(shù)碼印刷技術(shù)的個(gè)性化印刷品可以使我們?cè)诔杀拘б妗⒌椭邪l(fā)行量與印刷質(zhì)量之間找到平衡；因此，造紙廠希望待脫墨回收廢紙中噴墨、干墨粉或液態(tài)油墨（LEP）印刷品所占比例提高。

有研究表明，含有13%包裝紙的1.02號(hào)回收廢紙［混合的紙與紙板（經(jīng)揀選）］（樣品B）可以達(dá)到與1.11號(hào)回收廢紙（樣品C和D）基本相同的脫墨效果，如圖2所示（圖中4份樣品均采用單一循環(huán)脫墨工藝按照INGEDE方法11“印刷品的可回收性評(píng)估——脫墨試驗(yàn)”進(jìn)行脫墨）。

圖2　樣品1.02號(hào)紙和樣品1.11號(hào)紙脫墨前后的亮度

為歸納總結(jié)對(duì)1.11號(hào)回收廢紙的組成的要求、應(yīng)對(duì)回收廢紙組成的變化或?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)新聞紙開辟一條新回收來源，需要了解紙板和數(shù)碼印刷品對(duì)混合回收廢紙脫墨性的影響；然而，目前對(duì)混合廢紙中單一類別紙板和數(shù)碼印刷品的脫墨性能尚無了解。僅為數(shù)不多的數(shù)份出版物介紹了待脫墨混合回收廢紙的性能隨其中不可脫墨印刷品和包裝材料的比例而呈系統(tǒng)性變化。開展本研究旨在彌補(bǔ)這一知識(shí)缺口。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1材料

本文分別介紹了6種瓦楞紙板和3種折疊箱紙板對(duì)脫墨漿質(zhì)量的影響。表1和表2分別介紹了上述6種瓦楞紙板和3種折疊箱紙板的詳細(xì)情況。

表1　6種瓦楞紙板的詳情

表2　3種折疊箱紙板的詳情

1.2方法

在由50%膠版印刷報(bào)紙、25%膠版印刷雜志紙和25%凹版印刷雜志紙組成的混合廢紙中摻入一定比例的包裝紙板。每種包裝紙板的摻入比例有3種：3%、6%和12%。

為考察數(shù)碼印刷品產(chǎn)生的影響，對(duì)采用干墨粉印刷、LEP印刷和噴墨印刷方法在亮度高于75%的不含磨木漿紙張上印刷得到的噴墨印刷報(bào)紙和文具紙印刷品進(jìn)行了研究。同樣，將這些印刷品摻入到由50%膠版印刷報(bào)紙、30%膠版印刷雜志紙和20%凹版印刷雜志紙組成的基礎(chǔ)混合廢紙中。鑒于已對(duì)印刷品的影響進(jìn)行了研究，用噴墨印刷報(bào)紙代替混合廢紙中的膠版印刷報(bào)紙，用LEP、噴墨和干墨粉印刷文具紙代替膠版印刷雜志紙。4種數(shù)碼印刷品的摻入比例有2種：15%和30%。所考察混合廢紙的組成見表3。

表3　含數(shù)碼印刷品的混合廢紙的組成　w/%

采用基本類似于INGEDE方法11的方法對(duì)摻入了紙板的混合回收廢紙以及摻入了數(shù)碼印刷品的混合回收廢紙進(jìn)行處理。唯一與INGEDE方法11不同的是僅僅測(cè)量而未修正pH。圖3給出了該方法的操作步驟。

實(shí)驗(yàn)測(cè)定并評(píng)估了濾餅、手抄片和濾液的光學(xué)性能，分析了所有混合廢紙的亮度（Y）、顏色值（a*和 b*）、塵埃斑點(diǎn)面積（A50和A250）及濾液暗度（ΔY）；同樣研究了含有紙板的混合廢紙的染色纖維情況，使用DOMAS圖像分析工具對(duì)染色纖維進(jìn)行了量化（PTS；德國慕尼黑）；同時(shí)還研究了含有數(shù)碼印刷品的混合廢紙的油墨去除程度（IE700）；由于未經(jīng)印刷的文具紙具有較高的亮度，如果只考慮亮度值，會(huì)導(dǎo)致對(duì)脫墨結(jié)果的解釋出現(xiàn)偏頗。

圖3　INGEDE方法11的操作步驟

2　結(jié)果與討論

2.1摻有紙板的混合廢紙的脫墨

圖4　亮度與混合回收廢紙中瓦楞紙板摻入比例的關(guān)系

由圖4可見：褐色瓦楞紙板（CB1、CB3和CB5）造成的亮度損失基本相同，與襯里材料無關(guān)（這3種紙板的印刷程度基本相同，均較低）；3種白漿襯里瓦楞紙板（CB2、CB4和CB6）導(dǎo)致發(fā)生了不同程度的亮度損失，表現(xiàn)出與印刷程度相關(guān)；CB6瓦楞紙板的印刷程度最低，造成的亮度損失最小；CB2瓦楞紙板的印刷程度最高，造成的亮度損失最大。平均來看，瓦楞紙板比例每增加4%，亮度降低1個(gè)點(diǎn)。

圖5顯示了脫墨漿的亮度隨混合回收廢紙中箱紙板（BB）摻入比例而發(fā)生的變化。

圖5　亮度與混合回收廢紙中箱紙板摻入比例的關(guān)系

由圖5可見，除BB1的添加比例為3%和12%時(shí)，BB1、BB2和BB3等3種紙板的添加對(duì)脫墨漿的亮度幾乎沒有影響。BB1添加比例為3%時(shí)，脫墨漿亮度有明顯提高；而添加比例為12%，亮度降低。

圖6顯示了脫墨漿的a*和b*值隨混合回收廢紙中瓦楞紙板（CB）摻入比例而發(fā)生的變化。

圖6　顏色值a*和b*與混合回收廢紙中瓦楞紙板摻入比例的關(guān)系

由圖6可見，采用摻入瓦楞紙板的混合廢紙制得的脫墨漿的a*值明顯向紅色方向變化，b*值明顯向黃色方向變化。CB1、CB3和CB5等3種褐色瓦楞紙板的這一變化趨勢(shì)相對(duì)較大；但是采用摻入白漿襯里瓦楞紙板CB2、CB4和CB6的混合廢紙制得的脫墨漿的a*值和b*值也出現(xiàn)了上述變化趨勢(shì)。摻入CB3（其中含有牛皮紙板和高耐破紙板）的混合廢紙制得的脫墨漿的a*值和b*值變化趨勢(shì)最大。

圖7顯示了脫墨漿的a*和b*值隨混合回收廢紙中箱紙板（BB）摻入比例而發(fā)生的變化。

圖7　顏色值a*和b*與混合回收廢紙中箱紙板摻入比例的關(guān)系

由圖7可以看出，摻入3種箱紙板引起的a*值和b*值變化趨勢(shì)不如褐色瓦楞紙板大，基本同白漿襯里瓦楞紙板；僅僅是硬紙板（BB1）引起了 a*值明顯向紅色方向、b*值明顯向黃色方向變化。

濾液暗度（ΔY）表示較小的油墨顆?；蛉玖蠈?dǎo)致的過程水的脫色程度。其隨著混合回收廢紙中瓦楞紙板和箱紙板摻入比例增加而增大，如圖8所示。

圖8　濾液暗度與混合回收廢紙中瓦楞紙板或箱紙板摻入比例的關(guān)系

由圖8可見，當(dāng)混合廢紙中紙板的摻入比例為12%時(shí)，所研究的9種紙板中有8種紙板的濾液暗度增幅在2～6個(gè)點(diǎn)。瓦楞紙板CB5的摻入比例為12%時(shí)，濾液暗度增大11個(gè)點(diǎn)。

由圖8還可以看出，對(duì)于所有紙板，當(dāng)摻入比例分別為3%和6%時(shí)，濾液暗度幾乎達(dá)到同一水平。對(duì)于3種箱紙板，當(dāng)混合回收廢紙中它們的摻入比例為12%時(shí)，濾液暗度也達(dá)到這一水平。對(duì)于瓦楞紙板，濾液暗度隨著混合廢紙中其摻入比例的增加而穩(wěn)步增大。

對(duì)于幾乎所有的所考察紙板，塵埃斑點(diǎn)面積未受到瓦楞紙板（CB）或箱紙板（BB）摻入比例帶來的顯著影響，如圖9和圖10所示。

圖9　斑點(diǎn)面積與混合回收廢紙中瓦楞紙板或箱紙板摻入比例的關(guān)系

圖10　斑點(diǎn)面積（＞250 μm）與混合回收廢紙中瓦楞紙板或箱紙板摻入比例的關(guān)系

由圖9和圖10還可以看出，隨著混合廢紙中紙板摻入比例的增加，塵埃斑點(diǎn)總面積保持不變，CB2例外。CB2印刷程度較高，當(dāng)混合廢紙中其摻入比例為12%，導(dǎo)致脫墨漿中斑塊比例達(dá)約1%。而大多數(shù)其他紙板的斑塊比例相對(duì)較小。

對(duì)于除BB2之外的所有被考察紙板，大于250 μm的大塵埃斑點(diǎn)的面積（以圓面積計(jì)算）均增大。對(duì)于BB2，此類大塵埃斑點(diǎn)的面積隨混合廢紙中其摻入比例的增大而減小。對(duì)于CB1、CB3、CB4、CB5、CB6、BB1和BB3，大塵埃斑點(diǎn)面積基本呈線性增長(zhǎng)；而對(duì)于CB2，大斑點(diǎn)面積呈現(xiàn)更大程度增長(zhǎng)。

染色纖維數(shù)量與混合廢紙中瓦楞紙板（CB）或箱紙板（BB）摻入比例摻入比例的關(guān)系如圖11所示。

由圖11可見，染色纖維數(shù)量并未因瓦楞紙板（CB）或箱紙板（BB）摻入比例的改變而呈現(xiàn)明顯變化趨勢(shì)。CB1、CB3和BB3的摻入比例為3%，測(cè)得的染色纖維的數(shù)量有明顯增大；之后隨著摻入比例的進(jìn)一步增加，染色纖維數(shù)量減小。對(duì)于其他紙板，圖像分析系統(tǒng)檢測(cè)的染色纖維數(shù)量相比未摻入紙板的混合廢紙小。由于因混合回收廢紙中摻入了紙板而導(dǎo)致顏色向紅色和黃色區(qū)域變化，因此圖像分析系統(tǒng)可能不能精確檢測(cè)到所有染色纖維。

圖11　染色纖維數(shù)量與混合回收廢紙中瓦楞紙板或箱紙板摻入比例的關(guān)系

2.2摻有數(shù)碼印刷品的混合廢紙的脫墨

混合回收廢紙中摻入的數(shù)碼印刷品的行為性能因印刷工藝而異，圖12給出了其對(duì)亮度的影響。

圖12　亮度與混合回收廢紙中數(shù)碼印刷品摻入比例的關(guān)系

由圖12可見：混合廢紙中摻入墨粉印刷品（LEP和干墨粉）使得亮度增大；而與之恰恰相反的是，混合廢紙中噴墨印刷品的摻入?yún)s使得亮度顯著減??；當(dāng)混合廢紙中摻入噴墨印刷新聞紙時(shí)，亮度增幅最大（7個(gè)點(diǎn)）；混合廢紙中摻入墨粉印刷品導(dǎo)致亮度增大（最多增大3個(gè)點(diǎn)）必定是印刷品印刷用原紙的亮度較高所致。

圖13顯示了油墨去除程度與回收混合廢紙中數(shù)碼印刷品摻入比例的關(guān)系。

圖13　油墨去除程度與混合回收廢紙中數(shù)碼印刷品摻入比例的關(guān)系

由圖13可見，混合廢紙中摻入噴墨印刷品和墨粉印刷品均降低油墨去除程度（IE700）；然而，采用水基印刷油墨印刷的噴墨印刷品造成的油墨去除程度降幅（12～28百分點(diǎn)）遠(yuǎn)大于墨粉印刷品（3～5百分點(diǎn)）。

圖14顯示了顏色值a*與回收混合廢紙中數(shù)碼印刷品摻入比例的關(guān)系。

圖14　顏色值a*與混合回收廢紙中數(shù)碼印刷品摻入比例的關(guān)系

由圖14可見，混合廢紙中摻入噴墨印刷報(bào)紙使得顏色值a*發(fā)生顯著變化。結(jié)果表明，混合回收廢紙中噴墨印刷報(bào)紙的摻入使得脫墨漿的顏色值向綠色區(qū)域變化；其他數(shù)碼印刷品幾乎不影響脫墨漿的顏色值；不過，噴墨印刷文具紙與噴墨印刷報(bào)紙的印刷程度不同；如果達(dá)到與后者相同的印刷程度，噴墨印刷文具紙的摻入也應(yīng)使得顏色值發(fā)生改變。

圖15給出了濾液暗度（ΔY）與數(shù)碼印刷品摻入比例的關(guān)系曲線。

圖15　濾液暗度與混合回收廢紙中數(shù)碼印刷品摻入比例的關(guān)系

所考察的干墨粉會(huì)降低濾液暗度。對(duì)于噴墨印刷報(bào)紙和LEP印刷品以及噴墨印刷文具紙，摻入比例高達(dá)30%時(shí)，也未觀察到對(duì)濾液暗度有顯著影響；但是研究人員發(fā)現(xiàn)濾液暗度隨著噴墨印刷品摻入比例的增加而增大。混合回收廢紙中噴墨印刷書本比例增加導(dǎo)致濾液暗度增大，但是整體濾液暗度不是很高?；旌匣厥諒U紙中噴墨印刷書本的摻入比例為30%時(shí)，濾液暗度為4.5點(diǎn)。本文給出的暗度結(jié)果在同一水平。

圖16和圖17分別顯示了小塵埃斑點(diǎn)和大塵埃斑點(diǎn)（＞250 μm）的面積與回收混合廢紙中數(shù)碼印刷品摻入比例的關(guān)系。

由圖16和圖17可見，塵埃斑點(diǎn)面積主要受LEP印刷品影響。隨著混合回收廢紙中LEP印刷品比例增加，小塵埃斑點(diǎn)和大塵埃斑點(diǎn)（＞250 μm）的面積均增大。僅在干墨粉情況下，可觀察到小塵埃斑點(diǎn)造成的塵埃斑點(diǎn)面積稍有增大。由于水基油墨不形成可見油墨斑點(diǎn)，因此混合廢紙中摻入噴墨印刷報(bào)紙會(huì)減少塵埃斑點(diǎn)數(shù)量。

3　結(jié)論

典型混合回收廢紙中摻入紙板和數(shù)碼印刷品會(huì)影響脫墨漿的光學(xué)性能。原漿和白漿襯里瓦楞紙板的摻入造成亮度降低，顏色值向紅色和黃色區(qū)域變化；并且，濾液暗度也因瓦楞紙板的摻入而增大。6種瓦楞紙板中有5種不影響塵埃斑點(diǎn)總面積；但是6種瓦楞紙板的摻入均導(dǎo)致250 μm以上大塵埃斑點(diǎn)的面積增大。

圖16　塵埃斑點(diǎn)面積與混合回收廢紙中數(shù)碼印刷品摻入比例的關(guān)系

圖17　塵埃斑點(diǎn)面積（＞250 μm）與混合回收廢紙中數(shù)碼印刷品摻入比例的關(guān)系

箱紙板幾乎不影響亮度。只有硬紙板在混合廢紙中的摻入比例為12%時(shí)，導(dǎo)致亮度降低2個(gè)點(diǎn)；而且，箱紙板并未像瓦楞紙板一樣造成顏色值變化。硬紙板造成顏色值明顯向紅色和黃色區(qū)域變化。當(dāng)混合廢紙中摻入箱紙板時(shí)，濾液暗度增大；但是紙板摻入比例分別為3%、6%和12%時(shí)，暗度相同。混合回收廢紙中摻入箱紙板并未影響塵埃斑點(diǎn)總面積，但是大塵埃斑點(diǎn)的比例增多。

噴墨印刷報(bào)紙顯著降低亮度和油墨去除程度，并且導(dǎo)致顏色值向綠色區(qū)域變化。噴墨印刷報(bào)紙不影響濾液暗度。塵埃斑點(diǎn)面積隨著混合回收廢紙中噴墨印刷報(bào)紙摻入比例增大而減小。

噴墨印刷文具紙的摻入降低亮度，而墨粉印刷文具紙的摻入提高亮度。墨粉印刷品的摻入使得亮度增大可以通過印刷用原紙的亮度較高加以解釋。3種文具紙印刷品的摻入均使油墨去除程度降低，但是噴墨印刷文具紙的摻入使得油墨去除程度降幅最大。文具紙印刷品的摻入基本不影響顏色值。噴墨印刷文具紙和LEP印刷品不影響濾液暗度，干墨粉印刷品使濾液暗度減小。塵埃斑點(diǎn)面積主要受混合廢紙中的LEP印刷品影響。小塵埃斑點(diǎn)和大塵埃斑點(diǎn)（＞250 μm）面積均隨著混合廢紙中LEP印刷品比例增加而增大。

（馬倩倩編譯）