日本2015年的廢紙總回收利用率（廢紙消耗量/紙張產(chǎn)量）為64%。如將紙板和紙張的廢紙利用率分別計(jì)算，紙板的回收利用率約為99%，而紙張的回收利用率約為40%。這說(shuō)明，某些紙種印刷品的廢紙很難脫墨。典型的例子是紫外線（UV）照射固化型油墨（以下簡(jiǎn)稱“UV油墨”）印刷的紙張和噴墨印刷的紙張。該文回顧了基本的脫墨工藝，脫墨劑的作用和脫墨的有利條件；介紹了脫墨劑在UV油墨印刷和噴墨印刷的紙張中的應(yīng)用現(xiàn)狀和研究課題。

1 前言

廢紙按回收用途可分為“紙板”類廢紙和“紙張”類廢紙，前者用于瓦楞紙和紙箱（白板紙）等的生產(chǎn)原料，后者用于新聞紙及印刷用紙等的生產(chǎn)原料。日本2015年廢紙的總回收利用率（廢紙消耗量/紙張產(chǎn)量）為64%，達(dá)到了行業(yè)的目標(biāo)，但如果將紙和紙板的回收利用率分開(kāi)計(jì)算，“紙板”類廢紙的回收利用率達(dá)到了非常高的99%左右，而“紙張”類廢紙的回收利用率停留在40%左右。這是因?yàn)樾畔⒂眉埍换厥赵俅伪挥米餍畔⒂眉垥r(shí)，常發(fā)現(xiàn)很難脫除回收廢紙上的油墨。

本文將簡(jiǎn)要介紹廢新聞紙的脫墨方法及脫墨劑在這一工藝中的作用，并以脫墨困難的廢紙——紫外線（UV）照射固化型油墨（以下簡(jiǎn)稱“UV油墨”）印刷的紙張和噴墨印刷的紙張為例，介紹脫墨劑的應(yīng)用現(xiàn)狀并提出今后的研究課題。

2 脫墨劑在廢新聞紙脫墨過(guò)程中的作用

脫墨工藝主要由以下2個(gè)過(guò)程組成：將油墨從纖維上剝離的過(guò)程和將剝離下來(lái)的油墨排出系統(tǒng)外的過(guò)程。將油墨排出系統(tǒng)外的方法有氣浮法和洗滌法，而現(xiàn)在氣浮法已成為主要方法。

2.1 油墨剝離

油墨剝離過(guò)程中，在高濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～15%）的紙漿中添加脫墨劑和氫氧化鈉，施加剪切力使油墨剝離。因此，要求脫墨劑在該過(guò)程中具有滲透、剝離和防止再吸附的功能。作為脫墨劑使用的典型表面活性劑有高級(jí)醇烯化氧加成物、油脂烯化氧加成物、脂肪酸烯化氧加成物和脂肪酸等，由于報(bào)紙印刷從凸版印刷轉(zhuǎn)為凹版印刷，油墨剝離變得更困難，因而目前主要使用的表面活性劑是表面活性強(qiáng)、易被油墨吸附的高級(jí)醇烯化氧加成物。設(shè)備方面，為了給紙漿提供更強(qiáng)的剪切力，開(kāi)始引入揉漿機(jī)等，以加強(qiáng)油墨剝離。

所謂油墨剝離就是消除油墨-纖維界面，形成新的油墨-脫墨劑水溶液和纖維-脫墨劑水溶液界面，見(jiàn)圖1。

圖1 油墨剝離的思路

這時(shí)所需能量Ww使用了各自的表面張力（形成新界面時(shí)所需的能量），其公式可表達(dá)為：

式中：γPD為纖維-脫墨劑水溶液界面張力；γID為油墨-脫墨劑水溶液界面張力；γIP為油墨-纖維界面張力。

Ww越小油墨越容易剝離。如果所有的脫墨劑幾乎都被油墨吸附，而不被纖維吸附，γPD將變成一常數(shù)，另外，γIP也是一個(gè)常數(shù)，因此，要使Ww變小，只需降低γID。根據(jù)楊氏公式，γID可以表達(dá)成：γID=γI-γD·cosθ。

因油墨的表面張力γI是一常數(shù)，如要降低γID，只需提高脫墨劑水溶液的表面張力γD與脫墨劑水溶液和油墨的接觸角θ的余弦乘積。為了提高該乘積，較好的方法是在系統(tǒng)中添加與油墨親和性良好的脫墨劑到臨界膠束濃度（CMC）以上。圖2顯示了該乘積與未剝離油墨面積率的關(guān)系。

該評(píng)價(jià)是在夏季用低濃碎漿機(jī)對(duì)廢新聞紙碎漿，完全洗凈后進(jìn)行的。由于不管使用何種脫墨劑，該乘積與未剝離油墨面積率二者都存在相關(guān)性，所以該乘積是左右油墨剝離的參數(shù)，并已證明高級(jí)醇烯化氧加成物占了該乘積的很大部分，這是近年來(lái)高級(jí)醇烯化氧加成物被用作脫墨劑的原因。

圖2 γD·cosθ與未剝離油墨面積率的關(guān)系

目前，廢新聞紙?jiān)现写嬖诘钠骄|(zhì)量分?jǐn)?shù)約2%的油墨，其95%已經(jīng)可以剝離，但當(dāng)需要更高質(zhì)量紙漿時(shí)存在的問(wèn)題是，好不容易剝離的油墨不能在氣浮過(guò)程中除去，殘留在了成漿中。

2.2 氣浮法除油墨

圖3同時(shí)顯示了氣浮前后油墨粒徑分布和未剝離的油墨粒徑分布。

圖3 浮選前后油墨粒徑分布

用圖3粒徑分布計(jì)算不同粒徑的油墨去除率（即從纖維上剝離下來(lái)的油墨在氣浮池中除去的比例）得到圖4。

從圖4可以判斷，浮選過(guò)程中難以除去4μm以下的小粒徑油墨，這可以用德赫金（Derjsguin）和迪爾凱姆（Dukhim）的在水中上升的氣泡-粒子間的相互作用理論來(lái)理解，在粒徑較小的情況下，粒子無(wú)法流過(guò)流線，到達(dá)受水力學(xué)定律支配的氣泡周?chē)淖钔鈱印Ｒ跉飧∵^(guò)程中除去油墨，就要使油墨突破最外層，而首先必須使細(xì)小粒子絮聚，與氣泡接觸。

圖4 不同粒徑的油墨在氣浮池中的去除率

由于即使殘存少量的小粒徑油墨也會(huì)大大降低紙的白度，因此在該過(guò)程中，脫墨劑必須具有凝聚微細(xì)分散的油墨和幫助其吸附在氣泡上的作用。氣浮前紙漿被稀釋到質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1%，系統(tǒng)中脫墨劑的濃度下降（油墨剝離過(guò)程中的紙漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～15%），吸附在油墨上的脫墨劑脫落，油墨的表面張力自動(dòng)變高，因此微細(xì)纖維的凝聚變得容易，但為了凝聚更加微細(xì)的油墨，需要將脫墨劑設(shè)計(jì)為具有在油墨剝離過(guò)程中有較高表面活性、而在油墨除去過(guò)程中表面活性又變得較低的特性。

下面講述必須在浮選過(guò)程而非洗凈過(guò)程中除去更多油墨的理由。脫墨中使用了對(duì)絕干漿最多達(dá)100多倍的水，水被循環(huán)使用。浮選過(guò)程中未被除去的微細(xì)油墨可能在洗凈（脫水）過(guò)程中被除去，但這些含微細(xì)油墨的水被用做浮選前的稀釋水。因此，在浮選過(guò)程中未被除去的油墨一直停留在系統(tǒng)中，逐步降低紙漿的質(zhì)量。

這就是為什么要在浮選過(guò)程中去除油墨的主要理由。目前的脫墨劑中去除微細(xì)油墨能力最強(qiáng)的是脂肪酸。表面活性劑中脂肪酸的表面活性并不是很強(qiáng)，但能賦予油墨除去油墨所需要的疏水性，并且，脂肪酸在脫墨過(guò)程中形成氫氧化鈣垢，以此氫氧化鈣為核心產(chǎn)生油墨凝聚（二次粒子直徑大于4μm）。遺憾的是脂肪酸的油墨剝離能較低，因此，現(xiàn)在很少單獨(dú)使用，如要完全剝離油墨，強(qiáng)化油墨的去除效果，可設(shè)法：（1）在油墨剝離過(guò)程中添加高級(jí)醇類脫墨劑，在浮選前添加脂肪酸；（2）在高級(jí)醇類脫墨劑中選擇使用可溶化脂肪酸的混合型脫墨劑等。

3 回收的UV油墨印刷品的脫墨

UV油墨用在凹版印刷、柔版印刷、絲網(wǎng)印刷和噴墨印刷等方面，與通過(guò)干燥使油墨固化的油性油墨不同，UV油墨通過(guò)紫外線瞬間使其硬化。因此，使用UV油墨印刷，生產(chǎn)效率提升，印刷品的耐光性顯著提高；并且，由于不含揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），UV油墨及其印刷方法被稱為對(duì)環(huán)境與人友好的油墨和印刷方法。在對(duì)用這種UV油墨印刷的印刷品進(jìn)行脫墨時(shí)面臨的課題是，從纖維上剝離油墨膜較困難，而且剝下的膜太大，不能在浮選中除去，成漿中殘留夾雜物（污點(diǎn)）。

針對(duì)這一問(wèn)題，社團(tuán)法人日本印刷產(chǎn)業(yè)連合會(huì)和公益財(cái)團(tuán)法人廢紙?jiān)偕龠M(jìn)中心共同努力，開(kāi)發(fā)了可回收型UV油墨及其標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)法。該油墨的技術(shù)核心是減少油墨膜的架橋點(diǎn)，兼顧印刷品質(zhì)和可回收性。目前這種可回收型油墨已出現(xiàn)在各油墨生產(chǎn)商的產(chǎn)品目錄中。實(shí)際上，廢紙市場(chǎng)上還有用傳統(tǒng)型UV油墨印刷的印刷品，紙廠對(duì)其進(jìn)行分撿非常辛苦，期待可回收型UV油墨的印刷品迅速普及，盡量縮短與傳統(tǒng)型共存的過(guò)渡期。圖5顯示了傳統(tǒng)型UV油墨和可回收型UV油墨的區(qū)別。

4 回收的噴墨印刷品的脫墨

圖5 傳統(tǒng)型UV油墨和可回收型UV油墨的區(qū)別

商業(yè)印刷領(lǐng)域中，電子照片和噴墨印刷受人關(guān)注，原因是可按需印刷：（1）每?jī)?cè)印刷可變，能提供個(gè)性化和版本管理的高附加值印刷服務(wù)；（2）無(wú)需制版，降低小批量生產(chǎn)成本。其中，噴墨印刷可以高速印刷，被視作今后商業(yè)印刷領(lǐng)域中的“真命天子”，已經(jīng)在報(bào)紙、報(bào)表、書(shū)籍和直接郵寄品中部分使用。

以前說(shuō)到脫墨就會(huì)想到廢報(bào)紙、廢廣告?zhèn)鲉蔚葹橹鞯陌及嬗∷U紙，但今后，用電子照相方式和噴墨印刷方式這些按需印刷機(jī)印刷的商業(yè)印刷品將迅速上市，這些將被作為廢紙進(jìn)行回收，需要建立這種印刷品的脫墨技術(shù)。這時(shí)需要注意的是：（1）能夠使用現(xiàn)在的脫墨系統(tǒng)；（2）由于廢紙回收時(shí)不能區(qū)別其印刷方法，要求在各種印刷品混合存在狀態(tài)下能夠脫墨。據(jù)2015年綜合報(bào)告《關(guān)于電子印刷品的再生適應(yīng)性的調(diào)查報(bào)告書(shū)》，對(duì)混入墨粉印刷品廢紙的脫墨是沒(méi)有問(wèn)題的，而對(duì)混入噴墨印刷品廢紙的脫墨還是有一些問(wèn)題。

因噴墨印刷首先是從在紙上印刷開(kāi)始的，最初開(kāi)發(fā)的噴墨印刷油墨是水性油墨。之后，為了能在非吸收性介質(zhì)上印刷，開(kāi)發(fā)了油性油墨、溶解油墨、UV油墨和膠乳油墨等各種油墨技術(shù)并已實(shí)用化，但出于環(huán)境和健康考慮，很明顯已開(kāi)始回歸到更安全的水性油墨。

水性油墨中有顏料油墨和染料油墨。顏料油墨是用分散劑將一次粒子粒徑為50～60 nm的顏料分散，油墨中的顏料發(fā)生二次凝聚，其粒徑為100～150 nm的納米分散體。染料油墨是使用溶解在水中的染料。最近，具有發(fā)色性、耐光性和耐水性的顏料油墨開(kāi)發(fā)非常盛行，可能成為將來(lái)的主流，因此，這里將報(bào)告有關(guān)顏料油墨的脫墨。

人們可能很容易認(rèn)為因染料油墨溶解于水，就不能在浮選中脫墨?！蛾P(guān)于電子印刷品的再生適應(yīng)性調(diào)查報(bào)告書(shū)》也得出了混入了水性染料噴墨印刷品的廢紙脫墨會(huì)有問(wèn)題的結(jié)論。

4.1 實(shí)驗(yàn)方法

一般來(lái)說(shuō)，顏料油墨由顏料分散體、潤(rùn)滑劑、滲透劑、表面活性劑和水組成。準(zhǔn)備了3種實(shí)驗(yàn)中使用的顏料油墨（只是顏料分散體不同，其他的油墨組成都一樣）。所用的顏料分散體分別為自我分散型、分散劑分散型和膠囊型（花王顏料）?！白晕曳稚⑿汀本褪窃陬伭现兄苯咏尤敕稚⑺匦璧墓倌芑?，“分散劑分散型”就是用水溶性分散劑使顏料分散，“膠囊型（花王顏料）”就是用疏水性聚合物使顏料膠囊化，用少量親水性官能基分散。各種分散體在表面都有羧基，確保油墨的保存穩(wěn)定性。

試驗(yàn)用紙為施樂(lè)4200、ColorLok，制成噴墨印刷品用的印刷機(jī)為理光GX2500。探討預(yù)涂的影響時(shí)使用了佳能MX7600多功能一體機(jī)。

脫墨試驗(yàn)用典型的廢新聞紙脫墨法。脫墨劑使用了花王典型的高級(jí)醇類脫墨劑DI-7250。根據(jù)需要，在揉漿工序使用了脂肪酸。

4.2 脫墨試驗(yàn)結(jié)果

各種印刷品脫墨、浮選后的手抄片如圖6所示（試驗(yàn)用紙為施樂(lè)4200，白度為94.5%）。

圖6 氣浮后的手抄紙片照片

由圖6可知：噴墨印刷品的脫墨是多么困難；噴墨印刷油墨脫墨由易到難的順序?yàn)槟z囊型（花王色材）（a），分散劑分散型（b），自我分散型（c）。電子照相印刷品幾乎完全不能脫墨。

為了確認(rèn)白度不能提高的原因是油墨不能剝離還是在氣浮時(shí)不能除去油墨，用大量水洗凈氣浮前（油墨剝離過(guò)程后）的紙漿，不考慮保留率。結(jié)果如圖7所示。

從圖7可以知道：電子照片印刷品的油墨幾乎完全剝離，與此相比，噴墨印刷的印刷品油墨剝離雖然稍差，但不存在問(wèn)題；只是，在使用自我分散型的印刷品中，與染料油墨一樣，油墨滲入纖維內(nèi)，抄片顯得稍稍灰暗。

從這一結(jié)果可以說(shuō)，噴墨印刷品脫墨的問(wèn)題是在氣浮時(shí)不能除去油墨。實(shí)際上，通過(guò)測(cè)定氣浮前的油墨粒徑，可知有很多粒徑比廢報(bào)紙脫墨時(shí)小很多的油墨。就是說(shuō)，如上所述噴墨印刷油墨幾乎都被剝離，但那是粒徑大小在4μm以下，不能在氣浮時(shí)除去，而能通過(guò)洗凈除去的油墨（4μm以下）?？紤]到電子照片墨粉的粒徑為6～8μm，而噴墨印刷油墨的粒徑為100～150μm，很難想象會(huì)得到這樣的脫墨試驗(yàn)結(jié)果。圖8顯示了氣浮前的油墨粒徑的分布。

圖7 油墨剝離狀況（完全洗凈后的紙漿白度）

那么，有什么方法可以提高噴墨印刷油墨在氣浮時(shí)的油墨去除性。作為現(xiàn)階段能考慮的方法可列舉的有：（1）在滿足噴出和穩(wěn)定性的范圍內(nèi)將顏料分散樹(shù)脂改成更疏水的物質(zhì)（這相當(dāng)于提高油墨與氣泡的親和性）；（2）在印刷時(shí)進(jìn)行預(yù)涂處理，使油墨凝聚，提高印字濃度的同時(shí)，增大剝離油墨的粒徑；（3）脫墨時(shí)同時(shí)使用脂肪酸這類凝聚劑；（4）為了不使剝離下來(lái)的油墨變小，減弱油墨剝離時(shí)的剪切力。

圖8 氣浮前的油墨粒徑分布

以下是其討論結(jié)果。

表1概括了油墨的再分散性（評(píng)價(jià)干燥后的油墨在調(diào)漆料中能否再分散）較劣的膠囊型油墨（將其當(dāng)做花王色材B，將圖6中所示結(jié)果的色材當(dāng)做花王色材A，花王色材B中使用了比花王色材A更疏水的分散樹(shù)脂）的脫墨性，各種油墨對(duì)不同紙張的脫墨性，以及同時(shí)進(jìn)行預(yù)涂處理的脫墨性。

無(wú)論何種紙張、有無(wú)預(yù)涂處理，使用較疏水分散樹(shù)脂的花王色材B的脫墨性比花王色材A稍好一點(diǎn)，但未達(dá)到滿意的水平。能看到用花王色材預(yù)涂處理的效果，但看不到分散劑分散型和自我分散型對(duì)紙張種類的影響，并且，完全看不到預(yù)涂處理的效果。

將分散樹(shù)脂改成更疏水的物質(zhì)，使油墨再分散變差的目的是為了提高油墨的凝聚性，無(wú)疑能提高脫墨時(shí)的油墨去除性。但是，因這一方法以犧牲分散性這一噴墨印刷油墨噴出可靠性為代價(jià)，現(xiàn)實(shí)中是不可能的。因此，需要將樹(shù)脂設(shè)計(jì)成能增加油墨與印刷品接觸后的凝聚性或在印刷時(shí)想辦法——預(yù)涂處理是其中的方法之一。本次試驗(yàn)中只有花王色材能看到預(yù)涂處理效果，其原因不明，今后配合預(yù)涂劑的油墨設(shè)計(jì)、油墨的預(yù)涂劑設(shè)計(jì)也許應(yīng)該考慮從油墨方面著手，在脫墨現(xiàn)場(chǎng)理解預(yù)涂處理的原理，加以應(yīng)用。

表1 不同顏料分散體的油墨在氣浮后的脫墨試驗(yàn)結(jié)果

由于噴墨印刷油墨小到在氣浮中難以除去的程度，因此我們探討了在廢報(bào)紙脫墨時(shí)為除去微細(xì)油墨同時(shí)使用脂肪酸。使用結(jié)果如圖9所示。

圖9完全看不出同時(shí)使用脂肪酸的效果，反而降低了紙漿氣浮后的白度。這是因?yàn)橹舅岬囊峙菪Ч麥p少了氣浮過(guò)程的氣泡量。圖中的虛線表示白度與氣浮時(shí)纖維留著率之間的關(guān)系。根據(jù)這一關(guān)系判斷，在并用脂肪酸時(shí)，即使用發(fā)泡劑增加泡沫量，白度提高也只是僅僅變成在該虛線的左上方，脂肪酸仍未發(fā)揮油墨凝聚作用。

我們認(rèn)為，如果油墨剝離容易，剝離的油墨變得太細(xì)，通過(guò)減弱油墨剝離時(shí)的剪切力，不讓油墨散開(kāi)，并且同時(shí)使用凝聚劑，可以提高氣浮時(shí)的紙漿白度的增加幅度。因此，試用了油墨剝離時(shí)的弱剪切力+氣浮時(shí)的脂肪酸并用。如圖9所示，能使白度-留著率數(shù)值向右上方移動(dòng)。這時(shí)的氣浮前的油墨粒徑分布如圖8所示。粒徑確實(shí)變大了，由此可以判斷，提高了氣浮時(shí)的油墨除去率，只是未達(dá)到廢報(bào)紙脫墨時(shí)的油墨粒徑。

圖9 脂肪酸并用時(shí)的氣浮表現(xiàn)

雖然是用花王色材處理只以噴墨油墨印刷的廢紙為原料的情況，但可以看到在現(xiàn)行脫墨系統(tǒng)中進(jìn)行氣浮脫墨的可能性。但是，目前在舊報(bào)紙和電子照片印刷品脫墨時(shí)需要相當(dāng)強(qiáng)的剪切力，將來(lái)需要設(shè)計(jì)對(duì)噴墨印刷品和電子照片印刷品等混合廢紙脫墨最合適的剪切力和凝聚劑。

5 結(jié)束語(yǔ)

UV油墨很難從纖維上分離，并且分離的油墨粒徑太大很難在氣浮過(guò)程中排出系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)油墨公司和有關(guān)方面的共同努力，已成功開(kāi)發(fā)出可回收的UV油墨。

水基顏料噴墨印刷油墨很容易從紙漿上分離。但分離的油墨粒徑太小，不能從氣浮槽排出。為提高浮選效率，減弱油墨分離過(guò)程中的剪切力，并在氣浮過(guò)程中使用絮凝劑如脂肪酸比較有效。噴墨印刷品由于較快的印刷速度受到人們的關(guān)注。人們認(rèn)為，在不久的將來(lái)，噴墨印刷廢紙應(yīng)當(dāng)被用作制漿原料。