表面活性劑對水性油墨膠體穩(wěn)定性的影響

溶劑型油墨中的有機溶劑和重金屬元素嚴重污染環(huán)境，用水性油墨替代溶劑型油墨已勢在必行。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)達國家已采用水性油墨印刷報刊。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，所形成的鈣皂會促進炭黑粒子的聚集，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大幅度降低脫墨漿的白度。

     國外學者對水性油墨的穩(wěn)定性和脫除工藝已進行了初步研究。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共同決定的。Gecol等 對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。但Gecol并未研究表面活性劑對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系到其是否能被有效除去的關鍵因素。

     本工作探討了陽離子、陰離子、兩性及非離子表面活性劑對水性油墨膠體穩(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，對水性油墨膠體溶液特性有了進一步認識，并找到了一種適用于水性油墨廢紙脫墨的表面活性劑。

1 實驗部分

1．1 試劑和儀器

水性油墨由廣州市某油墨公司提供，其主要的化學組成見表1。

表面活性劑：陽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)同時測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自動滴定儀上，開動磁力攪拌，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的進樣器會根據(jù)設定的濃度加人表面活性劑，到達每一個濃度設定值NANO—ZS便會同時測定溶液體系的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 結果與討論

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

水性油墨炭黑粒子表面帶負電荷，本實驗首先研究了陽離子表面活性劑CTAB對水性油墨膠體穩(wěn)定性的影響。

圖1為不同濃度CTAB對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CTAB濃度僅為0．14mmoL／L時，炭黑粒子的Zeta電位便可達到12．7mV，而CTAB濃度為0．86 mmol／L時，Zeta電位達到**值34．1 mV，這說明CTAB在炭黑粒子表面發(fā)生非常強的特性吸附 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。這可能是因為在酸性條件下，不僅CTAB在炭黑粒子表面發(fā)生特性吸附，而且H 離子也會發(fā)生特性吸附；而在堿性條件下，OH一會中和部分CTAB的正電荷，所以會使炭黑粒子的Zeta電位降低。平均粒徑曲線表明，**平均粒徑可以達到167 nm，平均粒徑**增加值為13 nm。

圖1、2表明，陽離子表面活性劑CTAB對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相應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決定。

2．2 陰離子表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)對水性油墨膠體穩(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水性油墨膠體穩(wěn)定性的影響，見圖3。

Zeta電位曲線表明，當SDS的濃度為0．2mmoL／L時，炭黑粒子的Zeta電位為一31．1 mV，當SDS的濃度為1 mmoL／L時，Zeta電位為一38．2 mV。這可能是因為加入SDS濃度較低時，Na 離子中和了油墨炭黑粒子表面的部分負電荷而使Zeta電位絕對值降低，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)生化學吸附 J，使炭黑粒子的負電性更強；平均粒徑曲線表明，隨著炭黑粒子表面負電性的增強，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)對水性油墨膠體穩(wěn)定性的影響

氧化胺是一種多功能弱陽離子表面活性劑 。由于它的性能對體系pH有較強的依賴性，本實驗研究了不同pH條件下CAPO對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pH=8．3時，Zeta電位為一37．4 mV，隨著pH降低，Zeta電位向等電點方向變動，當pH大約為6．0時，Zeta電位達到等電點，而當pH=3．2時，Zeta電位達到**值28．5mV，這主要是因為CAPO在酸性條件下顯示陽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，當炭黑粒子的Zeta電位達到等電點時，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是影響水性油墨膠體穩(wěn)定性的主要因素；而當pH=4．4時，平均粒徑達到**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，不易受強電解質(zhì)的影響，應用越來越廣泛。探討了AEO一7和AEO一9對水性油墨膠體穩(wěn)定性的影響。圖5為不同濃度AEO-7對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，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。從圖5還可以看出，AEO一7不僅對溶液體系的Zeta電位有較大的影響，而且對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與加入AEO一7相同。

3 結論

(1)陽離子表面活性劑(CTAB，酸性條件下CAPO)可以使炭黑粒子表面的電荷逆轉。但是，Zeta電位下降并不能促進炭黑粒子平均粒徑自爭吐曾加。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電性更強，這會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電性，而且它對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。