当前，通过选用恰当的表面活性剂从回用纤维中脱离油墨已引起了相当的重视。然而没人清楚它们在油墨脱除过程中确切的反应机理。Ｍａｒｃｈｉｌｄｏｎ ｅｔ ａｌ．指出，表面活性剂的结构影响着静电纸的脱墨，因此，更加严格地考虑表面活性剂化学很有必要。
近期资料表明，油墨的完全脱除取决于大量因素，如：原料的存放时间、油墨的可湿润性、印刷性质和再生浆的生成条件。
人们认为，油墨的脱除是与洗涤相类似的。污物的去除是通过碾压或溶解的机理发生的，主要是由于随着时间的不断变化，污物逐渐渗透到纤维的网状结构中。另一方面还认为，纸页表面（涂料或纤维）和油墨之间的相互作用比污物与纤维间的作用要更强。要精确地配制印刷油墨来控制油墨的干燥性能和油墨基层的作用，因此，干燥和渗透当然也会影响到油墨的脱除，这时在纸页表面和油墨中所发生的强烈的物理和化学作用，将使完全脱除油墨所需的强度增大。
从纸页上脱除油墨主要发生在机械和化学作用共同影响的碎浆机中。我们把脱墨过程分为两个阶段：（１）油墨粒子的分散或软化（由化学作用和分子间力控制，有一定的自发性）；（２）油墨以分散粒子（需要机械能）的形式脱除掉。用来描述不同因素影响的简单试样如图１所示，油墨由三层组成，如果没有表面活性剂，机械作用只作用在Ｔ层上，在很小程度上作用于Ｓ层。然而，从纸页表面完全除去油墨需要从Ｐ层脱除。从 Ｓ层和Ｐ层除去油墨需要表面活性剂的存在。因此，从纸页表面完全去除油墨的前提是表面活性剂和机械作用的存在。后者的优化相对比较容易，但如果不能从根本上理解表面化学对油墨脱除的影响，由于回收原料的复杂性，要选择出恰当的表面活性剂是比较困难的。 
本文将就表面化学对非机械法脱墨的影响作更深入的阐述，通过实验检验分子大小和ＨＬＢ值的影响。油墨的去除在很大程度上取决于表面活性剂化学，表面活性剂的分子量不同，对脱墨的影响也不同，它们使脱墨动力学改变，使得脱墨效率不同。同时，本文也旨在表明与传统脱墨实验相关的模型实验研究。
当今回收工业中最常用的表面活性剂——脂肪酸钙皂，是一种良好的捕集剂，但作为分散剂，效果并不好。在本实验脱墨过程中，采用一系列不同ＨＬＢ值的非离子表面活性剂进行实验，来检验分子量因素的影响。
实 验
模型实验
模型实验是为了检验振动和剪切作用在表面活性剂分散后油墨粒子中的不同影响。通过测量脱墨后的质量损失来决定不同的处理方法从纸页表面脱除油墨的数量。处理方式主要有：振动（含有溶剂和样品的容器在振动轨道上振动）、剪切。试样在化学药品溶液中以 ３００／ｍｉｎ 转动（在样品架下面放置磁力搅拌棒慢慢搅拌）。下文中如果没有特别说明，模型实验中所用溶剂和碎浆机中所用相同。本实验所用的是玻璃纸和油基油墨。
新闻纸实验
碎浆：工业用印刷新闻纸在实验室碎浆机中碎解，条件如表２。碎浆后，在 ６０℃下保温１８ｍｉｎ。
浮选：用非离子水把浆稀释到１％的浓度，加入过量表面活性剂，以保证每个实验都得到最高浮选效率。脱墨浮选在４１ Ｏｕｔｏｋｕｍｐｕ浮选槽中进行（浮选时间为５ｍｉｎ，空气流量为２５Ｌ／ｍｉｎ）。
表面活性剂
工业用聚氧乙烯烷基醚类表面活性剂，ＣｎＨ２ｎ＋１（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｍＯＨ，Ｃｎ、Ｅｍ由Ａｋｚｏ化学品公司提供（如表１）。
用ＧＣ－质谱仪分析其多分散性。Ｒａｉｓｉｏ化学品公司提供脂肪酸皂。使用皂类时，需要用ＣａＣｌ２来维持其硬度在５０°ｄｈ。
白度测量和图像分析
用Ｅｌｒｅｐｈｏ２０００分光计采用ＴＡＰＰＩ－Ｔ４５２ＯＭ－８７标准方法测量白度。每一个实验都决定了浮选前后浆的白度和废弃物的白度。
用Ｆｌａｃｈｅａｍ ＣＣＤ摄像机，通过Ｌｅｉｃａ ＭＳ５立体显微镜放大４０倍后拍摄纸页图像。然后用Ｃｏｎｔｅｘｔ Ｖｉｓｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｇｏｐ ２０００来分析图像。
表面张力
表面活性剂靠降低液相介质的表面张力协助浮选。通过测量表面张力可以明确浮选系统中泡沫的数量和质量。平衡表面张力是用 ＫＳＶ σ ７０ 环形张力计测定，动态表面张力用ＳｅｎｃａＤｙｎｅ ９０００最大气泡压力张力计测定。仪器需要用双重蒸馏水和ＨＰＬＣ级甲醇来校正。首先要通过过滤除去胶粒和浆，然后再测定溶液的表面张力。
结 果
完全脱墨过程中机械作用和化学作用的分配
图２所示为油墨从浸于２×１０－４ｍｏｌ／Ｌ的表面活性剂Ｃ１１Ｅ５中的玻璃纤维表面的去除情况。通过机械处理可以大大提高油墨的去除率。如果没有剪切或者振动，只有化学作用，油墨的脱除明显滞后。
油墨的分离速率可作如下定义：ｒｄ＝－ｄ／ｃ１／ｄｔ＝ｄｃ2／ｄｔ （１）
其中：ｃ１ ——— 纸页上油墨浓度；ｃ２——— 溶液中油墨浓度；
脱墨效率可以通过最初脱除速率，即初始阶段油墨的去除速率来进行比较，因为在这一阶段，分散油墨粒子的再沉淀可以被忽略。曲线斜率由图２中示出。另外，图３示出，和化学处理相比较，振动可以使脱墨速率增加大约１０倍，剪切可以增加４倍左右。
机械剪切作用的重要性也可以由脱墨速率对各处理过程（固定轨道上的摇动、振动和磁力搅拌棒的作用）系统所消耗能量的关系曲线图表示出来，如图４，它表示出了能量对速率的影响关系。
白度
在实验室，用新闻纸作原料，在一定浓度下采用各种不同的表面活性剂进行实验时，浮选前后浆的白度没有明显的区别，由表３列出。
表面张力
由表４可以看出，在大多数情况下，浮选后浆液的动态表面张力和平衡表面张力比浮选前稍高。
然而，此影响甚小，可以忽略。因此，在碎浆和浮选过程中，表面活性剂的活性基本保持恒定。我们注意到表面活性剂的浓度总是远远低于它们的核心胶束的浓度。所以脱墨过程中出现的一些差异要首先根据表面活性剂结构的区别来解释。
图像分析
表面活性剂的ＨＬＢ值升高，油墨粒子的去除面积减小，但是表面活性剂的浓度对油墨去除面积的影响并不明显，如图５。
从图６中可以看出，分散油墨粒子的尺寸分布并不取决于表面活性剂的ＨＬＢ值，而主要由碎浆机的特点决定。
油墨脱除率
图７和图８示出了表面活性剂的ＨＬＢ值和油墨脱除效率（由方程（１）中油墨去除初始速率来衡量）之间的关系。
当ＨＬＢ值升高时，脱除速率大大降低。因此，即使没有机械处理，也可以通过采用憎水性较强的表面活性剂，使得油墨去除率有较大提高。当采用憎水性表面活性剂时，与强烈的机械处理（振动）相结合，油墨脱除速率大大提高。
皂类作为分散剂
从图９看出，即使与实验中作用最弱的非离子表面活性剂相比，皂类作为分散剂性能也较差。
利用皂类时，油墨也可以达到完全分散，但速率要慢得多。
讨 论
脱墨化学品首先破坏油墨 ， 纤维之间的相互作用，软化油墨。一旦油墨被软化，机械作用变得更有效。Ｂｒｏｉｎｉａｎ提议，软化后的油墨可能被完全除去，但是，后段可能会需要大量的时间。图１０为油墨脱除过程的示意图。
（ｉ）化学品软化油墨
（ｉｉ）有效去除油墨需要机械处理
（ｉｉｉ）很长时间以后，甚至没有机械处理，油墨也可以分散
图 １０油墨脱除过程的示意图
结果表明，要研究表面活性剂的结构对脱除过程的影响，考虑表面活性剂（过程ｉ和ｉｉｉ）的作用和机械处理的作用（过程ｉｉ）是有必要的。碎浆机中化学和物理环境是这些影响复杂的结合。
碎浆机中油墨的脱除情况以光学性质和墨点的数量来衡量。再生浆的低白度通常是由于脱除效果较差（也就是，不能从Ｐ层，而只能从 Ｔ层和Ｓ层去除）或者油墨粒子的再沉积造成。这些方面本文尚未报道。这些表明，所选表面活性剂是在整体上有效的脱墨剂，这也是被用来进行实验，作为评价不同结构的影响的原因。
当前理论认为，油墨分散机理类似于洗涤。在这些过程中，表面张力的降低是一个关键因素，所以，在表面张力广泛变化的溶液中对表面活性剂进行比较是很困难的。实验结果表明，动态表面张力（在浮选过程中是必要的）和平衡表面张力在所有的系统中都是相对类似的。所以，分离效率的差异更多地取决于分子的影响，而不是表面活性剂的用量。
机械处理
脱墨效率在很大程度上取决于所受压力（图２）。然而，只用化学法也能达到完全脱墨，但是速度很慢。分散油墨粒子的形成只需通过表面活性剂的作用，但是一旦被分散后，需要机械作用提供能量，使得它们从纸页表面迅速而有效地脱除。结果还表明，机械作用可以使更多的表面活性剂进入到油墨－水的界面上：如果没有搅拌作用，完全脱墨滞后。所以，采用机械法脱墨效率较高，可能是由于机械力提供了从纸页表面脱除分散油墨粒子的能量。
图４、７和８表明，油墨脱除速率取决于所消耗能量，同时也在很大程度上取决于表面活性剂的性质。所以，很显然地，通过选择恰当的表面活性剂可以降低能量的需要量。
表面活性剂化学对脱墨的影响尽量保持物理环境相对稳定，当表面活性剂的ＨＬＢ值增加时（图５）脱墨效率急剧下降。提高表面活性剂的浓度，并不能补偿由于表面活性剂的ＨＬＢ值升高而造成的低脱墨效率。因为在所有的试样中油墨粒子的尺寸分布（图６）是相似的，并且浮选时间足够长以使得大部分分散油墨粒子被除去，所以浮选阶段不可能是造成此影响的原因。因此事实上如模型实验所表明，系统之间的差异可能是由于不同表面活性剂对油墨的分散效率不同造成的。
关于表面活性剂的结构，最清楚的解释是，结构影响着其分子扩散到油墨－水或纤维－水的界面上的速率。已经表明，在水溶胶溶液中，当表面活性剂的憎水性增强，分子量增大时（图 １１），分子的扩散速率降低。所以，对脱墨效率的差异最可能的解释是由于表面活性剂迁移到油墨－水界面的速率不同。
动力学的结果也支持此观点。在第（ｉ）段（见图１０）油墨与纸页之间的相互作用减弱，油墨软化，然后，通过机械作用使得油墨更容易脱除。然而，如果油墨与纸页之间的相互作用没有足够地减弱，那么就不会从Ｐ层（见图１）脱除油墨，只可能影响到Ｓ层和Ｔ层。因此，油墨的软化－分离步骤１被认为是整个脱墨过程的限速步骤。
表面活性剂的结构影响着这个限速步骤，图７和８很好地证明了这一点。表面活性剂的ＨＬＢ值较低，也就是说，分子量较低，憎水性较强时被证明是脱墨效率最高的。当提高过程中所用压力时，脱墨效率系统性地提高，但脱墨的绝对速率是在表面活性剂最有效地分散－软化油墨时取得最高。
与非离子表面活性剂（图９）相比，用钙皂脱除油墨时动力学结果更差。这可能解释为更慢的扩散速率和收集剂的气泡现象，使得破坏油墨－纸页之间的相互作用更为困难。
根据目前的结果，还不能清楚地解释表面活性剂影响油墨－纤维之间相互作用的机理。完全脱墨意味着表面活性剂能够有效地渗透到油墨与纤维表面之间，以使得它们之间的连接断裂。当表面活性剂憎水性增强，分子量减小时，渗透作用就更为有效，图１１总结了这些结果中表面活性剂的作用。
确切的速率定理的导出将考虑表面活性剂效率的定量评价，这一方面的工作将在下一步继续运行。
结 论
油墨的完全脱除需要化学和机械处理。脱墨化学的精心设计能够减少脱墨所需的能量。然而，与回收废纸的分散所消耗的总能量相比，脱墨所需能量是很小的。选用恰当的化学品，优点主要在于其脱墨效率；就是说，考虑表面活性剂化学能够改变油墨的脱除速率。目前研究表明，选用恰当的表面活性剂化学品，首先通过影响油墨的软化和油墨－纤维之间的相互作用有利于油墨的脱除；通过机械处理有效地脱墨，这些步骤均是必要的。
