专利名称：废纸浆中非接触印刷油墨含量的测定方法及脱墨效果评价方法
技术领域：
本发明涉及印刷油墨含量的测定，具体涉及废纸浆中非接触印刷油墨含量的测定方法。属于二次纤维回用技术领域。
背景技术：
近年来，随着世界经济的迅速发展，人们对纸和纸板的需求逐年递增，但由于受到资源、环境、效益等方面的影响，特别是近些年来原料短缺、能源危机和环境污染等问题日益严峻，世界造纸工业迅速发展的同时开始逐步向高效率、高质量、高效益、低消耗、低排放的现代化生产方式转变。废纸作为一种丰富的造纸纤维资源，不但大大缓解了造纸工业原材料紧张的问题，同时还具有污染小、能源消耗低等特点，因此得到了越来越多的重视，对于天然纤维资源短缺的国家来说，废纸回用尤其显得重要。目前，许多种类的废纸如OCC(old corrugated containers，旧箱板纸)、ONP(old news papers，旧新闻纸)和OMG(old magazines，旧杂志纸)都基本达到了回收的极限，未来，作为高档废纸的MOW(mixedoffice wastepaper，混合办公废纸)将成为回收纸的主要增长源。现阶段条件下，阻碍MOW大规模、同级回用的原因主要集中在两个方面，一是尚无使该类型废纸中的油墨等杂质与纤维之间有效分离的方法；二是缺少能够准确测定该类型油墨含量的方法。其中，准确的检测是有效控制的前提，因此找到准确测定油墨含量的方法是发展MOW回用技术迫切需要解决的首要问题。
由于MOW中的废纸大部分是激光打印废纸和复印废纸，其打印原理和油墨(即碳粉)成份都与传统的印刷废纸不同，且碎解后的油墨颗粒较大，且呈大小不等的片状，如采用传统的白度值和ERIC值(即有效残余油墨浓度)法检测，所产生误差比常规油墨的检测结果更大，更加不能准确表征出油墨的实际含量，对脱墨效果作出准确的评价。因而需要一种有针对性的方法，进行准确的测定。
发明内容
本发明的目的在于提出一种误差小的废纸浆中非接触印刷油墨含量的准确测定方法； 本发明的另一目的还在于提供一种能够为MOW类型废纸的脱墨控制提供可靠的判定依据，而且也能够对该类型废纸在生产实践中的脱墨效果给予准确的评价的方法。
本发明目的通过如下技术方案实现 废纸浆中非接触印刷油墨含量的测定方法，包括以下步骤 a废纸浆中铁含量的检测从废纸浆中取两份浆样，一份废纸浆样用于测定废纸浆浓度；另一份废纸浆样烘干称重，然后炭化后烧制灰分，称量灰分的重量；计算所述废纸浆中灰分含量Ap；测定所述灰分中的铁含量Ia，计算得到所述废纸浆中铁含量Ip，计算关系式为Ip＝Ap×Ia(1) 所述废纸浆中灰分含量Ap是指所取灰分的重量与所取废纸浆样绝干重量之比，废纸浆样绝干重量为测定的废纸浆浓度与所取浆样的重量乘积；所述废纸浆为浮选前或浮选后的废纸浆； b油墨中铁含量的标定从已知油墨含量Tp′的废纸浆中取样，测定所述废纸浆中的铁含量Ip′，计算得到油墨中铁含量It，关系式为It＝Ip′/Tp′(2) c测定未知浆中的油墨含量由步骤a检测待测废纸浆中的铁含量Ip，再根据步骤b求得的油墨中的铁含量It，得到浆中的实际油墨含量Tp，关系式为tp＝Ip/It(3)； 所述含量为质量百分比含量。
为进一步实现本发明目的，所述Ia用等离子体光谱仪测定。
所述油墨含量Tp′通过如下方法得到在恒温恒湿条件下分别称量一组非接触印刷纸在印制前、后的质量；同时取印制前、后的非接触印刷纸样，测定水份，得到的印制前、后非接触印刷纸的绝干量的质量差，即为该非接触印刷纸样中所含的绝干油墨量；然后用测得的绝干油墨量与该组非接触印刷纸印制后的绝干量相比，所得到的比值为印制纸的纸浆中油墨含量。
本发明另一目的通过如下技术方案实现 一种废纸浆中非接触印刷油墨脱墨效果评价方法分别测得浮选前、后废纸浆中实际油墨含量T′p和T′p；再通过测定废纸浆浓度和称量浆料质量得到浮选前、后的绝干浆量P和P′，计算出浮选的实际脱墨效率E，关系式为 Ip和I′p分别为浮选前和浮选后的废纸浆中的铁含量；y为浮选前和浮选后的废纸浆的绝干浆比值，即y＝P′/P； 浮选前废纸浆中实际油墨含量Tp＝Ip/It；It为油墨中的铁含量；Ip为浮选前废纸浆中的铁含量；Ip＝Ap×Ia；Ia为浮选前废纸浆样品炭化后烧制成灰分中的铁含量，所述Ap为废纸浆中灰分含量； 所述废纸浆中灰分含量Ap是指所取灰分的重量与所取废纸浆样绝干重量之比，废纸浆样绝干重量为测定的废纸浆浓度与所取浆样的重量乘积； 将浮选前废纸浆中实际油墨含量Tp测量方法中的浮选前的废纸浆改为浮选后的废纸浆，即为浮选后废纸浆中实际油墨含量T′p的测试方法； 所述含量为质量百分比含量。
若忽略纤维的流失，由浮选前、后浆中的实际油墨含量Tp和T′p或者废纸浆中的铁含量Ip和I′p，可得到理想脱墨效率E′，关系式为 所述含量为质量百分比含量。
由于非接触印刷方式较为特殊，其成像过程多需要借助碳粉(多数为磁性碳粉)中的含铁物质来实现，因此绝大多数非接触印刷废纸的油墨中都含有铁元素，如果对油墨中的含铁量进行测定，找出铁元素在油墨中所占的比例，然后检测处理前、后浆中的铁含量，即可求出浆中油墨的实际含量，由此还可以推算出脱墨效率E(即实际脱墨效率)，对脱墨效果作出准确评价。在生产实践中，通常强调的是整个处理过程脱墨效果的评价而不是具体的浆中油墨的含有量，此时可以根据检测到的处理前后浆中的铁含量，直接推算出大致的脱墨效率E′(此处称之为理想脱墨效率)，经实验研究分析，两种方式得到的脱墨效率结果比较接近，因此后一种计算方式就更为简化，具有一定的实际应用意义。本方法是现有的油墨检测方法中唯一能够准确量化油墨含量的方法，因此能够对该类废纸的脱墨控制研究提供更为有力的技术支持，同时也能够对含有该类废纸在生产实践中的脱墨效果给予较为准确的评价。
其中实际脱墨效率E是根据浆中油墨的实际含量求得的效率值，因此准确性较高；而理想脱墨效率E′是忽略了纤维流失等因素求得的效率值，因此有一定的误差，但经过实验分析E和E′之间相差不大，也就是说理想脱墨效率E′的误差在一定范围内，因此可以应用在生产实践中对脱墨效果的评价，并且简化了分析过程，有相当的应用意义。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果 1.本发明的方法是通过等离子体光谱仪对浆中铁含量进行检测，然后按照实际的对应关系推算出来的，整个过程同时具有数学和物理双重意义，而传统的白度法和ERIC值法(即有效残余油墨法)则是根据一定波长的光对油墨照射后的反射率不同间接求得的相对值，并没有实际的物理意义，并且这种传统的光学检测法在检测过程中，会由于不同检测点的选取、油墨颗粒的尺寸大小，以及油墨颗粒的分布等因素的不同而产生较大误差，因此相比之下，本发明的方法检测过程更为严密，检测误差更小，检测结果更为准确而且直观。
2.本发明的方法检测的是油墨的实际含量，这是现有的油墨检测方法中，唯一能够测定到油墨真实含量的方法，因此对于该类型废纸脱墨控制的研究提供有力的技术支持，同时本方法所推算的脱墨效率，是以油墨含量或者铁含量为依据的，因此对于脱墨效果的评价更为准确； 3.由于本发明的方法检测的是油墨的实际含量，因此可以提供白度法和ERIC值法检测出的相对结果与油墨实际含量之间提供关系，分析这两种方法存在的误差，为这两种方法一定程度上的完善提供依据。
对于非接触打印废纸的油墨而言，油墨中的铁含量为固定值，对于同一种油墨或者同一批次的废纸，油墨中的铁含量恒定。
具体实施例方式 为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例所表述的范围。
实施例1油墨中铁含量的标定 将一组A4纸放置在恒温恒湿室内，二十四小时后称重，取样测水份含量；然后双面激光打印，每页纸上的打印内容固定，继续放置在恒温恒湿室内相同的时间，按相同的方法称重、测定水份。计算该组A4纸打印前、后的质量差(绝干量)，即得到打印纸上的油墨量(绝干量)。此油墨量(绝干量)与对应的打印纸的质量(绝干量)相比，即为该打印方式下油墨(绝干量)相对于打印纸(绝干量)的含量，计算得到的废纸浆中油墨含量T′p＝2.818％。
取上述双面激光打印的A4纸和未打印的A4白纸各160g(绝干量)，分别用碎纸机碎解成6.3mm宽的纸条，然后放入Adirondack Formax碎浆机，在15％(重量)浆浓、65±2℃条件下碎解25分钟，随后将含有油墨的浆(DIP，即上述方式双面激光打印的A4纸浆料)和白浆(WP，未打印的A4纸浆料)按比例混合，DIP占混合浆的质量百分比分别为0(即全部为WP，不配加DIP)、20％、40％、60％、80％和100％，配好的混合浆稀释至1％浆浓，混合均匀后，每份浆取样三次，分别烘干、炭化，然后在马弗炉中烧制灰分，计算浆中的灰分含量Ap，然后用型号为ULTIMA 2的电感耦合等离子体光谱仪(InductivelyCoupled Plasma Optical Emission Spectrometer)测定灰份中的铁含量Ia，根据关系式(1)Ip＝Ap×Ia，计算出浆中的铁含量Ip。
经检测和计算，按照DIP浆逐渐增多的顺序，即浆中油墨含量Tpi(质量百分比)分别为0、0.564％、1.127％、1.691％、2.254％和2.818％时，浆中的铁含量(质量百分比)Ipi分别为0.0058％、0.1530％、0.3206％、0.4689％、0.6294％和0.7937％。以浆中的油墨含量Tpi为横坐标，浆中的铁含量Ipi为纵坐标，找出两个量之间的对应关系，二者之间呈线性拟合，拟合直线为Y＝0.28023X，复相关系数为0.99972。这说明，Tp和Ip之间的存在线性对应关系，即油墨中的铁含量It是固定值；该测试与同种油墨或者同一批废纸中所含油墨的铁含量It为常数值相符合，从拟合直线特性可知It取值为0.28023。在本方法所涉及的实验中，打印纸上的油墨为同批次，因此此处求得的It值将作为常数。
实施例2 取160g(绝干量)双面打印的激光打印纸，规格为A4，每页打印固定的内容(以保证油墨量稳定)，打印后在塑料封口袋中放置二十四小时平衡水份。然后用碎纸机碎解成6.3mm宽的纸条，放入Adirondack Formax碎浆机，加入0.0025％的脱墨剂BRD 2349(相对于绝干浆的质量百分比)，在15％浆浓、65±2℃条件下碎解25分钟，然后取100g(绝干量)的碎后浆，稀释至1％浆浓，倒入Denver D 12浮选槽中，在43±2℃条件下浮选5分钟。分别取碎后浆和浮选良浆的浆样(同时另取试样测定水分)，烘干、炭化，然后在马弗炉中烧制灰分，计算浮选前、后浆中的灰分含量Ap和A′p，然后用电感耦合等离子体光谱仪分别测定灰分中的铁含量Ia和I′a，根据关系式(1)Ip＝Ap×Ia计算出对应的浆中的铁含量Ip和I′p，由此可以由关系式(5)
计算出浮选的理论脱墨效率E′，再根据关系式(3)Tp＝Ip/It和由关系式(2)It＝Ip/Tp标定的It，推算浆中的油墨含量Tp和T′p，以及由关系式(4)
和浮选前、后的浆量(绝干质量)P和P′，求出浮选的实际脱墨效率E，同时，取浆抄制170g/m2定量的手抄片，测定白度值和ERIC值，对比不同方法检测结果。其中，白度值用TB-1白度仪测定，ERIC值用美国农业部林产品实验室(USDA Forest Products Lab)专利产品——有效残余油墨测定仪进行测定。以上均为质量百分比。
结果浮选前浆中的灰分含量Ap和浮选后浆中的灰分含量A′p分别为8.994％和9.059％，用电感耦合等离子体光谱仪测得浮选前浆料灰分中的铁含量Ia和浮选后浆料灰分中的铁含量I′a分别为10.052％和0.726％，再由关系式(1)Ip＝Ap×Ia求得浮选前浆中的铁含量Ip和浮选后浆中的铁含量I′p分别为0.904％和0.066％，根据油墨中的铁含量It为固定值28.023％(由实施例1测得)，由关系式(3)Tp＝Ip/It推算浮选前浆中油墨含量Tp和浮选后浆中油墨含量T′p分别为3.226％和0.235％，由关系式(5)
可求出浮选的理想脱墨效率E′为92.72％；浮选前浆料重量(绝干质量)P、浮选后浆料重量(绝干质量)为P′，由关系式(4)
求出浮选的实际脱墨效率E为93.24％。由白度法检测到的浮选前、后的白度值分别为71.52％ISO和84.59％ISO，ERIC值法检测到的浮选前、后的白度值分别为368.90×10-6和81.7×10-6，由ERIC值计算出的脱墨效率为77.85％。
由实施例2的结果可以看出，本发明的方法检测到的是浮选前、后浆中实际所含的油墨含量(油墨相对于绝干浆的质量百分比)，如果浮选前、后的浆量已知，还可以算出浆中的油墨的具体质量，并且由此方法计算的脱墨效率是根据浆中的油墨含量计算的，因此更为准确。当对比光学法的检测结果可以发现，无论是白度值还是ERIC值都仅是相对的结果，都无法对浆中油墨量有明确的表示，因此ERIC值所推算的脱墨效率也仅是相对量的表征，不能准确评价脱墨效果的意义。
实施例3 取160g(绝干量)双面打印的激光打印纸，规格为A4，每页打印固定的内容(以保证油墨量稳定)，打印后在塑料封口袋中放置二十四小时平衡水份。然后用碎纸机碎解成6.3mm宽的纸条，放入Adirondack Formax碎浆机，加入0.005％的脱墨剂BRD 2349(相对于绝干浆的质量百分比)，在15％浆浓、65±2℃条件下碎解25分钟，然后取100g(绝干量)的碎后浆，稀释至1％浆浓，倒入Denver D 12浮选槽中，在43±2℃条件下浮选5分钟。分别取碎后浆和浮选良浆的浆样(同时另取试样测定水分)，烘干、炭化后在马弗炉中烧制灰分，计算浮选前、后浆中的灰分含量Ap和A′p，然后用电感耦合等离子体光谱仪分别测定灰分中的铁含量Ia和I′a，根据关系式(1)Ip＝Ap×Ia计算出对应的浆中的铁含量Ip和I′p，由此可以由关系式(5)
计算出浮选的理论脱墨效率E′，再根据关系式(3)Tp＝Ip/It和由关系式(2)It＝Ip/Tp标定的It，推算浆中的油墨含量Tp和T′p，以及由关系式(4)
和浮选前、后的浆量(绝干质量)P和P′，求出浮选的实际脱墨效率E，同时，取浆抄制170g/m2定量的手抄片，测定白度值和ERIC值，对比不同方法检测结果。其中，白度值用TB-1白度仪测定，ERIC值用美国农业部林产品实验室(USDA Forest Products Lab)专利产品——有效残余油墨测定仪进行测定。以上均为质量百分比。
结果浮选前后浆中的灰分含量Ap和A′p分别为8.994％和10.814％，用电感耦合等离子体光谱仪测得相应灰分中的铁含量Ia和I′a分别为10.052％和0.541％，再由关系式(1)Ip＝Ap×Ia求得浮选前后浆中的铁含量Ip和I′p分别为0.904％和0.058％，根据油墨中的铁含量It为固定值28.023％(由实施例1测得的)，由关系式(3)Tp＝Ip/It推算浮选前后浆中油墨含量Tp和T′p分别为3.226％和0.207％，由关系式(5)
可求出浮选的理想脱墨效率E′为93.58％，由关系式(4)
和浮选前、后的浆量(绝干质量)P和P′，求出浮选的实际脱墨效率E为93.70％。白度法检测到的浮选前、后的白度值分别为71.52％ISO和84.96％ISO，ERIC值法检测到的浮选前、后的结果分别为368.90×10-6和65.98×10-6，由ERIC值计算出的脱墨效率为82.11％。
与实施例2的结果相比较，按照本发明的油墨含量测定方法检测的结果能够直观准确的得到脱墨剂用量不同时的浮选效果之间的对比，即由于实施例3的脱墨剂用量较高，因此浮选后浆中的油墨含量T′p为0.207％比实施例2中的0.235％要低，也就是说，脱墨剂用量高，更多的油墨被浮选出来，因此理想脱墨效率和实际脱墨效率都有提高。但按白度法和ERIC值法所检测的结果，可以看出脱墨剂用量增加时，白度值略有增加，ERIC值有所下降，脱墨效率有一定的提高，都仅是相对量的表征。
权利要求
1.废纸浆中非接触印刷油墨含量的测定方法，其特征在于包括以下步骤
a废纸浆中铁含量的检测从废纸浆中取两份浆样，一份废纸浆样用于测定废纸浆浓度；另一份废纸浆样烘干称重，然后炭化后烧制灰分，称量灰分的重量；计算所述废纸浆中灰分含量Ap；测定所述灰分中的铁含量Ia，计算得到所述废纸浆中铁含量Ip，计算关系式为Ip＝Ap×Ia(1)
所述废纸浆中灰分含量Ap是指所取灰分的重量与所取废纸浆样绝干重量之比，废纸浆样绝干重量为测定的废纸浆浓度与所取浆样的重量乘积；所述废纸浆为浮选前或浮选后的废纸浆；
b油墨中铁含量的标定从已知油墨含量Tp′的废纸浆中取样，测定所述废纸浆中的铁含量Ip′，计算得到油墨中铁含量It，关系式为It＝Ip′/Tp′(2)
c测定未知浆中的油墨含量由步骤a检测待测废纸浆中的铁含量Ip，再根据步骤b求得的油墨中的铁含量It，得到浆中的实际油墨含量Tp，关系式为Tp＝Ip/It (3)；
所述含量为质量百分比含量。
2.根据权利要求1所述的废纸浆中非接触印刷油墨含量的测定方法，其特征在于所述Ia用等离子体光谱仪测定。
3.根据权利要求1所述的废纸浆中非接触印刷油墨含量的测定方法，其特征在于所述油墨含量Tp′通过如下方法得到在恒温恒湿条件下分别称量一组非接触印刷纸在印制前、后的质量；同时取印制前、后的非接触印刷纸样，测定水份，得到的印制前、后非接触印刷纸的绝干量的质量差，即为该非接触印刷纸样中所含的绝干油墨量；然后用测得的绝干油墨量与该组非接触印刷纸印制后的绝干量相比，所得到的比值为印制纸的纸浆中油墨含量。
4.一种废纸浆中非接触印刷油墨脱墨效果评价方法，其特征在于分别测得浮选前、后废纸浆中实际油墨含量Tp和T′p；再通过测定废纸浆浓度和称量浆料质量得到浮选前、后的绝干浆量P和P′，计算出浮选的实际脱墨效率E，关系式为
Ip和I′p分别为浮选前和浮选后的废纸浆中的铁含量；y为浮选前和浮选后的废纸浆的绝干浆比值，即y＝P′/P；
浮选前废纸浆中实际油墨含量Tp＝Ip/It；It为油墨中的铁含量；Ip为浮选前废纸浆中的铁含量；Ip＝Ap×Ia；Ia为浮选前废纸浆样品炭化后烧制成灰分中的铁含量，所述Ap为废纸浆中灰分含量；
所述废纸浆中灰分含量Ap是指所取灰分的重量与所取废纸浆样绝干重量之比，废纸浆样绝干重量为测定的废纸浆浓度与所取浆样的重量乘积；
将浮选前废纸浆中实际油墨含量Tp测量方法中的浮选前的废纸浆改为浮选后的废纸浆，即为浮选后废纸浆中实际油墨含量T′p的测试方法；
所述含量为质量百分比含量。
5.根据权利要求4所述的废纸浆中非接触印刷油墨含量的测定方法，其特征在于若忽略纤维的流失，由浮选前、后浆中的实际油墨含量Tp和T′p或者废纸浆中的铁含量Ip和I′p，可得到理想脱墨效率E′，关系式为
所述含量为质量百分比含量。
全文摘要
本发明公开了废纸浆中非接触印刷油墨含量的测定方法及脱墨效果评价方法。从废纸浆样烘干称重，炭化后烧制灰分，称量灰分的重量；计算废纸浆中灰分含量Ap；测定所述灰分中的铁含量Ia，得到所述废纸浆中铁含量Ip＝Ap×Ia；从已知油墨含量Tp′的废纸浆中取样，测定所述废纸浆中的铁含量Ip′，计算得到油墨中铁含量It；得到浆中的实际油墨含量Tp，关系式为Tp＝Ip/It。分别测得浮选前、后废纸浆中实际油墨含量Tp和T′p；再通过测定废纸浆浓度和称量浆料质量得到浮选前、后的绝干浆量P和P′，计算出浮选的实际脱墨效率本发明能够准确量化油墨含量，能够对废纸的脱墨控制提供有力的技术支持，同时也能够对废纸在生产实践中的脱墨效果给予较为准确的评价。
文档编号G01N21/73GK101762573SQ20101001949
公开日2010年6月30日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者李擘, 陈克复, 朱俊勇 申请人:华南理工大学