三種zeta電位分析儀器表征紙漿材料的對(duì)比

——滴定和粒度范圍Stabino II ®都表現(xiàn)優(yōu)良

 

紙漿是一種纖維材料，來(lái)自于化合物分解或者木材或植物纖維的機(jī)械分離。紙漿是造紙行業(yè)最重要的原材料。典型的光學(xué)顯微鏡下的植物纖維見(jiàn)圖1。

圖1：紙漿中典型纖維的光學(xué)圖像(Courtesy to TU Graz.Prof.W.Bauer)

 

Zeta電位測(cè)試帶電表面間的相互作用

 

在造紙行業(yè)，Zeta電位是了解陽(yáng)離子保留液，固定劑和帶陰離子電荷的纖維表面相互作用的重要指標(biāo)。被破壞的物質(zhì)比如木質(zhì)素磺酸鹽，會(huì)在造紙機(jī)械的水體系中和昂貴的帶陽(yáng)離子固定或者保留液作用，從而產(chǎn)生沉淀（凝聚）。

 

 Zeta電位的測(cè)試可以提供一個(gè)有效的分析數(shù)據(jù)，可以更好地洞悉和理解纖維加工完成后復(fù)雜的膠體機(jī)理。

 

表征的技術(shù)

圖2：Particle Metrix顆粒表征系統(tǒng)

 

Stabino II ®是流動(dòng)zeta電勢(shì)滴定系統(tǒng)，來(lái)自德國(guó)膠體公司（Colloild Metrix GmbH），可以提供快速電信號(hào)響應(yīng)，用于研究zeta電位變化。它非常適用于快速滴定。大部分樣品可以在原始濃度下直接測(cè)試。

 

 Zetaview®是基于在激光散射顯微視頻中單個(gè)顆粒的跟蹤，適用的濃度范圍為105到109個(gè)粒子/ml。因?yàn)樗�基于微量電泳的基本原理，所以可以用于校正其他儀器的粒度和zeta電位，此款儀器來(lái)自于德國(guó)PMX公司（Particle Metrix GmbH）。

 

 Stabino II ®顆粒電位滴定系統(tǒng)和Zetaview®顆粒跟蹤系統(tǒng)(PTA)都是設(shè)計(jì)可用于高的樣品處理量。

 

 為了對(duì)比的目的，第三種測(cè)量系統(tǒng)，德國(guó)某公司的某型號(hào)電位儀也被用來(lái)測(cè)試zeta電位。該系統(tǒng)的zeta電位測(cè)試的是懸浮在水中的固體材料的表面電荷，相應(yīng)的zeta電位測(cè)試是基于樣品材料自動(dòng)柱塞運(yùn)動(dòng)所形成的流動(dòng)電勢(shì)。這些測(cè)試由Wolfgang Bauer教授的團(tuán)隊(duì)，在Graz University of Technology的造紙紙漿和纖維技術(shù)學(xué)院完成。

 

樣品介紹

樣品1：軟木漂白牛皮紙漿(細(xì))，primary fines

樣品2：軟木漂白牛皮紙漿(細(xì))，primary fines，陽(yáng)離子共價(jià)改性

樣品3：軟木未漂白牛皮紙漿(細(xì)) primary fines 1

樣品4：PGW細(xì)的未漂白的

樣品5：PGW細(xì)的未漂白的，陽(yáng)離子共價(jià)改性

樣品6：軟木未漂白牛皮紙漿(細(xì))，primary fines 2

樣品7：Hardwood (Euka)漂白牛皮紙漿(細(xì))，primary + secondary fines

 

備注：硫酸鹽制漿法是一種將木材轉(zhuǎn)化成木質(zhì)紙漿的工藝，幾乎包含了所有純纖維素纖維。

 

結(jié)果

使用Stabino II ®測(cè)試了7種樣品的zeta電位。樣品都是按1:10稀釋的。圖3顯示了樣品1和樣品5的Zeta電位結(jié)果。

    

圖3：Stabino II ®的測(cè)試結(jié)果，樣品1（紅色）和樣品5（藍(lán)色），樣品稀釋1：10

對(duì)于顆粒跟蹤系統(tǒng)（PTA）－Zetaview®（PTA-ZP），樣品都用去離子水稀釋1000倍，用來(lái)調(diào)節(jié)樣品的濃度。一張典型的PTA圖像（圖4左邊）顯示了大小不同顆粒的存在，這與圖1的顯微鏡結(jié)果一致，說(shuō)明樣品制備是有代表性的。Zetaview®測(cè)試的zeta電位分辨率很高。

    

圖4：具有zeta電位功能的顆粒跟蹤系統(tǒng)（PTA-ZP）Zetaview®所得到的圖像（左邊）和高分辨的zeta電位分布(右邊)

 

 

表1和圖5顯示了Stabino II ®，Zetaview®和某型號(hào)測(cè)試的zeta電位。

 

 

表1：Stabino II ®，Zetaview®和某型號(hào)的測(cè)試結(jié)果總覽

圖5：Stabino II ®，Zetaview® 和某型號(hào)的測(cè)試結(jié)果的對(duì)比

 

Stabino II ®和Zetaview® 的結(jié)果顯示出較小的差異。總的來(lái)說(shuō)，結(jié)果都顯示了比較好的一致性。通過(guò)Stabino II ®，還可以進(jìn)行聚電解質(zhì)，PH和電導(dǎo)率滴定。

 

 圖6顯示了樣品1和5的滴定。樣品1是帶陰離子的，因此用0.0025N陽(yáng)離子的P-DADMAC滴定。滴至電位為0的點(diǎn)(ZPC)。樣品5為帶陽(yáng)離子材料，因此用PVS滴至ZPC。

 

 

 

圖6：Stabino II ®zeta電位滴定，3g/l和6g/l的紙漿，TU-Graz，滴定劑：固定試劑

 

結(jié)論

三種儀器間的zeta電位測(cè)試結(jié)果的對(duì)比很好。Stabino II ®和 某型號(hào)都有在原始濃度下測(cè)試的可能性。Stabino II ®的突出優(yōu)點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的。它可以測(cè)試很寬的粒度范圍，而且可以做滴定。它可以測(cè)試的樣品粒度范圍極寬，從大分子和膠體納米顆粒，到亞毫米級(jí)的纖維和大顆粒。此外，Stabino II ®還可以對(duì)不同尺度的顆粒提供聚電解質(zhì)，PH和鹽溶液的自動(dòng)滴定。

 

 Stabino II ®是通用的多參數(shù)電位滴定系統(tǒng)。如用戶(hù)所述，其操作也非常容易。

 

 

致謝

我們?cè)诖烁兄xTU Graz，造紙紙漿和纖維技術(shù)學(xué)院的Wolfgang Bauer and Mrs Mayr教授，為我們提供了樣品以及某型號(hào)的測(cè)試。