三種zeta電位分析儀器表征紙漿材料的對比

——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)重要的原材料。典型的光學(xué)顯微鏡下的植物纖維見圖1。

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

Zeta電位測試帶電表面間的相互作用

在造紙行業(yè)，Zeta電位是了解陽離子保留液，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，會在造紙機(jī)械的水體系中和昂貴的帶陽離子固定或者保留液作用，從而產(chǎn)生沉淀（凝聚）。

 Zeta電位的測試可以提供一個有效的分析數(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zeta電勢滴定系統(tǒng)，來自德國膠體公司（Colloild Metrix GmbH），可以提供快速電信號響應(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試。

 Zetaview®是基于在激光散射顯微視頻中單個顆粒的跟蹤，適用的濃度范圍為105到109個粒子/ml。因?yàn)樗谖⒘侩娪镜幕驹?，所以可以用于校正其他儀器的粒度和zeta電位，此款儀器來自于德國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)計可用于高的樣品處理量。

 為了對比的目的，第三種測量系統(tǒng)，德國某公司的某型號電位儀也被用來測試zeta電位。該系統(tǒng)的zeta電位測試的是懸浮在水中的固體材料的表面電荷，相應(yīng)的zeta電位測試是基于樣品材料自動柱塞運(yùn)動所形成的流動電勢。這些測試由Wolfgang Bauer教授的團(tuán)隊，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，陽離子共價改性

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，陽離子共價改性

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 ®的測試結(jié)果，樣品1（紅色）和樣品5（藍(lán)色），樣品稀釋1：10

對于顆粒跟蹤系統(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，說明樣品制備是有代表性的。Zetaview®測試的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®和某型號測試的zeta電位。

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

圖5：Stabino II ®，Zetaview® 和某型號的測試結(jié)果的對比

Stabino II ®和Zetaview® 的結(jié)果顯示出較小的差異?？偟膩碚f，結(jié)果都顯示了比較好的一致性。通過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陽離子的P-DADMAC滴定。滴至電位為0的點(diǎn)(ZPC)。樣品5為帶陽離子材料，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電位測試結(jié)果的對比很好。Stabino II ®和 某型號都有在原始濃度下測試的可能性。Stabino II ®的突出優(yōu)點(diǎn)也是顯而易見的。它可以測試很寬的粒度范圍，而且可以做滴定。它可以測試的樣品粒度范圍極寬，從大分子和膠體納米顆粒，到亞毫米級的纖維和大顆粒。此外，Stabino II ®還可以對不同尺度的顆粒提供聚電解質(zhì)，PH和鹽溶液的自動滴定。

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

致謝

我們在此感謝TU 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的測試。