聚乙烯消费后废塑料薄片使用工业适用表面活性剂脱墨研究

《Polymers》：Investigating the Deinking of Polyethylene Post-Consumer Waste Flakes Using Industrially Applicable Surfactants

　　

在塑料包装回收中，消费后废料(PCW)的脱墨是实现高质量再生料的关键技术，可生产低气味、少缺陷的（半）透明再生薄膜。尽管均匀印刷模型膜的脱墨机制已被充分研究，但这些结论难以直接迁移至工业场景下的家庭PCW。本研究系统考察了采用工业可用表面活性剂对家庭PCW聚乙烯薄片进行脱墨的过程，变量包括水温、洗涤时间、碱(NaOH)浓度及四种工业表面活性剂，脱墨效率通过基于图像的统计分析测定。借助多元线性回归，由实验中位灰值揭示PCW薄片脱墨机制：依表面活性剂与参数不同，NaOH对粘结剂的水解或表面活性剂降低印刷表面界面能二者之一主导整体脱墨。

研究背景方面，柔性聚烯烃包装在欧盟28+2国2020年产能约11 Mt，其中聚乙烯(PE)占9 Mt，因功能层引入导致废料流含聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、金属阻隔层及印刷油墨等异质组分，在机械回收中引发副反应，限制再生料用于高要求场景。包装与包装废弃物法规(PPWR)推动单材质化但未规制油墨；硝基纤维素(NC)基油墨在高于160 °C时降解释放挥发性有机化合物(VOC)与健康有害深色物，故再颗粒化前彻底脱墨可提升力学、光学与气味品质。既往脱墨研究多基于表面印刷单层模型膜，采用国际照明委员会Lab(CIELab)法以未印膜作参比，难以适用于卷曲折叠、透明/印刷/层压/本体着色混杂的家庭PCW薄片。研究人员此前建立透射光扫描转8位灰度、以中位灰值Q2统计评估PCW薄片脱墨的方法，本研究沿用该方法并拓展至工业表面活性剂体系。

本研究发表于《Polymers》。研究人员以德国Der Grüne Punkt公司“DSD310”家庭柔性PE废料流薄片（40–60 mm经切碎、浮沉分离、冷洗、80 °C烘6 h后再切至10–20 mm）为样本，依据DIN SPEC 91496改法，设水温30/60/80 °C、时间15/60/120 min、NaOH 1%/2%，表面活性剂含阳离子鲸蜡基三甲基氯化铵(CTAC)、复配CW01（CTAC+LDAO+非离子乙氧基醇）、非离子TEGO CYCLE WA111(WA111)与TEGOMER DA850(DA850)，全因子90实验；每杯1 L液洗10 g薄片，200 min^?1搅拌，后水洗80 °C烘干；以爱普生Perfection V750 Pro透射扫描4 g薄片取灰值<240像素，用JMP做含主效与二/三级交互的多元线性回归，以Q2为因变量，R²_adj、RMSE与logworth(=?log₁₀(p))判显著(p<0.05即logworth>1.30)。

研究结果部分，在“结果与讨论”中，模型纳入三级交互后R²增0.1031、R²_adj增0.0935、RMSE降至0.9464，未过拟合；除NaOH主效不显著（但其交互显著故保留）外其余主效与交互均显著。Q2原始薄片125±2.59，升温与延长时间均升Q2；无表面活性剂时30与60 °C间异常（NC基粘结剂约50 °C玻璃化转变致粘附增加），80 °C因水解扩散补回；加表面活性剂降界面能消除该异常。CTAC表现劣于无表活剂组，疑被薄片残留脂油等与污染物优先成胶束而失活；CW01最优（复配亲水/脱脂组分抗污染），WA111与DA850居中且低温溶解差致30 °C灰值低于空白。时间交互上，无表活剂时NaOH扩散为控速步故120 min方骤升；WA111快平衡；DA850因稳墨胶束能力强而60–120 min续升；CW01在1% NaOH下60与120 min近等、2% NaOH下120 min骤升，归因为碱浓交互平均掩盖。碱浓交互显示：无表活剂时2% NaOH优于1%；非离子表活剂在1% NaOH显著提升、2% NaOH回落至空白水平；CTAC对碱浓不敏感；CW01在2% NaOH反降Q2——研究人员推测PCW墨量少致2% NaOH羟基过量，与鲸蜡基铵阳离子作用稳胶束、阻其在薄片-油墨界面吸附，使水解重居主导，图7–8证实2% NaOH下CW01组温时依赖增强、30 °C仅130–133、60 °C 120 min方达155。

讨论与结论翻译：对家庭PCW薄片在水温、时间、碱浓与工业表活剂下的系统脱墨揭示，模型膜结论不可直推；升温延时普增Q2，因墨量少无返染。CTAC单独使用劣于空白，疑被残留污染物钝化；非离子表活剂仅受温度限（低温不溶）；CW01在1% NaOH与80 °C下60及120 min均达中位灰值159为最优。2% NaOH对PCW属过量，阳离子表活剂被羟基离子作用失活，水解主导。工业上应按PCW墨量估调碱浓，选鲁棒复配表活剂；持续优化难行于异质流，后续需测其他家庭PE/PP流验证。该研究为工业洗涤参数适配提供量化依据，方法学上以Q2灰度统计替代CIELab参比，解决PCW薄片 inhomogeneous 评估难题。