三种zeta电位分析仪器表征纸浆材料的对比

2020-06-16

三种zeta电位分析仪器表征纸浆材料的对比

——滴定和粒度范围Stabino II ®都表现优良


 

纸浆是一种纤维材料,来自于化合物分解或者木材或植物纤维的机械分离。纸浆是造纸行业最重要的原材料。典型的光学显微镜下的植物纤维见图1

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1:纸浆中典型纤维的光学图像(Courtesy to TU Graz.Prof.W.Bauer)

 

Zeta电位测试带电表面间的相互作用

 

在造纸行业,Zeta电位是了解阳离子保留液,固定剂和带阴离子电荷的纤维表面相互作用的重要指标。被破坏的物质比如木质素磺酸盐,会在造纸机械的水体系中和昂贵的带阳离子固定或者保留液作用,从而产生沉淀(凝聚)。

 

 Zeta电位的测试可以提供一个有效的分析数据,可以更好地洞悉和理解纤维加工完成后复杂的胶体机理。

 

表征的技术

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2Particle Metrix颗粒表征系统

 

Stabino II ®是流动zeta电势滴定系统,来自德国胶体公司(Colloild Metrix GmbH),可以提供快速电信号响应,用于研究zeta电位变化。它非常适用于快速滴定。大部分样品可以在原始浓度下直接测试。

 

 Zetaview®是基于在激光散射显微视频中单个颗粒的跟踪,适用的浓度范围为105109个粒子/ml。因为它基于微量电泳的基本原理,所以可以用于校正其他仪器的粒度和zeta电位,此款仪器来自于德国PMX公司(Particle Metrix GmbH)。

 

 Stabino II ®颗粒电位滴定系统和Zetaview®颗粒跟踪系统(PTA)都是设计可用于高的样品处理量。

 

 为了对比的目的,第三种测量系统,德国某公司的某型号电位仪也被用来测试zeta电位。该系统的zeta电位测试的是悬浮在水中的固体材料的表面电荷,相应的zeta电位测试是基于样品材料自动柱塞运动所形成的流动电势。这些测试由Wolfgang Bauer教授的团队,在Graz University of Technology的造纸纸浆和纤维技术学院完成。

 

样品介绍

样品1:软木漂白牛皮纸浆()primary fines

样品2:软木漂白牛皮纸浆()primary fines,阳离子共价改性

样品3:软木未漂白牛皮纸浆() primary fines 1

样品4PGW细的未漂白的

样品5PGW细的未漂白的,阳离子共价改性

样品6:软木未漂白牛皮纸浆()primary fines 2

样品7Hardwood (Euka)漂白牛皮纸浆()primary + secondary fines

 

备注:硫酸盐制浆法是一种将木材转化成木质纸浆的工艺,几乎包含了所有纯纤维素纤维。

 

结果

使用Stabino II ®测试了7种样品的zeta电位。样品都是按1:10稀释的。图3显示了样品1和样品5Zeta电位结果。

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3Stabino II ®的测试结果,样品1(红色)和样品5(蓝色),样品稀释110

对于颗粒跟踪系统(PTA)-Zetaview®PTA-ZP),样品都用去离子水稀释1000倍,用来调节样品的浓度。一张典型的PTA图像(图4左边)显示了大小不同颗粒的存在,这与图1的显微镜结果一致,说明样品制备是有代表性的。Zetaview®测试的zeta电位分辨率很高。

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4:具有zeta电位功能的颗粒跟踪系统(PTA-ZPZetaview®所得到的图像(左边)和高分辨的zeta电位分布(右边)

 

 

1和图5显示了Stabino II ®Zetaview®和某型号测试的zeta电位。

 

 

1Stabino II ®Zetaview®和某型号的测试结果总览

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5Stabino II ®Zetaview® 和某型号的测试结果的对比

 

Stabino II ®Zetaview® 的结果显示出较小的差异。总的来说,结果都显示了比较好的一致性。通过Stabino II ®,还可以进行聚电解质,PH和电导率滴定。

 

 6显示了样品15的滴定。样品1是带阴离子的,因此用0.0025N阳离子的P-DADMAC滴定。滴至电位为0的点(ZPC)。样品5为带阳离子材料,因此用PVS滴至ZPC

 

 

 

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6Stabino II ®zeta电位滴定,3g/l6g/l的纸浆,TU-Graz,滴定剂:固定试剂

 

结论

三种仪器间的zeta电位测试结果的对比很好。Stabino II ®和 某型号都有在原始浓度下测试的可能性。Stabino II ®的突出优点也是显而易见的。它可以测试很宽的粒度范围,而且可以做滴定。它可以测试的样品粒度范围极宽,从大分子和胶体纳米颗粒,到亚毫米级的纤维和大颗粒。此外,Stabino II ®还可以对不同尺度的颗粒提供聚电解质,PH和盐溶液的自动滴定。

 

 Stabino II ®是通用的多参数电位滴定系统。如用户所述,其操作也非常容易。

 

 

致谢

我们在此感谢TU Graz,造纸纸浆和纤维技术学院的Wolfgang Bauer and Mrs Mayr教授,为我们提供了样品以及某型号的测试。

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