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)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谖⒘侩娪镜幕驹恚钥梢杂糜谛Ｕ渌麅x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。