2020-06-16
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 ®都表現優良
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械分離。紙漿是造紙行業重要的原材料。典型的光學顯微鏡下的植物纖維見圖1。
圖1：紙漿中典型纖維的光學圖像(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，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。被破壞的物質比如木質素磺酸鹽，會在造紙機械的水體系中和昂貴的帶陽離子固定或者保留液作用，從而產生沉淀（凝聚）。
Zeta電位的測試可以提供一個有效的分析數據，可以更好地洞悉和理解纖維加工完成后復雜的膠體機理。
表征的技術
圖2：Particle Metrix顆粒表征系統
Stabino II ®是流動zeta電勢滴定系統，來自德國膠體公司（Colloild Metrix GmbH），可以提供快速電信號響應，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。因為它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，此款儀器來自于德國PMX公司（Particle Metrix GmbH）。
Stabino II ®顆粒電位滴定系統和Zetaview®顆粒跟蹤系統(PTA)都是設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，德國某公司的某型號電位儀也被用來測試zeta電位。該系統的zeta電位測試的是懸浮在水中的固體材料的表面電荷，相應的zeta電位測試是基于樣品材料自動柱塞運動所形成的流動電勢。這些測試由Wolfgang Bauer教授的團隊，在Graz University of Technology的造紙紙漿和纖維技術學院完成。
樣品介紹
樣品1：軟木漂白牛皮紙漿(細)，primary fines
樣品2：軟木漂白牛皮紙漿(細)，primary fines，陽離子共價改性
樣品3：軟木未漂白牛皮紙漿(細) primary fines 1
樣品4：PGW細的未漂白的
樣品5：PGW細的未漂白的，陽離子共價改性
樣品6：軟木未漂白牛皮紙漿(細)，primary fines 2
樣品7：Hardwood (Euka)漂白牛皮紙漿(細)，primary + secondary fines
備注：硫酸鹽制漿法是一種將木材轉化成木質紙漿的工藝，幾乎包含了所有純纖維素纖維。
結果
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電位結果。
圖3：Stabino II ®的測試結果，樣品1（紅色）和樣品5（藍色），樣品稀釋1：10
對于顆粒跟蹤系統（PTA）－Zetaview®（PTA-ZP），樣品都用去離子水稀釋1000倍，用來調節樣品的濃度。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（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®和某型號的測試結果總覽
圖5：Stabino II ®，Zetaview® 和某型號的測試結果的對比
Stabino II ®和Zetaview® 的結果顯示出較小的差異。總的來說，結果都顯示了比較好的一致性。通過Stabino II ®，還可以進行聚電解質，PH和電導率滴定。
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(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
結論
三種儀器間的zeta電位測試結果的對比很好。Stabino II ®和 某型號都有在原始濃度下測試的可能性。Stabino II ®的突出優點也是顯而易見的。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，PH和鹽溶液的自動滴定。
Stabino II ®是通用的多參數電位滴定系統。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學院的Wolfgang Bauer and Mrs Mayr教授，為我們提供了樣品以及某型號的測試。
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