原子力显微镜（AFM）胶体探针技术测量油墨之间摩擦力

在回收的废纸中，关系到最终白度的最重要的一步是脱墨。在制浆期间，纤维被剪切和化学处理，剪切以及表面活性剂的加入有助于油墨的去除。有些人尝试测量在碎浆机中摩擦力如何影响纸浆的脱墨。剪切因子，也就是牛顿流体的粘度，需要相同功率所消耗的纸浆悬浮液，其中的能源总量应该是摩擦力所消耗，用于表征在碎浆机中的摩擦的效果，结果表明，较低的剪切因子，得到较少的油墨颗粒和较慢的油墨再沉积。

常用的表面活性剂是脂肪酸类捕收剂和非离子表面活性剂。为了更好地了解纤维素和油墨之间的相互作用，可以用原子力显微镜（AFM）胶体探针技术测量纤维素与油墨、纤维素与纤维素之间的摩擦力。胶体探针技术在十几年前被开发出来，直到若干年后，当拉特兰等研究在KBr水溶液中两个纤维素表面间作用力时，在AFM中使用了纤维素珠才产生了第一份报告。

结果表明，摩擦是从纤维素纤维中去除油墨的一个重要因素。本实验使用了模型墨，纤维素和云母三种不同的表面。纤维素是球形的，而另外两个是平直的。模型墨表面是由能印刷油墨的醇酸树脂制备的。醇酸树脂（亚麻籽油基，SetalinV496，阿克苏诺贝尔树脂）混合5%（重量）的钴催干剂（OctaSoligenR141Z，BORCHERS），和新鲜裂解的云母粘到AFM存根表面，在烘箱中于70℃下15分钟，从而快速硬化得到一个平滑的表面。

在显微镜下，把纤维素球粘结到新鲜的云母片上。醇酸树脂、云母和纤维素球的表面粗糙度由AFM成像测定。醇酸树脂和云母的表面非常光滑，粗糙度（rms）的均方根约1.2和0.6纳米（测量扫描尺寸为10μm），而纤维素具有相当高的均方根，值在17和25nm之间（扫描测量尺寸为3μm）。2.3方法MultiMode的纳米级AFM微力扫描器与胶体探头技术被用来测量的横向力和摩擦力。纤维素球体被用来作为胶体探针。纤维素球是由结晶度在5-35%之间II型纤维素通过粘胶制备的。纤维素球在水中会润胀，但这种润胀是很难监测，因为纤维素折射率会变得接近水。然而，我们估计约20%，这也是已知的润胀。在xyz显微操作器和光显微镜（Nikon）下，半径为14-20微米（分别测定在百分之几内）的纤维素球与双组分环氧树脂（AralditRapid，Casco）粘结，制作成一个无针尖单一梁悬臂（长130微米，宽35微米）。在反射侧涂有铬和金的悬臂（MicroMasch，西班牙）能更好的把激光束反射到检测器中。

为了把AFM中的电压信号转化成牛顿力，就必须校准悬臂的弹簧常数（扭转及正常的常数）。用增加重量的方法进行校正。使用这种方法，在悬臂被校准的同时可以测量谐振频率（ν），之后，钨球由少量软膏连接到悬臂的端部，再次测量新的谐振频率。由附加质量与（2πν）-2绘制出一个线性图，其中的斜率就是弹簧常数（k）。扭转校准是用Feiler先生等人所描述的方法进行。其中，玻璃纤维与热敏感树脂（Epicot）被粘在悬臂的端部并且在玻璃纤维与表面接触时悬臂就可以进行测量。摩擦校准因子（γ）的计算方法为γ=kLα?Vvert/?Vlat，其中a的偏转灵敏度，L是在玻璃纤维的长度，?Vvert和?Vlat是在纵向和横向的电压信号的变化。摩擦校准因数也可以对粘倒置在光滑表面上的第二悬臂的前端测量，例如云母或二氧化硅晶片。悬臂的扭曲就可以测量。扭转的校准是在水中进行，使用的是流体单元。这两种方法之间的扭转校准系数得出了一致的结果。每次测量之前，漂洗约8毫升流体单元（体积0.1毫升），并至少平衡60分钟，（没有表面活性剂的只平衡30分钟）。在浓度下，先收集正常力曲线，然后在横向模式下，测定摩擦力。在醇酸纤维素系统中，唯一能检测到变化的表面力是一个小的双层力减少。

在云母纤维素和纤维素的纤维素系统中，表面活性剂的浓度的变化没有引起表面力的变化。然而，醇酸树脂和云母表面的横向摩擦力却有一个戏剧性的变化，当两个表面活性剂的浓度增加时，摩擦系数大大的减少。由于在对称的情况下，纤维素的吸附现象无论从力曲线或摩擦测量都没有观察到。因此，我们得出结论为两个其他情况下，系统的摩擦减少，必须分别与吸附的醇酸树脂和云母表面有关。由于施加的压力通常足以挤出吸附膜，它就会出现吸附周围的接触区的材料从而影响摩擦特性。然后，如果周围的接触区被认为是环形空间，那么由于聚集体的表面上吸附的存在，在环隙区域的局部浓度远高于散装。滑动时，因为包含在这个环形带的材料被吸入到的接触区，且粘度必然是相当大的，因此它必须比散装反映的局部的体积分数更大。