CN111215755B - 一种采用激光退除纸张墨迹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用激光退除纸张墨迹的方法，按如下步骤进行：步骤一、墨迹的区域划分，是将纸张表面的墨迹分为黑色墨迹区域与非黑色墨迹区域；步骤二、非黑色墨迹区域的打印覆盖，是采用打印机对非黑色墨迹区域进行打印，覆盖一层黑色墨迹；步骤三、墨迹的激光退除，是利用脉冲激光器射出的激光束辐照到纸张表面，并设置脉冲激光器的各项工作参数，规划激光光斑于纸张表面各墨迹区域的对应扫描路径，使激光光斑在纸张表面的各墨迹区域分别沿着对应的扫描路径依次扫描填充，并重复扫描N次，直至退除纸张表面所有墨迹区域的墨迹。本发明利用激光的高能量密度与低热效应实现纸张墨迹的烧蚀去除，以实现纸张的回收再利用。

Description

一种采用激光退除纸张墨迹的方法

技术领域

本发明涉及纸张回收利用领域，更具体地说是一种采用激光退除纸张墨迹的方法。

背景技术

印刷纸是人们生活中最常用的记录信息的载体。随着现代化的发展，数字印刷技术的出现使得印刷纸张的使用量越来越大。造纸工业属于传统工业，印刷纸是传播与保存文化、信息知识的重要载体，在生活与办公中不可或缺。

根据《中国造纸工业2018年度报告》，在2018年，纸及纸板生产量为10435万吨，消费量10439万吨。其中，印刷纸生产量为2455万吨，消耗量为2355万吨，人均年消费量16.88千克(13.95亿人)；全国造纸消耗的纸浆总量为7201万吨，其中：木浆1147万吨，废纸浆5444万吨，非木浆610万吨。可知，纸张生产过程的原材料纸浆多数来自回收废纸，纸张的回收再利用已成为造纸趋势。

在废旧纸张的回收制浆过程中，会从使用过的废旧纸张中提取纤维，通过除去污染的成分(如墨水、胶水、订书钉等)，回收后的纤维可进行再利用造纸。这种废旧纸张回收再资源化技术相对传统采用原木材为原料的纸浆制造过程更为清洁。然而，在纸张回收过程仍存在问题：

在纸张的回收过程中，需去除废纸浆中的油墨颗粒和杂质，该过程会产生脱墨浆渣，主要由纤维、细小纤维和填料组成，一般会有10％-24％的纤维会夹杂在脱墨浆渣中，大大降低了废旧纸张的再利用率。

不管是不是回收纸浆还是原木材纸浆,要想得到白纸,在造纸过程中都必须使用氧化剂等化学试剂，而这些化工产品会污染水质。

因此，对于纸张的回收再利用，在保证再制造纸张再利用性的前提下，提高废旧纸张纤维的再利用率，减少回收过程中有害材料的引入，对减少纸张回收再利用过程的环境污染，实现造纸工业的可持续发展有重要意义。

对于一些因打印错误或需要修改而作废的已打印纸张，随意丢弃在废纸篓里不但有可能造成信息的泄露，还造成了纸张的浪费。在不粉碎纸张的情况下对纸张上的墨迹进行退除，可实现纸张的重复使用。既实现了100％的纤维再利用，又减少了纸张回收利用工序，减少了有害材料的引入。

目前存在以下方法退除废旧纸张的墨迹，但仍存在很多问题：

机械法除墨：通过机械机构将纸张的表面墨迹刮除，后将刮除墨迹扫除实现纸张的再利用。该方法可行性与实用性极低，机械刮墨机构极易造成纸张的损坏，导致纸张无法再使用。此外，采用机械直接刮掉纸张的墨迹会导致纸张表面被破坏，表面变得十分粗糙，即使添加后处理工序也难以使其光平。

化学溶剂除墨：利用配置好的表面活性剂喷洒在纸张墨迹上，然后加热处理，利用油墨的主要成分—树脂在表面活性剂的促进下能发生化学反应溶解来擦除墨迹。该方法虽能使墨迹较易去除，但仍引入了化学试剂的使用，造成环境污染。此外，化学试剂同样会渗入纸张，造成纸张纤维损伤，使纸张的再利用性能变差，使纸张易开裂。

以上两种方法，除其特有的问题外，还存在共同的弊端，使其难以进行实际应用：

墨迹去除效率低：印刷纸张很薄，比表面积极大，除墨回收需批量处理。两种方法中，纸张墨迹去除都需进行擦拭去除，物理擦除难以控制质量且处理效率低下，难以高速批量处理废旧纸张。

无法对纸张上含有墨迹的区域进行指定去除，除墨时对未含墨迹的纸张区域造成了损伤，纸张的再利用性变差。

激光除墨法采用高能量密度的激光对纸张表面的墨迹加热气化去除。黑色墨迹可吸收所有波长的光束，因此对于黑色字迹可有效去除。然而，由于有色墨迹(如红色与黄色)会使光束会反射，能量会造成损失，激光难以完全有效的除去有色墨迹，处理后仍会在纸张上留下淡淡的墨印，多次激光扫描无法解决此问题且可能造成纸张的表面损伤，影响回收纸张的再利用。在一张彩印印刷纸上，往往不会仅存一种单一色彩，如何采用激光高效退除彩印印刷纸上的墨迹对于彩印印刷纸的重新利用有重要意义。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明提出一种采用激光退除纸张墨迹的方法，利用激光的高能量密度与低热效应实现纸张墨迹的烧蚀去除，以实现纸张的回收再利用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用激光退除纸张墨迹的方法，按如下步骤进行：

步骤一、墨迹的区域划分

将纸张表面的墨迹按照黑色/非黑色进行区域划分，分为黑色墨迹区域与非黑色墨迹区域；

步骤二、非黑色墨迹区域的打印覆盖

采用打印机对非黑色墨迹区域进行打印，覆盖一层黑色墨迹；

步骤三、墨迹的激光退除

1)利用脉冲激光器作为激光束发射源，利用激光扫描振镜系统使脉冲激光器射出的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，调整激光扫描场镜与纸张表面之间的距离，使脉冲激光器射出的激光束在透过激光扫描场镜后辐照到纸张表面的激光光斑大小至预设尺寸；

2)设置脉冲激光器的工作参数为设定值，所述工作参数包括激光束波长、激光功率、激光脉冲宽度、激光脉冲重复频率与激光扫描速度；

3)规划激光光斑于纸张表面各墨迹区域的对应扫描路径；

4)启动脉冲激光器，发出的激光束由激光扫描振镜系统控制，使激光光斑在纸张表面的各墨迹区域分别沿着对应的扫描路径依次扫描填充，并重复扫描N次，直至退除纸张表面所有墨迹区域的墨迹。

步骤一中：对纸张表面墨迹的区域划分，是以墨迹的轮廓为边界，将边界内区域作为相应的墨迹区域。

步骤一中：对纸张表面墨迹的区域划分，是按照墨迹所占长宽划分形成呈矩形的墨迹区域，矩形的长宽与纸张边界平行。

步骤三中：设置所述脉冲激光器的激光功率为4-20W，激光脉冲宽度为90-130ns，激光脉冲重复频率为20-80kHz，以波长为1064nm或532nm或355nm的激光束射出，辐照到纸张表面，形成直径为20-100μm的激光光斑；

激光光斑在各墨迹区域的扫描路径是从墨迹区域任意一处边界开始，呈S型递进或Z型递进形成，并以墨迹区域轮廓为界限，递进填充整个墨迹区域，单次递进的距离为0.01-0.2mm；

激光光斑在纸张表面的各墨迹区域是沿着对应的扫描路径以1000-10000mm/s匀速进行扫描，填充所在墨迹区域，扫描次数为1-5次。

所述纸张为新闻纸、未涂布印刷书写纸、涂布印刷纸、涂布白纸板中的一种，纸张颜色为白色。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、在本发明中，采用黑色墨迹再次打印覆盖彩色墨迹，避免彩色墨迹区域对激光能量的反射，使彩色墨迹区域的墨迹得到有效烧蚀去除，解决了由于彩色墨迹对激光的反射引起的墨迹无法有效吸收激光能量，导致激光无法完全去除纸张彩色墨迹的难题，开创了一种可对纸张各种颜色墨迹进行退除效果无差别除墨的打印纸张的回收再利用方法；

2、在本发明中，采用激光对纸张墨迹进行退除，激光扫描速度快，除墨速度快，可达20cm²/s，即，对一张A4纸张(210mm×297mm)，仅需31秒即可完成全幅面的墨迹退印。解决了纸张退除墨迹效率低而导致的难以高速批量回收纸张的难题；

3、在本发明中，采用激光对纸张墨迹进行退除，对纸张表面损伤小，对不含墨迹的白色表面，由于白色对所有波长的光的反射，激光对无墨迹的原纸面无损伤；而对于黑色覆盖墨迹区域，由于黑色对激光无反射，可吸收所有激光能量，且激光具有高功率密度与低热影响，在本发明中的工艺参数下，仅会对墨迹进行烧蚀，既不会对纸张内部结构进行烧蚀损伤，又可有效去除纸张表面墨迹，解决了在纸张退除墨迹过程中纸张极易受损的问题；

4、在本发明中，在激光退除纸张墨迹过程中，纸张表面墨迹会被激光烧蚀气化，避免了纸张在墨迹去除后还需进行墨迹的残渣处理。同时，回收过程中仅消耗电能触发激光器产生激光，无化学试剂的引入，对环境的污染低。

附图说明

图1是本发明的工作示意图；

图2是按照墨迹所占长宽划分形成呈矩形的墨迹区域的示意图；

图3是对图2中非黑色墨迹区域进行打印覆盖后的示意图；

图4是在图3的基础上规划形成的激光光斑扫描路径与纸张墨迹退除示意图；

图5是以墨迹的轮廓为边界划分形成墨迹区域的示意图；

图6是在图5的基础上规划形成的激光光斑扫描路径示意图。

图中，1纸张；2激光扫描振镜系统；21摆动电机X；22脉冲激光器；23扫描振镜X；24扫描振镜Y；25摆动电机Y；3激光束；4激光扫描场镜；5墨迹区域。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1至图6，本发明实施例的采用激光退除纸张墨迹的方法是按如下步骤进行：

步骤一、墨迹的区域划分

将纸张1表面的墨迹按照黑色/非黑色进行区域划分，分为黑色墨迹区域与非黑色墨迹区域；

步骤二、非黑色墨迹区域的打印覆盖

采用打印机对非黑色墨迹区域进行打印，覆盖一层黑色墨迹；

步骤三、墨迹的激光退除

1)利用脉冲激光器22作为激光束3发射源，利用激光扫描振镜系统2使脉冲激光器射出的激光束3发生偏转后射入激光扫描场镜4，调整激光扫描场镜4与纸张1表面之间的距离，使脉冲激光器22射出的激光束3在透过激光扫描场镜4后辐照到纸张1表面的激光光斑大小至预设尺寸；

2)设置脉冲激光器22的工作参数为设定值，工作参数包括激光束3波长、激光功率、激光脉冲宽度、激光脉冲重复频率与激光扫描速度；

3)规划激光光斑于纸张1表面各墨迹区域的对应扫描路径；

4)启动脉冲激光器22，发出的激光束3由激光扫描振镜系统2控制，使激光光斑在纸张1表面的各墨迹区域分别沿着对应的扫描路径依次扫描填充，并重复扫描N次，直至退除纸张1表面所有墨迹区域的墨迹。

本发明实施例在具体实施时：

对墨迹区域5的划分可采用以下两种方式中的一种：

方式一：对纸张1表面墨迹的区域划分，是以墨迹的轮廓为边界，将边界内区域作为相应的墨迹区域。

方式二：对纸张1表面墨迹的区域划分，是按照墨迹所占长宽划分形成呈矩形的墨迹区域，矩形的长宽与纸张1边界平行。

步骤三中：

设置脉冲激光器22的激光功率为4-20W，激光脉冲宽度为90-130ns，激光脉冲重复频率为20-80kHz，以波长为1064nm或532nm或355nm的激光束3射出，辐照到纸张1表面，形成直径为20-100μm的激光光斑；

激光光斑在各墨迹区域4的扫描路径是从墨迹区域4任意一处边界开始，呈S型递进或Z型递进形成，并以墨迹区域4轮廓为界限，递进填充整个墨迹区域4，单次递进的距离为0.01-0.2mm；

激光光斑在纸张1表面的各墨迹区域是沿着对应的扫描路径以1000-10000mm/s匀速进行扫描，填充所在墨迹区域，扫描次数为1-5次。

上述所用纸张1为新闻纸、未涂布印刷书写纸、涂布印刷纸、涂布白纸板中的一种，纸张1颜色为白色。

实施例1：

本实施例以带有各种颜色墨迹的涂布印刷纸为例，对采用激光退除纸张墨迹的方法进行举例说明，具体实施是按如下步骤进行：

步骤一、墨迹的区域划分

将涂布印刷纸上的各墨迹分别按照所占长宽划分形成呈矩形的各墨迹区域，矩形的长宽与纸张边界平行；

按照黑色/非黑色对各矩形墨迹区域进行分类，分为黑色墨迹区域与非黑色墨迹区域；

步骤二、非黑色墨迹区域的打印覆盖

采用打印机对非黑色墨迹区域进行打印，覆盖一层墨迹，所覆盖墨迹的颜色为黑色；

步骤三、墨迹的激光退除

利用脉冲激光器作为激光束发射源，利用激光扫描振镜系统使脉冲激光器射出的波长为1064nm、脉冲宽度为90ns的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，在透过激光扫描场镜后辐照至纸张表面的墨迹区域，调整激光扫描场镜与纸张表面的距离，使纸张表面的激光光斑直径为20μm；

设置脉冲激光器的激光扫描速度为1000mm/s，激光功率为4W，激光脉冲重复频率为20kHz；按S型递进规划形成激光光斑在各墨迹区域内的扫描路径，并设置单次递进距离为0.01mm；

利用扫描振镜系统控制激光光斑对纸张表面的各墨迹区域沿着相应的扫描路径依次进行扫描，填充所在墨迹区域，重复扫描5次，完成对各墨迹区域墨迹的完全退除。

实施例2：

本实施例仍以带有各种颜色墨迹的涂布印刷纸为例，对采用激光退除纸张墨迹的方法进行举例说明，具体实施是按如下步骤进行：

步骤一、墨迹的区域划分

将涂布印刷纸上的各墨迹分别按照所占长宽划分形成呈矩形的各墨迹区域，矩形的长宽与纸张边界平行；

按照黑色/非黑色对各矩形墨迹区域进行分类，分为黑色墨迹区域与非黑色墨迹区域；

步骤二、非黑色墨迹区域的打印覆盖

采用打印机对非黑色墨迹区域进行打印，覆盖一层墨迹，所覆盖墨迹的颜色为棕色；

步骤三、墨迹的激光退除

利用脉冲激光器作为激光束发射源，利用激光扫描振镜系统使脉冲激光器射出的波长为532nm、脉冲宽度为130ns的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，在透过激光扫描场镜后辐照至纸张表面的墨迹区域，调整激光扫描场镜与纸张表面的距离，使纸张表面的激光光斑直径为100μm；

设置脉冲激光器的激光扫描速度为10000mm/s，激光功率为20W，激光脉冲重复频率为80kHz；按S型递进规划形成激光光斑在各墨迹区域内的扫描路径，并设置单次递进距离为0.2mm；

利用扫描振镜系统控制激光光斑对纸张表面的各墨迹区域沿着相应的扫描路径依次进行扫描，填充所在墨迹区域，扫描1次，完成对各墨迹区域墨迹的完全退除。

实施例3：

本实施例仍以带有各种颜色墨迹的涂布印刷纸为例，对采用激光退除纸张墨迹的方法进行举例说明，具体实施是按如下步骤进行：

步骤一、墨迹的区域划分

将涂布印刷纸上的各墨迹分别以墨迹的轮廓为边界进行区域划分，将边界内区域作为相应的墨迹区域；

按照黑色/非黑色对各墨迹区域进行分类，分为黑色墨迹区域与非黑色墨迹区域；

步骤二、非黑色墨迹区域的打印覆盖

采用打印机对非黑色墨迹区域进行打印，覆盖一层墨迹，所覆盖墨迹的颜色为红棕色；

步骤三、墨迹的激光退除

利用脉冲激光器作为激光束发射源，利用激光扫描振镜系统使脉冲激光器射出的波长为355nm、脉冲宽度为110ns的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，在透过激光扫描场镜后辐照至纸张表面的墨迹区域，调整激光扫描场镜与纸张表面的距离，使纸张表面的激光光斑直径为60μm；

设置脉冲激光器的激光扫描速度为5000mm/s，激光功率为10W，激光脉冲重复频率为60kHz；按Z型递进规划形成激光光斑在各墨迹区域内的扫描路径，并设置单次递进距离为0.1mm；

利用扫描振镜系统控制激光光斑对纸张表面的各墨迹区域沿着相应的扫描路径依次进行扫描，填充所在墨迹区域，重复扫描2次，完成对各墨迹区域墨迹的完全退除。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种采用激光退除纸张墨迹的方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤一、墨迹的区域划分

将纸张表面的墨迹按照黑色/非黑色进行区域划分，分为黑色墨迹区域与非黑色墨迹区域；

步骤二、非黑色墨迹区域的打印覆盖

采用打印机对非黑色墨迹区域进行打印，覆盖一层黑色墨迹；

步骤三、墨迹的激光退除

1)利用脉冲激光器作为激光束发射源，利用激光扫描振镜系统使脉冲激光器射出的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，调整激光扫描场镜与纸张表面之间的距离，使脉冲激光器射出的激光束在透过激光扫描场镜后辐照到纸张表面的激光光斑大小至预设尺寸；

2)设置脉冲激光器的工作参数为设定值，所述工作参数包括激光束波长、激光功率、激光脉冲宽度、激光脉冲重复频率与激光扫描速度；

3)规划激光光斑于纸张表面各墨迹区域的对应扫描路径；

4)启动脉冲激光器，发出的激光束由激光扫描振镜系统控制，使激光光斑在纸张表面的各墨迹区域分别沿着对应的扫描路径依次扫描填充，并重复扫描N次，直至退除纸张表面所有墨迹区域的墨迹。

2.根据权利要求1所述的采用激光退除纸张墨迹的方法，其特征是步骤一中：对纸张表面墨迹的区域划分，是以墨迹的轮廓为边界，将边界内区域作为相应的墨迹区域。

3.根据权利要求1所述的采用激光退除纸张墨迹的方法，其特征是步骤一中：对纸张表面墨迹的区域划分，是按照墨迹所占长宽划分形成呈矩形的墨迹区域，矩形的长宽与纸张边界平行。

4.根据权利要求1所述的采用激光退除纸张墨迹的方法，其特征是步骤三中：

设置所述脉冲激光器的激光功率为4-20W，激光脉冲宽度为90-130ns，激光脉冲重复频率为20-80kHz，以波长为1064nm或532nm或355nm的激光束射出，辐照到纸张表面，形成直径为20-100μm的激光光斑；

激光光斑在各墨迹区域的扫描路径是从墨迹区域任意一处边界开始，呈S型递进或Z型递进形成，并以墨迹区域轮廓为界限，递进填充整个墨迹区域，单次递进的距离为0.01-0.2mm；

激光光斑在纸张表面的各墨迹区域是沿着对应的扫描路径以1000-10000mm/s匀速进行扫描，填充所在墨迹区域，扫描次数为1-5次。

5.根据权利要求1所述的采用激光退除纸张墨迹的方法，其特征是：所述纸张为新闻纸、未涂布印刷书写纸、涂布印刷纸、涂布白纸板中的一种，纸张颜色为白色。

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