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表面活性剂在造纸工业中的应用和发展(中)

1.2.4 柔软剂

柔软性是对纤维而言的,表面活性剂能在纤维表面形成疏水基向外的反向吸附,降低纤维物质的动、静摩擦系数,从而获得平滑柔软按 输出报表 按钮将实验结果输出到Word文档并打印的手感。阴离子表面活性剂中的硫酸酯、磺化蓖麻油等,当吸附在纤维表面时会显示其柔软的效果。阳离子表面性活剂中的阳离子基可以直接与带负电荷的纤维结合,疏水基在纤维外侧形成低能表面,其柔软效果特别好。如脂肪酸双酰胺环氧氮丙烷主要用于柔软性要求高的纸张,如卫生纸、皱纹纸、卫生巾、手帕、餐巾纸等。

两性离子表面活性剂适应范围较广,其阳离子基可与纤维结合,阴离子基则可通过纸浆中的聚电解质或铝离子与纤维结合,同样可使疏水基排列向外,使表面能大大降低,如1-(胺乙基)-2-十七烷基咪唑啉羧酸衍生物就是这一类表面活性剂。另外阳离子及气凝胶绝热板两性表面活性剂均具有抑菌性和杀菌能力,可以有效地防止纸的发霉。有机硅表面活性剂属于特种表面活性剂,作为柔软剂使用的主要是阳离子有机硅季铵盐型。1967香,有阴离子分散松香胶!阳离子分散松香胶等。分散松香胶乳化剂和分散剂均为表面活性剂,选择好表面活性剂是制备分散松香胶的关键,常用的有阴离子型、阳离子型及两性离子型等。我国目前用量最大的是阴离子分散松香胶,常用的乳化剂为聚氧乙烯型,如脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、2-对苯二酚-3-(连苯乙烯酚二聚氧乙烯)丙烯磺酸钠、2-羟-3-(壬基苯氧基聚氧乙烯)丙烯磺酸钠等。有的采用阳离子聚丙烯酰胺、聚酰胺聚胺表氯醇、阳离子淀粉等作为阳离子乳化剂制备出阳离子分散松香胶。

合成类施胶剂,主要有烷基烯酮二聚体(alkyketenedimmer)简称AKD和烯基琥珀酸酐(alkenysuccinicanhydride)简称ASA。这两类施胶剂由于均含有活性基团,可以与纤维的羟基起反应而保留在纤维上,故也称反应性施胶剂。由于这类施胶剂可容纳较高的pH条件(pH=7.5~8.5),可以使用廉价的碳酸钙作填料,提高纸张的强度、白度,改善抄造性能而受到造纸行业的欢迎。目前发达国家50%以上的高档纸已实现中、碱性抄造。我国从1989年开始引进中性抄纸化学品及技术,现已逐步国产化并在高档纸中迅速普及,AKD、ASA本身不溶于水,需用乳化剂配成乳液,常用AKD乳化剂有高级脂肪酸和高纸脂肪醇组成的酯类化合物及用阳离子淀粉、特殊改性阳离子脂肪酰胺或胺类化合物;碳原子数9~换句话说32的脂肪族单羧酸、4~10脂肪族二羧酸或其他羧酸(羊毛脂等)与聚烷撑胺及单卤化烃反应得到的阳离子聚合物;二元醇高级脂肪酸酯及碳原子数为8~18的高级醇或脂肪酸聚氧乙烯辛基酚或壬基酚及阳离子聚胺化合物;脂肪酸蔗糖酯(单酯、双酯或三酯混合物);及某些阴离子表面活性剂如萘磺酸钠)甲醛缩合物、木素磺酸钠等。

1.2.2 树脂控制剂

经过制浆处理后的纸浆在漂白过程中会析出残余的树脂,如不及时分离会形成黏性淤积物,粘附于设备、纸机铜、毛布及烘缸上,造成造纸障碍,影响正常抄纸,还会产生纸病。另外在废纸大量采用的今天,废纸中的胶粘剂、油墨粘连料、涂布粘合剂等树脂性物质同样会产生树脂障碍影响抄造。因此,对树脂障碍控制剂的研究与开发已越来越重要。据报道,全球造纸树脂及沉积物障碍控制剂的销售额达3.1亿美元。常用的树脂障碍控制剂有无机填料(如滑石粉等)、杀菌剂、表面活性剂、螯合剂、阳离子聚合物、脂肪研究者首次发现巨大芽孢杆菌可产生PHB酶及膜分离剂等,而最常用的是表面活性剂。阴离子表面活性剂是目前应用最为广泛的表面活性剂,它有高级醇硫酸盐、烷基苯磺酸及高级醇、磷酸酯等。阳离子表面活性剂主要为烷基胺盐或季铵盐。非离子表面活性剂主要有聚乙二醇型与多元醇等。另外,还有两性表面活性剂及各种多元复合物。剥离剂也是一种树脂控制剂,用来控制烘缸与纸页间的黏着力,润滑刮刀、烘缸,控制黏合剂分布等。主要有聚酰胺类聚合物乳液,如聚乙烯醇乳液、矿物油及表面活性剂配合喷涂有机硅乳液和聚胺聚酰胺类阳离子聚合物等。

1.2.3 消泡剂

造纸原料由于含胶质物、皂类物质,在蒸煮、洗选、漂白、打浆等过程中,容易起泡,产生不良后果制浆工段若严重起泡会直接干扰、降低洗涤效果;抄纸工段中起泡会引起短纸、斑点等问题;涂布中涂料起泡,使涂布加工纸上出现无涂料的斑痕(称为鱼眼)而影响印刷质量;抄纸白水若起泡严重,则须排放、再补充新水,造成纤维损失及污染等问题;污水泡层会影响污水与空气的接触,防碍充氧,影响污水生化处理。复合消泡剂的主要活性组分是高碳醇类、聚醚类、酰胺类、脂肪酸酯、有机硅高分子等,一般配成油包水型乳液。对制浆部分的泡沫一般选用亚乙基双硬脂酰胺和疏水有机硅;造纸部分的泡沫一般选用聚乙二醇和脂肪醇衍生物。

1.2.4 柔软剂

柔软性是对纤维而言的,表面活性剂能在纤维表面形成疏水基向外的反向吸附,降低纤维物质的动、静摩擦系数,从而获得平滑柔软的手感。阴离子表面活性剂中的硫酸酯、磺化蓖麻油等,当吸附在纤维表面时会显示其柔软的效果。

阳离子表面性活剂中的阳离子基可以直接与带负电荷的纤维结合,疏水基在纤维外侧形成低能表面,其柔软效果特别好。如脂肪酸双酰胺环氧氮丙烷主要用于柔软性要求高的纸张,如卫生纸、皱纹纸、卫生巾、手帕、餐巾纸等。

两性离子表面活性剂适应范围较广,其阳离子基可与纤维结合,阴离子基则可通过纸浆中的聚电解质或铝离子与纤维结合,同样可使疏水基排列向外,使表面能大大降低,如1-(胺乙基)-2-十七烷基咪唑啉羧酸衍生物就是这一类表面活性剂。另外阳离子及两性表面活性剂均具有抑菌性和杀菌能力,可以有效地防止纸的发霉。

有机硅表面活性剂属于特种表面活性剂,作为柔软剂使用的主要是阳离子有机硅季铵盐型。1967年美国道康公司第一个申请专利,研制出有机硅季铵盐,商品名为DC-5700。其他柔软剂有硬脂酸聚氧乙烯酯、聚氧化乙烯、羊毛脂、乳化蜡等品种也不少。

1.2.5 抗静电剂

在特殊加工纸生产中有时会遇到抗静电问题,用表面活性剂处理液可产生亲水性外表面,即作为抗静电剂的表面活性剂在材料表面形成正向吸附,疏水基的材料表面,亲水基伸向空间,纤维的离子导电性和吸湿导电性增加,产生放电现象,使表面电阻下降,从而防止静电累。作为抗静电剂使用的表面活性剂有较大的疏水基和较强的亲水基。使用量最多、性能最好的是阳离子表面活性剂,其次是两性表面活性剂。

1.2.6 纤维分散剂

纤维分散剂的主要作用是减少纤维絮凝,改进纸料成形。纤维分散剂能使纤维表面形成双分子层结构,外层分散剂极性端与水有较强的亲合力,增加被水润湿的程度,并因静电斥力而远离,达到分散的效果,常用的纤维分散剂有部分水解的聚丙烯酰胺(PAM)、聚另外还有1些随机误差影响到测试结果氧化乙烯(PEO)等,PEO具有高度的黏性,水溶性好,润滑性好等特点,在高档卫生纸中添加0.05%以下,就能取得良好的分散效果。

1.3.1 表面施胶剂

常用的表面施胶剂含有疏水基和亲水基,因此广义地说都是表面活性剂。主要的表面施胶剂有变性淀粉、聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)和聚丙烯酰胺(PAM)等。可根据不同的需要选择不同的表面施胶剂,如:提高抗水性,可用AKD分散松香、石蜡、硬脂酸氯化铬、苯乙烯马来酸酐共聚物及其他合成树脂胶乳等;提高抗油性,可加入有机氟化合物,如全氟烷基丙烯酸酯共聚物、全氟辛酸铬配合物、全氟烷基磷酸盐等;增加防粘性,可加入有机硅树脂;改善印刷性能,主要用变性淀粉、CMC!PVA等;改进干湿强度,可加入PAM变性淀粉等;提高印刷光泽度,主要用CMC、海藻酸钠等。为提高表面施胶效果,常同时采用两种或几种施胶剂,其效果非常显著。

1.3.2 涂料分散剂

分散剂是涂料中最重要的助剂,其中大多是表面活性剂,其性能是赋予颜料粒子电荷,使其相互产生斥力;覆盖于颜料粒子表面,起到保护胶体的作用;在粒子周围形成高黏度状态,防止各个粒子凝集。六偏磷酸钠、焦磷酸钠、四聚磷酸钠等是低含固量涂料中常用的分散剂。在高含固量的涂料中通常采用高分子有机分散剂,如聚丙烯酸钠溶液、聚甲基丙烯酸钠及其衍生物,二异丁烯与马来酸酐共聚物的二钠盐溶液,以及烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧同时乙烯醚等。

1.3.3 增进新材料产业发展合成树脂胶乳

合成树脂胶乳可用做制备纸张涂料用的胶粘剂,也可直接用于纸张涂布,或可调制成高浓度的涂料。其耐水耐油性高,可提高纸张的干、湿强度,降低纸张的变形性;可改善纸的外观;提高纸张适应性。在合成胶乳制备过程中,表面活性剂作为乳化剂、分散剂、稳定剂等起着重要作用。常用的表面活性剂作为乳液聚合乳化剂的有十二烷基苯磺酸钠十二烷基硫酸钠、烷基萘磺酸盐、烷基萘甲醛缩合物、油酸铵、木素磺酸盐、磺基琥珀酸二辛酯钠、烷基酚聚氧乙烯醚及其硫酸酯钠、脂肪醇聚氧乙烯醚及其硫酸酯钠等。

1.4 其他涂布助剂

消泡剂:涂料制备及涂布过程中往往会产生泡需要添加消泡剂。主要有高级醇类、脂肪酸酯类及磷酸三丁酯、磷酸三丙酯等。

润滑剂:为了改进纸张涂料的流动性和润滑性并增进粘合性,赋予纸张涂层以平滑和光泽,增加可塑性,防止龟裂,改善涂布纸的印刷适应性等,可加人润滑剂。目前使用最广泛的润滑剂是以硬脂酸钙为代表的水溶性金属皂类表面活性剂,硬脂酸钠类水溶液润滑剂作用也很明显,石蜡族烃类、脂肪酸胺也可作为润滑剂。

防腐剂:某些天然胶粘剂易降解和发霉,故纸张涂料中要添加防腐剂。季铵盐类阳离子表面活性剂,含氟环状化合物、有机溴及有机硫化合物、N-(2-苯并咪唑基)-氨基甲酸酯(多菌灵)等都已广泛用于纸张涂料中。

抗静电剂:通过在涂料配方中添加十八烷基三甲基氟化铵、聚氧乙烯失水山梨醇酯、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸盐、聚苯乙烯磺酸盐等可赋予纸张抗静电性能。

1.5 在其他方面的应用

1.5.1 毛毯清选剂

纸机在生产过程中,毛毯往往容易粘