造紙工業(yè)中表面活性劑的應(yīng)用

韓 敏

（西安文理學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類對(duì)紙張的需求,造紙化學(xué)品在造紙工業(yè)上的應(yīng)用日益廣泛,其使用也越來(lái)越受到造紙工作者的重視。表面活性劑是造紙化學(xué)品的重要組成部分，由于其結(jié)構(gòu)和組成不同分別具有潤(rùn)濕、滲透、乳化、分散、破乳、發(fā)泡、消泡等功效。表面活性劑是造紙化學(xué)品的重要組成部分，寬泛應(yīng)用于制漿、濕部、施膠、涂布及廢水加工等工序。

1 在制漿中的應(yīng)用

造紙用纖維原料主要來(lái)自于木漿、非木材纖維漿以及再生纖維漿,木漿和非木材纖維漿又可分為機(jī)磨漿和化漿,表面活性劑在化漿中主要用作蒸煮助劑,在再生纖維漿中主要用作廢紙脫墨劑。

1.1 蒸煮助劑

在蒸煮液中加入表面活性劑,可以促進(jìn)蒸煮液在纖維原料中的滲透,縮短藥液滲入到植物纖維原料內(nèi)部的時(shí)間,從而加速了脫木素和樹(shù)脂抽提過(guò)程,同時(shí)還可以適當(dāng)減少蒸煮藥液的用量[1]。這類表面活性劑具有較好的潤(rùn)濕性能,其親水疏水平衡值（hydrophile-lipophilebalancenumber,HLB）一般為7～9，如快速滲透劑T(磺基琥珀酸雙異辛脂單鈉鹽)、滲透劑JFC等。表面活性劑應(yīng)用為蒸煮助劑還可以增進(jìn)蒸煮液對(duì)木材或非木材中木素和樹(shù)脂的脫除，并達(dá)到分散樹(shù)脂的作用。這類表面活性劑應(yīng)有一定的耐堿性和耐高溫性。德國(guó)化學(xué)家L.hal提出的高分子表面活性劑——堿法制漿(國(guó)內(nèi)稱該表面活性劑為“綠氧”)有可能成為新一代的蒸煮助劑的代表[2]。

1.2 廢紙脫墨劑

隨著環(huán)保壓力的日益增加，為了緩解紙漿原料不足，減少環(huán)境污染，節(jié)省能源，降低成本，減少森林砍伐，廢紙的回收利用越來(lái)越引起人們的重視。

廢紙脫墨的原理是借助表面活性劑使纖維與油墨濕潤(rùn)、滲透、膨脹、乳化分散、發(fā)泡和絮凝等作用，將油墨中的植物油、松香及礦物油等除去。廢紙脫墨的工藝方法主要有：①洗滌法：突出分散功能,使油墨易于分散形成膠體而脫除。②浮選法：適度起泡,再進(jìn)行油墨捕集等。③洗滌法和浮選法兩者結(jié)合。無(wú)論哪種方法都需要使用脫墨劑。

脫墨劑通常是由表面活性劑與無(wú)機(jī)藥品或是多種表面活性劑的復(fù)配物組成。作為廢紙脫墨劑的主要表面活性劑有：①陰離子型（脂肪酸鹽、磺酸鹽、硫酸鹽、磷酸酯鹽、磺基琥珀酸酯）；②陽(yáng)離子型（胺鹽、季銨鹽）；③兩性型（甜菜堿、咪唑啉、氨基酸鹽）；④非離子型（烷氧基化物、多元醇酯、脂肪酸烷酯、烷醇酰胺、烷基糖苷）。選用何種表面活性劑視印刷品情況及脫墨工藝而定，因此嚴(yán)格地說(shuō)廢紙脫墨劑主要是一種表面活性劑系列的復(fù)合配方。

2 在造紙濕部中的應(yīng)用

表面活性劑在造紙濕部主要是作為施膠乳化劑、樹(shù)脂障礙控制劑、消泡劑、柔軟劑及抗靜電劑等的應(yīng)用。

2.1 施膠乳化劑

施膠劑主要為松香分散劑與合成施膠劑兩類，因其都含有活性基團(tuán)，可以與纖維上的羥基起反應(yīng)而保留在纖維上，故也稱為反應(yīng)性施膠劑。我國(guó)造紙施膠劑近年來(lái)發(fā)展了分散松香膠,其中包括陰離子分散松香膠、陽(yáng)離子分散松香膠等。我國(guó)目前用得最多的是陰離子分散松香膠，常用的乳化劑為聚氧乙烯型，如脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、2-羥-3-壬基苯氧基聚氧乙烯丙烯磺酸鈉等。有的采用陽(yáng)離子聚丙烯酰胺、聚酰胺聚胺表氯醇、陽(yáng)離子淀粉等作為陽(yáng)離子乳化劑制備出陽(yáng)離子分散松香膠。合成類施膠劑，主要有烷基稀酮二聚體(即AKD)和稀基琥珀酸酐(即ASA)。

2.2 樹(shù)脂障礙控制劑

據(jù)報(bào)道，全球造紙樹(shù)脂及沉積物障礙控制劑的銷售額達(dá)3.1億美元[3]。常用的樹(shù)脂障礙控制劑有無(wú)機(jī)填料(如滑石粉等)、殺菌劑、表面活性劑、螯合劑、陽(yáng)離子聚合物、脂肪酶及膜分離劑等,而最常用的是表面活性劑。陰離子表面活性劑是目前應(yīng)用最為廣泛的表面活性劑，它有高級(jí)醇硫酸鹽、烷基苯磺酸及高級(jí)醇、磷酸酯等。陽(yáng)離子表面活性劑主要為烷基銨鹽或季銨鹽。非離子表面活性劑主要有聚乙二醇型與多元醇等。另外，還有兩性表面活性劑及各種多元復(fù)合物。

2.3 消泡劑

在抄紙過(guò)程中，因?yàn)闈{中含有少量的木質(zhì)素、脂肪酸等天然和人工添加的起泡性表面活性劑，同時(shí)含有合成高分子及淀粉等穩(wěn)泡劑，所以會(huì)出現(xiàn)泡沫，引起斷紙或紙上有孔斑等問(wèn)題，抄紙用消泡劑的主要活性組分是高碳醇類、聚醚類、脂肪酸酯、有機(jī)硅高分子等，一般配成油包水型乳液。

2.4 柔軟劑

近幾年隨著人們對(duì)衛(wèi)生紙、餐巾紙及生活用紙質(zhì)量要求的提高，紙張柔軟劑的用量越來(lái)越大，新品種不斷出現(xiàn)。紙張的強(qiáng)度和剛性依賴于纖維之間的氫鍵結(jié)合。適當(dāng)?shù)叵拗苹驕p少這種分子間的氫鍵就可以使紙張變得柔軟。表面活性劑能在纖維表面形成疏水基向外的反向吸附，降低纖維物質(zhì)的動(dòng)靜摩擦系數(shù)，從而獲得平滑柔軟的手感。

在柔軟劑中有機(jī)硅表面活性和有機(jī)硅高分子的效果最佳,但原料價(jià)格較高，往往要和其他柔軟性組分配合使用以降低成本。國(guó)外產(chǎn)品有英國(guó)ICI公司的relan商品屬于脂肪酰胺類陽(yáng)離子性表面活性劑，美國(guó)杜邦化學(xué)公司的zelan商品也屬于陽(yáng)離子性表面活性劑。國(guó)內(nèi)目前主要品種有烷基咪唑啉季胺鹽、有機(jī)硅、聚氧化乙烯等，其中除聚氧化乙烯外其余基本都是用紡織品柔軟劑作為代用品使用。

2.5 抗靜電劑

在特殊加工紙生產(chǎn)中有時(shí)會(huì)遇到抗靜電問(wèn)題，用表面活性劑處理液可產(chǎn)生親水性外表面，即作為抗靜電劑的表面活性劑在材料表面形成正向吸附，疏水基的材料表面，親水基伸向空間，纖維的離子導(dǎo)電性和吸濕導(dǎo)電性增加，產(chǎn)生放電現(xiàn)象，使表面電阻下降，從而防止靜電積累。作為抗靜電劑使用的表面活性劑有較大的疏水基和較強(qiáng)的親水基，分為陽(yáng)離子型（包括季銨鹽及脂肪胺的氧化物或衍生物）、陰離子型（包括磺化脂肪酸、脂肪醇、磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯磷酸鹽）、兩性型（包括甜菜堿型、氨基酸型和咪唑啉型）和非離子型（包括聚乙二醇烷基胺、烷醇酰胺、脂肪酸聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚）。

3 在表面施膠與涂布中的應(yīng)用

3.1 在表面施膠中的應(yīng)用

表面施膠劑具有能增強(qiáng)紙張表面強(qiáng)度、改善適印性和表面抗水性等功能，近年來(lái)發(fā)展很快，特別是高分子表面活性劑的作用[4]。表面施膠劑品種很多，諸如天然改性高分子表面活性劑如改性淀粉、氧化淀粉、磷酸酯淀粉、醋酸酯淀粉、殼聚糖、羧甲基纖維素和陽(yáng)離子瓜爾膠等；合成高分子表面施膠劑如聚乙烯醇PVA、聚苯乙烯—馬來(lái)酸鹽及其半酯的共聚物SMA、聚丙烯酰胺PAM、聚氨酯、聚苯乙烯—丙烯酸及其酯類共聚物等都有廣泛的應(yīng)用。

3.2 在涂布中的應(yīng)用

涂布用涂料組成主要包括膠黏劑、顏料和其他助劑。涂料本身是一種復(fù)雜的復(fù)配物，且視具體的紙種要求、配方構(gòu)成有所不同，表面活性劑在紙張涂料的調(diào)制中起著重要作用。

分散劑:涂料中重要的助劑，其中大多數(shù)是表面活性劑。這些表面活性劑吸附于顏料粒子表面，起到保護(hù)性膠體的作用，并且賦予顏料離子電荷，使顏料粒子間產(chǎn)生斥力，在粒子周圍形成高粘度狀態(tài)，防止多個(gè)粒子凝聚。六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、四聚磷酸鈉等是低固含量涂料經(jīng)常使用的分散劑。對(duì)于高固含量的涂料，通常采用高分子有機(jī)分散劑，如聚丙烯酸鈉溶液、聚甲基丙烯酸鈉及其衍生物，二異丁烯與馬來(lái)酸酐共聚物的二鈉鹽溶液，以及烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚等，一般應(yīng)選用HLB值較高的活性劑，其用量通常在0.1%～0.3%(對(duì)顏料用量)[2]。

潤(rùn)滑劑:目前使用最廣泛的潤(rùn)滑劑是硬脂酸鈉類。水溶性潤(rùn)滑劑作用也很明顯,石蠟族烴類、脂肪酸胺也可作為潤(rùn)滑劑。

防腐劑:季胺鹽類陽(yáng)離子表面活性劑、含氟環(huán)狀化合物、有機(jī)溴及有機(jī)硫化合物、N-(2-苯丙咪唑基)-氨基甲酸酯(多菌靈)等都廣泛應(yīng)用于紙張涂料中。

合成膠乳：合成膠乳是重要的涂布膠黏劑,在合成膠乳制備過(guò)程中,表面活性劑作為乳化劑、分散劑、穩(wěn)定劑等起著重要作用。

4 在污水處理中的應(yīng)用

制漿造紙產(chǎn)生的污水量很大，是造紙工業(yè)環(huán)境保護(hù)的重要課題。污水處理方法很多，近年來(lái)使用表面活性劑作為絮凝劑取得了明顯的效果。常用的絮凝劑有月桂酸鈉、硬脂酸鈉等陰離子表面活性劑和十二烷基胺基乙酸、十八烷基三甲基氯化銨等陽(yáng)離子表面活性劑,各種離子的PAM、變性淀粉及其復(fù)配產(chǎn)品也有著引人注目的效果。陽(yáng)離子表面活性劑在廢水處理時(shí),還可起到顯著的殺菌作用。

[1]楊福廷.表面活性劑在棉漿蒸煮中的應(yīng)用[J].紙和造紙,1991(2):30-33.

[2]張?zhí)靹?表面活性劑的應(yīng)用技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2001,7.

[3]姚獻(xiàn)平,鄭麗萍.表面活性劑在造紙工業(yè)中的應(yīng)用[J].精細(xì)化工,2001,18(3):165-169.

[4]張光華,顧玲,盧鳳紀(jì).抗靜電劑的特性與選用[J].中華紙業(yè),1999(3):55-56.