|
表面活性劑在制漿造紙工業(yè)中的使用越來(lái)越受到造紙科學(xué)工作者的重視。據(jù)報(bào)道，英國(guó)表面活性劑的消費(fèi)為紙張總產(chǎn)量的0.05%左右。我國(guó)每年僅廢紙脫墨用表面活性劑就達(dá)7000t之多。這說(shuō)明表面活性劑在改善制漿造紙過(guò)程、提高紙張性能方面越來(lái)越重要。
制漿過(guò)程主要是從木材中將木素、半纖維素、樹(shù)脂、色素以及灰分等盡量地與纖維素分離開(kāi)可利用表面活性劑的分散作用和洗滌作用來(lái)達(dá)到分離雜質(zhì)、除去樹(shù)脂、分離纖維的效果。在漂白工序中添加的滲透性好的陰離子和非離子表面活性劑（一般用量為紙張產(chǎn)量的0.03%～0.05%），能獲得均一的漂白效果。在紙漿漂洗過(guò)程中加入洗滌活性物質(zhì)烷基苯磺酸鈉或壬基酚聚氧乙烯醚，能獲得良好的洗滌效果。另外在廢紙脫墨、造紙施膠、毛毯洗滌及造紙涂布涂料分散劑等方面，表面活性劑都有廣泛的應(yīng)用。
制漿造紙工業(yè)用表面活性劑
1、蒸煮滲透劑（penetrants）
表面活性劑可顯著改善潤(rùn)濕性能，對(duì)于固體表面可通過(guò)表面活性劑在表面進(jìn)行單層吸附使表面拒水、抗黏；通過(guò)多層吸附使表面更加親水。對(duì)于液體界面，表面活性劑可通過(guò)降低界面張力，增大潤(rùn)濕性，提高滲透作用，一些具有支鏈結(jié)構(gòu)或多烷基結(jié)構(gòu)的表面活性劑具有好的潤(rùn)濕性能，其HLB為7-9，如快速滲透劑T（磺基琥珀酸雙異辛酯單鈉鹽）、滲透劑JFC等，在制漿過(guò)程中利用表面活性劑的潤(rùn)濕作用，加速蒸煮助劑和其他助劑對(duì)蒸煮原料的滲透和均勻分散作用。如在蒸煮器中常加入滲透劑如磺化琥珀酸酯鹽（滲透劑T）、潤(rùn)濕劑JFC、丁基萘磺酸鈉等，由于制漿要在強(qiáng)堿性和較高的溫度下進(jìn)行，所以，較理想的蒸煮滲透劑還應(yīng)有一定的耐堿性和耐高溫性；由德國(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)稱該高分子表面活性劑為"綠氧"）有可能成為新一代的蒸煮助劑的代表。國(guó)外在該方面都有系列產(chǎn)品供應(yīng)，如瑞典Belrocell Kemi公司的Berocell.25、Berocell-272等系列產(chǎn)品，均以非離子表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚如壬基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚為主。而國(guó)內(nèi)則多以烷基苯磺酸鹽陰離子表面活性劑為主，紙廠的應(yīng)用也不普遍。我國(guó)草類(lèi)原料多，蒸煮得率低，難洗滌，目前仍然沒(méi)有針對(duì)草漿的表面活性劑型蒸煮助劑。
2、廢紙脫墨劑(deinking agent)
隨著環(huán)保壓力的日益增加，為了緩解制漿原料不足，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。利用廢紙?jiān)偕鷿{可生產(chǎn)各種紙和紙板，利用廢紙制成的再生漿具有不透明度高、纖維組織均勻、能滿足多數(shù)紙張的質(zhì)量要求、不必經(jīng)過(guò)打漿處理即可抄紙等優(yōu)點(diǎn)，而且用再生漿抄成的紙，絨毛少、平整、適用性廣。
常用的脫墨劑由表面活性劑與無(wú)機(jī)藥品組成，或是多種表面活性劑的復(fù)配物。在脫墨劑配方中常使用鉀皂、磺化油、直鏈烷基苯磺酸鈉、脂肪醇硫酸鈉、磺基琥珀酸二辛酯鈉鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯鈉鹽等陰離子表面活性劑，以及烷基酚聚氧乙烯醚脂肪醇聚氧乙烯醚、聚醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、脂肪酸聚氧乙烯酯等非離子表面活性劑；與采用氫氧化鈉或硅酸鈉的傳統(tǒng)脫墨法相比，采用表面活性劑復(fù)配物做脫墨劑具有用量少、效果好的特點(diǎn)，如瑞典的BeroceIl Kemi公司的Berocell-358和Berocell-364脫墨劑，日本的DI-225、DI-600脫墨劑以及國(guó)內(nèi)杭州化工研究所生產(chǎn)的HD-55、HD-7、HD-8脫墨劑，天津輕工業(yè)學(xué)院的525脫墨劑，天津化學(xué)研究所MT系列脫墨劑等都是由多種表面活性劑復(fù)配而成，目前隨著油墨技術(shù)的發(fā)展，廢紙的脫墨技術(shù)也有很大發(fā)展，最新的浮選法脫墨劑則以非離子表面活性劑為主，而國(guó)內(nèi)則多以洗滌法脫墨劑居多，用于浮選法脫墨的脫墨劑與國(guó)外差距較大。 (見(jiàn)下頁(yè))
3、紙張柔軟劑（softening agents）
柔軟是對(duì)纖維而言，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)、靜摩擦因素，從而獲得平滑柔軟的手感。通�？偸菍⒈砻婊钚詣┖陀蛣┮黄鸹旌鲜褂茫砻婊钚詣┛捎行Ы档屠w維物質(zhì)的靜摩擦因素，油劑則可以降低纖維物質(zhì)的動(dòng)摩擦因素。柔軟潤(rùn)滑的效果可以用靜摩擦因數(shù)和動(dòng)摩擦因數(shù)的差值來(lái)表示，差值愈小，柔軟性愈強(qiáng)。不同類(lèi)型的柔軟劑適用于不同類(lèi)型的纖維表面。紙纖維表面帶負(fù)電荷，用陽(yáng)離子或兩性離子表面活性劑的效果要好得多。柔軟劑、平滑劑的配方中除了表面活性劑外，一般要加入有機(jī)硅高分子或羊毛脂這樣的脂類(lèi)，以充分降低纖維表面能。
在柔軟劑中以有機(jī)硅表面活性劑和有機(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Velan商品屬于脂肪酚胺類(lèi)陽(yáng)離子表面活性劑，美國(guó)杜邦化學(xué)公司的Zelan商品也屬于陽(yáng)離子型表面活性劑，同時(shí)有機(jī)硅高分子表面活性劑具有很好的柔軟作用，也開(kāi)始在造紙工業(yè)中逐步應(yīng)用。國(guó)內(nèi)目前主要品種有烷基咪唑啉季銨鹽、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。
4、抗靜電劑（antistatic agents）
在特殊加工紙的生產(chǎn)中有時(shí)會(huì)遇到靜電問(wèn)題。當(dāng)用表面活性劑處理紙張后，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，疏水基朝向材料表面，親水基伸向空間，由于纖維的離子性引起導(dǎo)電性增加，產(chǎn)生放電現(xiàn)象，使表面電阻下降，從而防止了電荷積累。
作為抗靜電劑使用，一般要求表面活性劑有比較大的疏水基和比較強(qiáng)的親水基團(tuán)。一般首先選用陽(yáng)離子表面活性劑，其次是兩性表面活性劑。陰離子表面活性劑的一些品種也是優(yōu)良的抗靜電劑，如碳鏈較長(zhǎng)的烷基磺酸鹽、烷基硫酸鹽等，特別是高碳磷酸酯鹽的抗靜電性可以與陽(yáng)離子相比。相反，如果是導(dǎo)電紙，則要求加入各種導(dǎo)電性材料，其中各種離子型表面活性劑都可以作為導(dǎo)電性原料加以利用。特別是親水性表面活性劑具有較優(yōu)異的導(dǎo)電性，在這方面國(guó)內(nèi)大多采用紡織品抗靜電劑，效果差，留著率低。特別是干法造紙的纖維抗靜電問(wèn)題，國(guó)內(nèi)幾乎還是空白。
5、廢水絮凝劑（floculating agents）
制漿造紙產(chǎn)生的污水量很大，已成為各國(guó)日益重視的問(wèn)題。污水處理的辦法很多，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。 具有顯著絮凝作用的往往是一些相對(duì)分子質(zhì)量較大的表面活性劑或極性高聚物，有時(shí)亦可以是一些帶有異性電荷且能與懸浮物形成配合物的無(wú)機(jī)鹽，在廢水處理中最典型的是加入明礬達(dá)到填料和樹(shù)脂聚集的目的。但更多和更有效的是加入高分子表面活性劑，它們可以通過(guò)搭橋作用等機(jī)理使分散微粒發(fā)生凝結(jié)。實(shí)際上這在施膠、助留、助濾過(guò)程中也都有重要作用。各種離子型且具有高的相對(duì)分子質(zhì)量的聚丙烯酰胺（PAM）及淀粉接枝聚丙烯酰胺在這方面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、降黏作用。在"黑液"處理中，容易在蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生結(jié)垢，使熱效率降低，而且難以清理。采用間歇酸洗法，需停機(jī)清洗。如在制漿"黑液"堿回收工藝中使用表面活性劑做抗結(jié)垢劑，可降低"黑液"黏度，減少結(jié)垢，加速蒸發(fā)。這類(lèi)抗垢劑大多由脂肪酸聚氧乙烯酯、二乙基羥胺磷酸鹽、多聚磷酸鈉組成。高分子抗結(jié)垢劑主要是聚丙烯酸鈉、丙烯酸馬來(lái)酸酐共聚物鹽等。這類(lèi)高分子表面活性劑型抗結(jié)垢劑的相對(duì)分子質(zhì)量較低，對(duì)水中多價(jià)金屬離子具有明顯的螫合作用，可防止結(jié)垢。(見(jiàn)下頁(yè))
6、分散劑（dispersing agents）
在紙的加工過(guò)程中分散問(wèn)題很多，如涂布時(shí)涂料配方中顏料分散不均勻，導(dǎo)致涂布層過(guò)厚且不均勻；乳液松香膠又稱為高分散松香膠，膠料的分散問(wèn)題是非常關(guān)鍵的。要選擇合適的乳化劑和分散劑才能得到顆粒細(xì)膩且高度分散的膠料，分散均勻則可使其最大限度地發(fā)揮作用。因此，表面活性劑常作為分散劑或懸浮劑來(lái)使用。
對(duì)于造紙過(guò)程來(lái)說(shuō)，纖維、填料和一些助劑等都是水不溶性的，它們有在水溶液中自行聚集的趨勢(shì)；而且不同物料之間往往因不相容性而盡量遠(yuǎn)離。這樣就難以得到性能均勻、強(qiáng)度理想的紙張。加入表面活性劑、分散劑則可以使固體粒子表面形成雙分子層或雙電層結(jié)構(gòu)，外層分散劑極性端與水有較強(qiáng)親合力，增加了固體粒子被水潤(rùn)濕的程度。固體顆粒之間因靜電斥力而彼此遠(yuǎn)離，達(dá)到良好的分散效果。
表面活性劑可以使懸浮液中的固體分散粒子被液相載體充分潤(rùn)濕和均勻分散，并使體系的分離、聚集和固體微粒的沉降速度降至最低，以維持懸浮液最大的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。表面活性劑之所以能起分散作用，主要因?yàn)樗哂幸韵伦饔茫菏紫瓤梢酝ㄟ^(guò)靜電作用在親水粒子表面形成反向吸附層，增大油溶性，或是通過(guò)疏水作用在親油粒子表面形成正向吸附，增大水溶性；其次，單分子膜造成空間阻礙，阻止了分散微粒重新*近和合并；第三，加大離子型表面活性劑濃度，在反向吸附層上形成的第二層帶電吸附層會(huì)使分散粒子因電性排斥而得到分散。今后應(yīng)大力開(kāi)發(fā)高分子表面活性劑型分散劑。
7、樹(shù)脂控制劑(pitch control agent)
造紙?jiān)现谐w維素、木質(zhì)素和半纖維素這三種主要成分外，在某些木材原料中還含有少量的樹(shù)脂。樹(shù)脂中不僅含有可皂化物如樹(shù)脂酸、脂肪酸及其酯，還含有非皂化物如萜烯、高碳醇等。我國(guó)造紙?jiān)现胁轁{比重大，雜質(zhì)多，塵埃多，黏度大，難洗滌，這些物質(zhì)淤積于漿內(nèi)會(huì)嚴(yán)重影響紙頁(yè)抄造和成品質(zhì)量，故在制漿過(guò)程中應(yīng)盡量脫除。
在抄紙過(guò)程中常遇到樹(shù)脂障礙問(wèn)題，即樹(shù)脂自纖維中游離出來(lái)，凝聚成顆粒，粘附在紙機(jī)各部件上，堵塞銅網(wǎng)，污染毛毯，有時(shí)會(huì)在紙和紙板上留下黑點(diǎn)，使質(zhì)量降低。造紙中利用表面活性劑的乳化、分散、絮凝等作用來(lái)達(dá)到消除樹(shù)脂沉淀。國(guó)外用作樹(shù)脂控制劑的表面活性劑有烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚醚等，如瑞典BerocellKemi公司的Berocell-25、Berocell-72、英國(guó)ICI公司的Lissapol N、Lubrol W都是很好表面活性劑型樹(shù)脂控制劑。國(guó)內(nèi)還沒(méi)有這方面的專(zhuān)門(mén)產(chǎn)品供應(yīng)廠家。
8、毛毯清洗劑（detergents）
表面活性劑的洗滌和去污作用在造紙過(guò)程中特別重要，除廢紙脫墨、樹(shù)脂控制等作用以外，另一個(gè)就是毛毯清洗作用。紙機(jī)在抄紙過(guò)程中，毛毯往往由于樹(shù)脂沉淀等原因容易粘附細(xì)小纖維、填料、樹(shù)脂等，造成毛布孔眼堵塞，特別是草漿由于雜質(zhì)多、鼓度大、難于洗滌，造成毛毯的嚴(yán)重污染，造成紙機(jī)運(yùn)行障礙，影響紙張質(zhì)量，降低毛毯使用壽命。所以，一般造紙廠將樹(shù)脂控制和毛毯清洗同時(shí)采用，才能保證紙機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。毛毯洗滌劑的成分主要由各種表面活性劑復(fù)配組成，一般常用的有陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑等，國(guó)外、國(guó)內(nèi)已有少童的專(zhuān)門(mén)用于這方面的清洗劑，國(guó)外產(chǎn)品多以非離子表面活性劑復(fù)配為主，國(guó)內(nèi)則以陰離子表面活性劑復(fù)配多，如FC-HR毛毯洗滌劑等。(見(jiàn)下頁(yè))
9、消泡劑（foam killer）
造紙?jiān)显趥淞�、蒸煮、洗選、漂白、打漿等過(guò)程中，除原料切碎和紙張干燥兩工序以外，其余都是在水中進(jìn)行的，由于造紙?jiān)现械哪z質(zhì)、皂類(lèi)物質(zhì)的存在，在制漿造紙的各個(gè)工段都會(huì)產(chǎn)生泡沫，并且對(duì)各工序都有不同程度的危害;特別是造紙工段到處都能見(jiàn)到泡沫，排放的廢水中更是漂浮著大量泡沫，所以消泡技術(shù)在制漿造紙中非常重要，而HLB為1-3的表面活性劑在消泡中有著重要作用和意義。國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)有機(jī)硅類(lèi)的單位主要有晨光化工研究院、吉林石化研究院等4家單位，聚醚類(lèi)的有杭州化工研究所、浙江大學(xué)等5家單位，還有聚酰胺類(lèi)如OTD、脂肪酸酯OPM等幾家單位。國(guó)外道可寧公司開(kāi)發(fā)的消泡劑也屬于聚酰胺類(lèi)和礦物油混合物。
10、施膠乳化劑（emuldifying agent）
由于皂化松香施膠劑的效率低等缺點(diǎn)，所以，分散松香膠的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，而分散松香膠的制備主要依*表面活性劑的乳化作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前，造紙分散松香膠用表面活性劑都是專(zhuān)用乳化劑，如烷基酚聚氧乙烯醚經(jīng)磺化得到的專(zhuān)用乳化劑，道純化學(xué)研究所的RB系列乳化劑、國(guó)內(nèi)幾個(gè)研究所的8048、HOS、DR-882、HR-306等品種，Hercules公司的陽(yáng)離子分散膠，日本荒川化學(xué)工業(yè)公司的分散膠等；總之，松香膠乳化劑制造方面專(zhuān)利很多，同時(shí)每年又有許多專(zhuān)利發(fā)表。國(guó)內(nèi)目前的松香乳化劑普遍乳化能力差，制得的分散膠不穩(wěn)定，存放期短。
11、防水防油劑（grease proofing agents and water proofing agents）
有許多特種紙張需要防水防油處理，其中有機(jī)硅類(lèi)表面活性劑具有很好的防水作用，有機(jī)氟表面活性劑則具有非常優(yōu)異的防水防油作用，如IegapelFP、8230（汽巴嘉基公司），Densodrin(巴斯夫公司)等產(chǎn)品。特別是有機(jī)氟施膠劑方面，目前國(guó)內(nèi)幾乎還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的研究和生產(chǎn)報(bào)道。
12、防腐殺菌劑（fungicide）
紙漿從制漿工段到造紙工段要經(jīng)過(guò)很多工序，也要經(jīng)歷一定時(shí)間，所以，漿料在儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)微生物繁殖，會(huì)造成腐漿，一般要加入防腐殺菌劑來(lái)控制其產(chǎn)生，而表面活性劑中的陽(yáng)離子如十六烷基三甲基溴化銨等和兩性離子表面活性劑如烷基咪唑啉季銨鹽等具有很好的殺菌作用。目前國(guó)內(nèi)也已有一些防腐殺菌劑，但針對(duì)制漿方面的品種和質(zhì)量都不令人滿意。
|
