造纸用表面活性剂应用及分析
- 发布时间：2008/1/24 9:34:17
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表面活性剂在制浆造纸工业中的使用越来越受到造纸科学工作者的重视。据报道，英国表面活性剂的消费为纸张总产量的0.05%左右。我国每年仅废纸脱墨用表面活性剂就达7000t之多。这说明表面活性剂在改善制浆造纸过程、提高纸张性能方面越来越重要。
制浆过程主要是从木材中将木素、半纤维素、树脂、色素以及灰分等尽量地与纤维素分离开可利用表面活性剂的分散作用和洗涤作用来达到分离杂质、除去树脂、分离纤维的效果。在漂白工序中添加的渗透性好的阴离子和非离子表面活性剂（一般用量为纸张产量的0.03%～0.05%），能获得均一的漂白效果。在纸浆漂洗过程中加入洗涤活性物质烷基苯磺酸钠或壬基酚聚氧乙烯醚，能获得良好的洗涤效果。另外在废纸脱墨、造纸施胶、毛毯洗涤及造纸涂布涂料分散剂等方面，表面活性剂都有广泛的应用。
制浆造纸工业用表面活性剂
1、蒸煮渗透剂（penetrants）
表面活性剂可显著改善润湿性能，对于固体表面可通过表面活性剂在表面进行单层吸附使表面拒水、抗黏；通过多层吸附使表面更加亲水。对于液体界面，表面活性剂可通过降低界面张力，增大润湿性，提高渗透作用，一些具有支链结构或多烷基结构的表面活性剂具有好的润湿性能，其HLB为7-9，如快速渗透剂T（磺基琥珀酸双异辛酯单钠盐）、渗透剂JFC等，在制浆过程中利用表面活性剂的润湿作用，加速蒸煮助剂和其他助剂对蒸煮原料的渗透和均匀分散作用。如在蒸煮器中常加入渗透剂如磺化琥珀酸酯盐（渗透剂T）、润湿剂JFC、丁基萘磺酸钠等，由于制浆要在强碱性和较高的温度下进行，所以，较理想的蒸煮渗透剂还应有一定的耐碱性和耐高温性；由德国化学家L.hal提出的高分子表面活性剂-碱法制浆（国内称该高分子表面活性剂为"绿氧"）有可能成为新一代的蒸煮助剂的代表。国外在该方面都有系列产品供应，如瑞典Belrocell Kemi公司的Berocell.25、Berocell-272等系列产品，均以非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚如壬基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚为主。而国内则多以烷基苯磺酸盐阴离子表面活性剂为主，纸厂的应用也不普遍。我国草类原料多，蒸煮得率低，难洗涤，目前仍然没有针对草浆的表面活性剂型蒸煮助剂。
2、废纸脱墨剂(deinking agent)
随着环保压力的日益增加，为了缓解制浆原料不足，减少环境污染，节省能源，降低成本，减少森林砍伐，废纸的回收利用越来越引起人们的重视。利用废纸再生浆可生产各种纸和纸板，利用废纸制成的再生浆具有不透明度高、纤维组织均匀、能满足多数纸张的质量要求、不必经过打浆处理即可抄纸等优点，而且用再生浆抄成的纸，绒毛少、平整、适用性广。
常用的脱墨剂由表面活性剂与无机药品组成，或是多种表面活性剂的复配物。在脱墨剂配方中常使用钾皂、磺化油、直链烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、磺基琥珀酸二辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐等阴离子表面活性剂，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*脂肪酸酯、脂肪酸聚氧乙烯酯等非离子表面活性剂；与采用氢氧化钠或硅酸钠的传统脱墨法相比，采用表面活性剂复配物做脱墨剂具有用量少、效果好的特点，如瑞典的BeroceIl Kemi公司的Berocell-358和Berocell-364脱墨剂，日本的DI-225、DI-600脱墨剂以及国内杭州化工研究所生产的HD-55、HD-7、HD-8脱墨剂，天津轻工业学院的525脱墨剂，天津化学研究所MT系列脱墨剂等都是由多种表面活性剂复配而成，目前随着油墨技术的发展，废纸的脱墨技术也有很大发展，的浮选法脱墨剂则以非离子表面活性剂为主，而国内则多以洗涤法脱墨剂居多，用于浮选法脱墨的脱墨剂与国外差距较大。
3、纸张柔软剂（softening agents）
柔软是对纤维而言，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、静摩擦因素，从而获得平滑柔软的手感。通常总是将表面活性剂和油剂一起混合使用，表面活性剂可有效降低纤维物质的静摩擦因素，油剂则可以降低纤维物质的动摩擦因素。柔软润滑的效果可以用静摩擦因数和动摩擦因数的差值来表示，差值愈小，柔软性愈强。不同类型的柔软剂适用于不同类型的纤维表面。纸纤维表面带负电荷，用阳离子或两性离子表面活性剂的效果要好得多。柔软剂、平滑剂的配方中除了表面活性剂外，一般要加入有机硅高分子或羊毛脂这样的脂类，以充分降低纤维表面能。
在柔软剂中以有机硅表面活性剂和有机硅高分子的效果*，但原料价格较高，往往要和其他柔软性组分配合使用以降低成本。国外产品有英国ICI公司的Velan商品属于脂肪酚胺类阳离子表面活性剂，美国杜邦化学公司的Zelan商品也属于阳离子型表面活性剂，同时有机硅高分子表面活性剂具有很好的柔软作用，也开始在造纸工业中逐步应用。国内目前主要品种有烷基咪唑啉季铵盐、有机硅、聚氧化乙烯等，其中除聚氧化乙烯外其余基本都是用纺织品柔软剂作为代用品使用。
4、抗静电剂（antistatic agents）
在特殊加工纸的生产中有时会遇到静电问题。当用表面活性剂处理纸张后，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，疏水基朝向材料表面，亲水基伸向空间，由于纤维的离子性引起导电性增加，产生放电现象，使表面电阻下降，从而防止了电荷积累。
作为抗静电剂使用，一般要求表面活性剂有比较大的疏水基和比较强的亲水基团。一般首先选用阳离子表面活性剂，其次是两性表面活性剂。阴离子表面活性剂的一些品种也是优良的抗静电剂，如碳链较长的烷基磺酸盐、烷基硫酸盐等，特别是高碳磷酸酯盐的抗静电性可以与阳离子相比。相反，如果是导电纸，则要求加入各种导电性材料，其中各种离子型表面活性剂都可以作为导电性原料加以利用。特别是亲水性表面活性剂具有较优异的导电性，在这方面国内大多采用纺织品抗静电剂，效果差，留着率低。特别是干法造纸的纤维抗静电问题，国内几乎还是空白。
5、废水絮凝剂（floculating agents）
制浆造纸产生的污水量很大，已成为各国日益重视的问题。污水处理的办法很多，近年来使用表面活性剂作为絮凝剂取得了明显的效果。常用的絮凝剂有月桂酸钠、硬脂酸钠等阴离子表面活性剂和十二烷基胺基乙酸、十八烷基*基氯化铵等阳离子表面活性剂。 具有显著絮凝作用的往往是一些相对分子质量较大的表面活性剂或极性高聚物，有时亦可以是一些带有异性电荷且能与悬浮物形成配合物的无机盐，在废水处理中zui典型的是加入明矾达到填料和树脂聚集的目的。但更多和更有效的是加入高分子表面活性剂，它们可以通过搭桥作用等机理使分散微粒发生凝结。实际上这在施胶、助留、助滤过程中也都有重要作用。各种离子型且具有高的相对分子质量的聚丙烯酰胺（PAM）及淀粉接枝聚丙烯酰胺在这方面有着引人注目的效果。
阳离子表面活性剂在废水处理时，还可起到显著的杀菌、降黏作用。在"黑液"处理中，容易在蒸发时产生结垢，使热效率降低，而且难以清理。采用间歇酸洗法，需停机清洗。如在制浆"黑液"碱回收工艺中使用表面活性剂做抗结垢剂，可降低"黑液"黏度，减少结垢，加速蒸发。这类抗垢剂大多由脂肪酸聚氧乙烯酯、二乙基羟胺磷酸盐、多聚磷酸钠组成。高分子抗结垢剂主要是聚丙烯酸钠、丙烯酸马来酸酐共聚物盐等。这类高分子表面活性剂型抗结垢剂的相对分子质量较低，对水中多价金属离子具有明显的螫合作用，可防止结垢。