造纸工业中表面活性剂的应用

韩 敏

（西安文理学院化学与化学工程学院，陕西 西安 710065）

随着科学技术的发展和人类对纸张的需求,造纸化学品在造纸工业上的应用日益广泛,其使用也越来越受到造纸工作者的重视。表面活性剂是造纸化学品的重要组成部分，由于其结构和组成不同分别具有润湿、渗透、乳化、分散、破乳、发泡、消泡等功效。表面活性剂是造纸化学品的重要组成部分，宽泛应用于制浆、湿部、施胶、涂布及废水加工等工序。

1 在制浆中的应用

造纸用纤维原料主要来自于木浆、非木材纤维浆以及再生纤维浆,木浆和非木材纤维浆又可分为机磨浆和化浆,表面活性剂在化浆中主要用作蒸煮助剂,在再生纤维浆中主要用作废纸脱墨剂。

1.1 蒸煮助剂

在蒸煮液中加入表面活性剂,可以促进蒸煮液在纤维原料中的渗透,缩短药液渗入到植物纤维原料内部的时间,从而加速了脱木素和树脂抽提过程,同时还可以适当减少蒸煮药液的用量[1]。这类表面活性剂具有较好的润湿性能,其亲水疏水平衡值（hydrophile-lipophilebalancenumber,HLB）一般为7～9，如快速渗透剂T(磺基琥珀酸双异辛脂单钠盐)、渗透剂JFC等。表面活性剂应用为蒸煮助剂还可以增进蒸煮液对木材或非木材中木素和树脂的脱除，并达到分散树脂的作用。这类表面活性剂应有一定的耐碱性和耐高温性。德国化学家L.hal提出的高分子表面活性剂——碱法制浆(国内称该表面活性剂为“绿氧”)有可能成为新一代的蒸煮助剂的代表[2]。

1.2 废纸脱墨剂

随着环保压力的日益增加，为了缓解纸浆原料不足，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。

废纸脱墨的原理是借助表面活性剂使纤维与油墨湿润、渗透、膨胀、乳化分散、发泡和絮凝等作用，将油墨中的植物油、松香及矿物油等除去。废纸脱墨的工艺方法主要有：①洗涤法：突出分散功能,使油墨易于分散形成胶体而脱除。②浮选法：适度起泡,再进行油墨捕集等。③洗涤法和浮选法两者结合。无论哪种方法都需要使用脱墨剂。

脱墨剂通常是由表面活性剂与无机药品或是多种表面活性剂的复配物组成。作为废纸脱墨剂的主要表面活性剂有：①阴离子型（脂肪酸盐、磺酸盐、硫酸盐、磷酸酯盐、磺基琥珀酸酯）；②阳离子型（胺盐、季铵盐）；③两性型（甜菜碱、咪唑啉、氨基酸盐）；④非离子型（烷氧基化物、多元醇酯、脂肪酸烷酯、烷醇酰胺、烷基糖苷）。选用何种表面活性剂视印刷品情况及脱墨工艺而定，因此严格地说废纸脱墨剂主要是一种表面活性剂系列的复合配方。

2 在造纸湿部中的应用

表面活性剂在造纸湿部主要是作为施胶乳化剂、树脂障碍控制剂、消泡剂、柔软剂及抗静电剂等的应用。

2.1 施胶乳化剂

施胶剂主要为松香分散剂与合成施胶剂两类，因其都含有活性基团，可以与纤维上的羟基起反应而保留在纤维上，故也称为反应性施胶剂。我国造纸施胶剂近年来发展了分散松香胶,其中包括阴离子分散松香胶、阳离子分散松香胶等。我国目前用得最多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-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，主要有烷基稀酮二聚体(即AKD)和稀基琥珀酸酐(即ASA)。

2.2 树脂障碍控制剂

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[3]。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铵盐或季铵盐。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。

2.3 消泡剂

在抄纸过程中，因为浆中含有少量的木质素、脂肪酸等天然和人工添加的起泡性表面活性剂，同时含有合成高分子及淀粉等稳泡剂，所以会出现泡沫，引起断纸或纸上有孔斑等问题，抄纸用消泡剂的主要活性组分是高碳醇类、聚醚类、脂肪酸酯、有机硅高分子等，一般配成油包水型乳液。

2.4 柔软剂

近几年随着人们对卫生纸、餐巾纸及生活用纸质量要求的提高，纸张柔软剂的用量越来越大，新品种不断出现。纸张的强度和刚性依赖于纤维之间的氢键结合。适当地限制或减少这种分子间的氢键就可以使纸张变得柔软。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。

在柔软剂中有机硅表面活性和有机硅高分子的效果最佳,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relan商品属于脂肪酰胺类阳离子性表面活性剂，美国杜邦化学公司的zelan商品也属于阳离子性表面活性剂。国内目前主要品种有烷基咪唑啉季胺盐、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。

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，从而防止静电积累。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，分为阳离子型（包括季铵盐及脂肪胺的氧化物或衍生物）、阴离子型（包括磺化脂肪酸、脂肪醇、磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯磷酸盐）、两性型（包括甜菜碱型、氨基酸型和咪唑啉型）和非离子型（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 在表面施胶与涂布中的应用

3.1 在表面施胶中的应用

表面施胶剂具有能增强纸张表面强度、改善适印性和表面抗水性等功能，近年来发展很快，特别是高分子表面活性剂的作用[4]。表面施胶剂品种很多，诸如天然改性高分子表面活性剂如改性淀粉、氧化淀粉、磷酸酯淀粉、醋酸酯淀粉、壳聚糖、羧甲基纤维素和阳离子瓜尔胶等；合成高分子表面施胶剂如聚乙烯醇PVA、聚苯乙烯—马来酸盐及其半酯的共聚物SMA、聚丙烯酰胺PAM、聚氨酯、聚苯乙烯—丙烯酸及其酯类共聚物等都有广泛的应用。

3.2 在涂布中的应用

涂布用涂料组成主要包括胶黏剂、颜料和其他助剂。涂料本身是一种复杂的复配物，且视具体的纸种要求、配方构成有所不同，表面活性剂在纸张涂料的调制中起着重要作用。

分散剂:涂料中重要的助剂，其中大多数是表面活性剂。这些表面活性剂吸附于颜料粒子表面，起到保护性胶体的作用，并且赋予颜料离子电荷，使颜料粒子间产生斥力，在粒子周围形成高粘度状态，防止多个粒子凝聚。六偏磷酸钠、焦磷酸钠、四聚磷酸钠等是低固含量涂料经常使用的分散剂。对于高固含量的涂料，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乙烯醚等，一般应选用HLB值较高的活性剂，其用量通常在0.1%～0.3%(对颜料用量)[2]。

润滑剂:目前使用最广泛的润滑剂是硬脂酸钠类。水溶性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:季胺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-苯丙咪唑基)-氨基甲酸酯(多菌灵)等都广泛应用于纸张涂料中。

合成胶乳：合成胶乳是重要的涂布胶黏剂,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。

4 在污水处理中的应用

制浆造纸产生的污水量很大，是造纸工业环境保护的重要课题。污水处理方法很多，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、十八烷基三甲基氯化铵等阳离子表面活性剂,各种离子的PAM、变性淀粉及其复配产品也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作用。

[1]杨福廷.表面活性剂在棉浆蒸煮中的应用[J].纸和造纸,1991(2):30-33.

[2]张天胜.表面活性剂的应用技术[M].化学工业出版社,2001,7.

[3]姚献平,郑丽萍.表面活性剂在造纸工业中的应用[J].精细化工,2001,18(3):165-169.

[4]张光华,顾玲,卢凤纪.抗静电剂的特性与选用[J].中华纸业,1999(3):55-56.