不同阳离子柔软剂对生活用纸性能的影响

2015-11-02杨勤武杨益琴

纤维素科学与技术 2015年1期

杨勤武，杨益琴*

（江苏省制浆造纸重点实验室，南京林业大学轻工学院，江苏南京 210037）

影响生活用纸性能的因素有很多，包括浆料种类、打浆工艺、抄造工艺等，随着人们生活品质的提高，对生活用纸高柔软度的追求，以及生活用纸生产中二次纤维和短纤维的大量使用，采用合适的柔软剂来改善纸张的柔软度愈加重要[1]。

柔软剂是一类能改变纤维的静、动摩擦系数的化学物质。当改变静摩擦系数时，手感触摸有平滑感，易于在纤维或织物上移动；当改变动摩擦系数时，纤维与纤维之间的微细结构易于相互移动，也就是纤维易于变形。两者的综合感觉就是柔软[2]。柔软剂按离子性来分有阳离子型、非离子型、阴离子型和两性季铵盐型四种[3]。由于大多数纤维在水中带有负电荷，阳离子型柔软剂容易吸附在纤维表面，结合能力较强。因此阳离子型柔软剂是使用最广泛的一类，它又可分为季铵盐型、脂肪酸酯型、聚乙烯型、有机硅型等[3-4]。阳离子型柔软剂的亲油基、亲水基都将影响其性质[5]。本文选取柔软剂有阳离子咪唑啉类、阳离子聚丙烯酰胺、季铵盐型、脂肪酸酯型、有机硅型柔软剂，采取表面喷涂和浆内添加的方法，通过测定纸张柔软度值和强度值来评价和比较不同柔软剂的使用性能。

1 实验

1.1 材料和仪器

TA80(阳离子咪唑啉柔软剂，马可波罗网)-SF1、SOFTLAYER 44(阳离子聚丙烯酰胺柔软剂，中国供应商网)-SF2、ZK619(季铵盐型柔软剂，马可波罗网)-SF3、SA(脂肪酸酯型柔软剂，马可波罗网)-SF4、NE810(阳离子有机硅柔软剂，马可波罗网)-SF5；分别配成相同固含量（3.3%）的溶液供表面喷涂。15 g维达卫卷原纸（未在浆内添加柔软剂），裁成20 cm的正方形供表面喷涂柔软剂实验；浆料（来自维达工厂上浆池），短纤/长纤＝71∶29。

DCP-KZ300抗张强度测试仪（深圳市嘉尚科技有限公司），GB/T20808纸巾纸湿抗张强度测试仪（济南三泉中石实验仪器有限公司），DCP-RRY1000柔软度仪（石家庄诚信中轻机械设备有限公司）。

1.2 卫卷原纸的表面喷涂

喷涂前先称量已裁成20 cm的正方形原纸的质量，记为m1，然后将其固定在夹板上，用喷笔将配好的柔软剂喷涂到纸张表面，喷涂后及时称量纸张质量，记为 m2，(m2－m1)/m1×100%即为喷涂量，喷涂时是单面喷涂，喷涂量误差控制在±0.5%内；每种柔软剂按照纸张质量的1.5%～10%的范围进行喷涂，换算成浆内添加量范围为0.5 kg/吨绝干浆到3.0 kg/吨绝干浆，每种喷涂量分别完成10张。静置自然晾干。

1.3 浆内添加柔软剂的纸张抄造

在静态抄片机上抄造定量50 g/m2的纸张，按照0.5 kg/吨绝干浆、1.0 kg/吨绝干浆、1.5 kg/吨绝干浆、2.0 kg/吨绝干浆、2.5 kg/吨绝干浆、3.0 kg/吨绝干浆的柔软剂添加量加入浆料进行抄片。

1.4 纸张柔软度和抗张强度及湿抗张强度的测定

使用DCP-RRY1000柔软度仪按GB/T 8942检测，柔软度以毫牛顿表示，柔软度值越小，说明试样越柔软。DCP-KZ300抗张强度测试仪，GB/T20808纸巾纸湿抗张强度测试仪，测定表面喷涂和浆内添加柔软剂纸样的柔软度、抗张强度、湿抗张强度。

2 结果与讨论

2.1 表面喷涂时不同柔软剂对纸张的柔软效果

图 1为柔软剂喷涂量对纸张柔软度的影响。由图1可以看出，纸张柔软度值会随着柔软剂喷涂量的变化而变化，并且是先减小后增大，起初随着柔软剂的增加，纤维之间的结合力下降，柔软度值下降，当柔软剂量增加到一定程度后柔软剂的效果反而下降，因此柔软度值上升。根据柔软度值越小，试样越柔软，且国标值达到305 mN时产品合格，在1.5 kg/吨绝干浆的喷涂量时，阳离子咪唑啉柔软剂、季铵盐型柔软剂、有机硅柔软剂这三种柔软剂均满足要求，其中有机硅柔软剂使纸张柔软度下降最多。阳离子咪唑啉柔软剂（SF1）为双烷基酰胺咪唑啉柔软剂，其分子中含有的酰胺基团能与纤维分子的羟基形成氢键缔合，增强柔软剂分子对纤维的吸附，从而减少了纤维分子间的作用力；其带有较强的正电荷，能与纤维通过电荷进行结合，进一步使柔软剂分子结合于纤维间，大幅度降低纤维间静摩擦系数，使纤维之间易于滑动，经处理的纤维拥有良好的柔软性。季铵盐型柔软剂（SF3）为甘油醚季铵盐型柔软剂，其中醚键和羟基的引入，增大了分子整体的亲水性能，使柔软效果得以提升[5-6]。阳离子聚丙烯酰胺柔软剂（SF2）是由阳离子单体和丙烯酰胺单体共聚而成的一种溶于水的线型高分子聚合物，可直接与无机盐离子、纤维以及其他有机高分子发生静电桥梁作用，对纸张强度有一定增强作用[7]，从图中可以得到验证，其对纸张柔软性的改善效果最弱。阳离子脂肪酸酯型柔软剂（SF4）是随结构中的脂肪酸的种类不同而异，可得白色至黄色的固体或粘稠液体，无臭味。丙二醇的硬脂酸和软脂酸酯多数为白色固体。使用时柔软剂分子的亲水基吸附在纤维上，憎水基向外侧排列，纤维被长链脂肪烷基的膜所包复。因此，用阳离子柔软剂处理的纤维柔软，同时纸张表面也很光滑。和各种纤维结合力强，使用后纸张可获得优良的柔软效果[8-9]。有机硅柔软剂（SF5）为氨基改性有机硅柔软剂，是侧链或端基带有氨基的聚硅氧烷，它的柔软作用是硅氧键中的氧原子吸附在纤维表面上，使疏水性的甲基定向排列，把纤维表面覆盖起来。由于硅氧键的键角在外力作用下可以改变而产生伸缩，因此，用有机硅柔软剂处理后的纤维表面上形成一层坚韧拒水且可以伸缩的连续薄膜，从而使纤维较为柔软[8-9]。氨基改性有机硅柔软剂与纤维的结合非常牢固，同时大大提高纸张的性能，在氨基改性有机硅柔软剂中带有氨乙基、氨丙基的效果最好[10]。

图1 柔软剂喷涂量对纸张柔软度影响

2.2 浆内添加时不同柔软剂对纸张的柔软效果

图2 为柔软剂添加量对纸张柔软度的影响。由图2可以看出，纸张柔软度值会随着柔软剂添加量的变化而变化，并且是先减小后增大，可能是因为刚开始随着柔软剂的增加，纤维之间的结合力下降，柔软度值下降，当柔软剂量增加到一定程度后柔软剂的效果反而下降，因此柔软度值上升。根据柔软度值越小，说明试样越柔软，且国标值达到305 mN时产品合格，在1.5 kg/吨绝干浆的喷涂量时，SF3和SF5即阳离子咪唑啉柔软剂、有机硅柔软剂这两种柔软剂满足要求，且有机硅柔软剂使纸张柔软度下降最多。

图2 柔软剂添加量对纸张柔软度的影响

图3 不同使用方式对纸张柔软度的影响

2.3 同种柔软剂在不同使用方式下的柔软效果

图3 为不同使用方式对纸张柔软度的影响。由图3可以看出，同种柔软剂SF5在表面喷涂和浆内添加两种使用方式下均可使纸张柔软度值下降，根据柔软度值越小试样越柔软，且国标值达到305 mN时产品合格，这两种使用方式均可在一定使用量下满足要求，但在同等用量下表面喷涂的方式使纸张柔软度值下降幅度更大，且满足要求的范围更大，可以认为表面喷涂的使用方式优于浆内添加的方式，这可能是由于表面喷涂时可以充分发挥柔软剂的作用，而在浆内添加时，由于白水中部分流失或和其他化学助剂的排斥等原因不能充分发挥效果[10]。

2.4 不同使用方式对纸张抗张强度的影响

图4为柔软剂不同使用方式对纸张抗张强度的影响。

由图4可以看出，同种柔软剂SF5在表面喷涂和浆内添加两种使用方式下均导致纸张抗张强度下降，随着柔软剂用量的增加，纸张抗张强度呈下降趋势，说明柔软剂降低了纸张纤维间的结合力，使其在外力下易断开，且在同等用量下表面喷涂的方式使纸张抗张强度值下降幅度更大[11]。

2.5 不同使用方式对纸张湿强度的影响

图5柔软剂不同使用方式对纸张湿强度的影响。由图5可以看出，同种柔软剂SF5在表面喷涂和浆内添加两种使用方式下均可使纸张湿强度下降，随着柔软剂用量的增加，纸张湿强度呈下降趋势，说明柔软剂降低了纸纤维间的分子间结合力，使其在外力下易断开，且在同等用量下浆内添加的方式使纸张湿强度值下降幅度更大，这可能是浆内添加湿柔软剂起到了解键剂的作用，但纸张在使用时湿强度太低不满足人们的要求，这也说明表面喷涂的方式优于浆内添加的方式[12]。