生活用纸化学品的应用与发展趋势(之三)

谢慧平 肖鹏 李华杰 王魁江 齐泽锋 浙江传化华洋化工有限公司

编者按:随着高速卫生纸机在中国的广泛应用，生活用纸生产所用的原材料逐步转向原生浆，同时消费者对生活用纸的品质和安全要求不断提升，也使化学品在生活用纸抄造过程中的应用越来越谨慎和受到关注。

化学品在生活用纸抄造过程中，就好比是我们炒菜过程中的“调味品”，不能多也不能少，既要“色香味”俱全，也要保证饮食健康。生活用纸化学品的“健康应用”对卫生纸机运行和产品品质控制同样至关重要，使用不当可能会对生产抄造设备和产品品质带来不必要的损失，其损失的价值远远超过生活用纸化学品的成本，因此，正确认识和了解生活用纸化学品及其应用是非常有必要的。

本刊特邀浙江传化华洋化工有限公司的化学品专家对生活用纸化学品的应用与发展趋势进行了系统梳理，并在《生活用纸》杂志中进行连载，本期是连载系列之三。

3.3 功能性化学品

3.3.1 湿强剂

生活用纸如面巾纸、厨房纸巾、手帕纸、餐巾纸、擦手纸等一系列日常生活用纸，其应用环境会或多或少的面临潮湿或者湿润的场景，普通纸巾纸遇水后易溃烂成浆，在擦拭处留下浆团和纸沫，这就需要使用一种功能性化学品湿强剂，来提升生活用纸在遇湿后仍然保持一定的湿强度，才能满足应用需求。湿强剂作为造纸行业广泛使用的一类功能性助剂，按照其增加纤维湿强结合的机理来划分[16]，可以分为四类：（1）与纤维共价键合为主，如双醛淀粉等。（2）自交联聚合物，如热固型脲醛树脂、三聚氰胺缩甲醛树脂、酚醛树脂、聚酰胺多胺环氧氯丙烷、热固型丙烯酸树脂等。（3）外交联聚合物，如聚丙烯酰胺+乙二醛、干酪素+甲醛、热塑型酚醛树脂+六亚甲基四胺等。（4）纤维静电结合为主，如聚乙烯亚胺、阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺接枝阳离子淀粉、聚酰胺等。

从环保健康和生活用纸使用抄造环境来考虑，目前广泛用于生活用纸行业的是自交联聚合物湿强剂聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂（PAE），PAE树脂具有适用范围广（pH值4～9都可以）、效率高、强阳离子性、损纸回收方便等特点。

不同的生活用纸品类对湿抗张强度的要求不一样，湿强剂的用量也不同，从几千克/吨纸到几十千克/吨纸不等，尤其是在高湿强纸上，湿强剂的应用技术应特别关注，正确选择和应用好湿强剂，既可以提升纸机的运行效率，还能大幅度降低湿强剂的使用成本。通常，纸张的强度三要素主要受纤维自身强度、纤维结合能力、纤维交织能力影响，湿抗张强度也不例外，强度三要素可以转化为生产语言即与纤维基础强度、湿强剂产品性能、湿强剂的留着以及湿强剂的熟化速度有关。

（1）纤维基础强度：纤维种类（长度等）、叩解度、系统pH值等都会影响纤维的强度性能，基础强度越高的浆料，同等湿强剂用量下，湿强度更高。

（2）湿强剂产品性能：强酸、强碱、强烈的机械剪切作用、高温、冰冻、大量阴离子物质、强氧化性物质等会破坏湿强剂产品的稳定性，湿强剂会出现凝胶、析出分层，或在应用效果上大打折扣。

（3）湿强剂留着：纤维电负性、系统阴离子垃圾、湿强剂阳离子电荷密度、湿强剂分子量、系统细小纤维的留着（首程留着）等指标失常会降低湿强剂的结合留着率，从而导致湿强剂用量大幅度增加；大量使用湿强剂又会对系统带来一系列的负面作用，比如泡沫多、系统过阳等问题，严重时还会导致其他阳离子化学品，如柔软剂无法与纤维结合而在系统析出，当在系统中富集到一定程度，就会结合一些疏水亲油的无机物形成胶黏物影响生产，因此湿强剂的用量并非越大越好，在不得已需要使用高用量湿强剂时，可以采取添加一些阴离子电荷调节剂，比如CMC，保持系统的电荷处于正常状态。

（4）湿强剂熟化速度：系统pH值、系统电导率、系统Ca2+和Mg2+浓度、系统温度等对湿强剂的熟化速度有较大的影响，比如湿强剂正常稳定储存pH值一般在3～5左右，pH值处于中性有利于湿强剂的交联熟化，所以湿强剂正常情况下，建议使用前进行稀释激活，使用效果会更佳；系统的温度越高或者烘缸干燥的温度越高，也会越有利于湿强剂的熟化，合理的熟化速度有利于损纸的回用，熟化速度达不到要求，可能会导致纸张在常温状态下长期处于无湿强状态，不能满足消费者对湿强的使用要求。

目前市场上，湿强剂产品有12.5%、15%、20%、25%不等固含量的产品，固含量越高其销售半径越远，需要做好产品的稳定性和拥有较长的产品保质期，随着国家对生活用纸绿色环保的呼声越来越高，低氯湿强剂的应用越来越受到行业的关注，目前在产品的应用效果和成本上，还不能完全被生活用纸企业所接受，目前仅用于有特殊低氯要求的一类生活用纸。

3.3.2 干强剂

干强剂定义为可与纤维表面形成羟基结合的水溶性高聚物，最常见的干强剂包括淀粉改性类、聚丙烯酰胺类、乙二醛聚丙烯酰胺类、聚乙烯醇类等，国内常见的干强剂有聚丙烯酰胺类和（改性）淀粉类。干强剂的作用机理主要是为纤维间提供更多的氢键结合。

干强剂在生活用纸使用情况不是很多，仅在一些特殊纸种或特殊需求时会有使用，有些厂家也会考虑使用干强剂来降低长纤浆的用量，目前使用的干强剂主要为聚丙烯酰胺，它可以在纤维之间形成牢固的氢键，提高纸张的强度。使用干强剂的同时，会改善滤水性能，提高留着，提高纸张的匀度，对强度有正面效果，但也要考虑干强剂使用会给生活用纸的手感带来挺硬的感觉。

3.3.3 柔软剂

柔软性指标是生活用纸一个重要的特征，主要与浆料种类、打浆及抄造工艺等因素有关，生活用纸抄造通常原料以短纤为主，为了保留纸张的弹性空间通常会使用一部分长纤，低打浆度降低纤维的结合强度和紧度，增加纸张的弹性及可塑性，从而使纸张的表现更加柔软；在生活用纸的生产工艺中还采用成纸起皱工艺，降低纤维的结合力，使纸张获得柔软性。但因为纤维分子链中含有很多羟基，且为直链大分子，分子间有很强的氢键及分子间作用力，具有较高结晶度，通过打浆、起皱等机械作用可使纤维分散、降低结晶度，可以使纸张柔软，但往往单靠机械作用难以达到想要的柔软度，且过度打浆会造成一系列其他的问题，因此需要用到柔软剂来满足生活用纸更高要求的柔软性。

柔软剂是一类分子结构中一端含有长链疏水基团，另一端含有可与纤维结合的极性或反应性基团的化合物，多数纸张柔软剂都具有12～18个碳的疏水性基团。这个长链疏水基团可以降低纤维分子间作用力，在纤维之间形成非极性隔离膜，从而使分子链易在应力下发生相互滑移和运动，柔软剂可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、静摩擦因数，从而获得平滑柔软的手感。用于纸张的柔软剂，其作用之一在于降低纤维间的结合力，使纸张刚性下降，减少纸张对皮肤的摩擦；其二是减少纸张中纤维之间的静摩擦力，改善纤维的平滑性，使纸变得柔软并增加纸张滑腻的手感；其三是增加纸的可塑性[17]。柔软剂与纸浆纤维的作用机理，随着柔软剂亲水基离子性的不同而有差异。纸张柔软剂一般要求色浅、无臭、无毒、挥发性小、化学稳定性好等，柔软剂的分类一般按其极性或离子状态分为两类[18]：

一类为表面活性剂，有以下四种：

（1）非离子型柔软剂，如聚乙二醇酯类、硬脂酸酰胺类等；

（2）阴离子型柔软剂，如脂肪醇硫酸酯类、土耳其红油类；

（3）阳离子型柔软剂，如咪唑啉季铵盐类、二烷基二甲基季铵盐类；

（4）两性型柔软剂，如甜菜碱型类、咪唑啉类。

另一类为非表面活性剂，主要有以下两种：

（1）天然油脂、石蜡类柔软剂：是以天然油脂和石蜡为原料，在乳化剂作用下配制成的乳液；

（2）高分子聚合乳液类柔软剂：是聚乙烯、聚丙烯、有机硅、聚氨酯树脂等高分子聚合物制成的乳液。

目前生活用纸中使用的柔软剂类型主要集中在带有酰胺键、多羟基、烷氧基或其他亲水基团的具有酯功能可降解季铵盐化合物，以及硅氧键为骨架的有机硅类柔软剂等[19]。

（1）可降解季铵盐化合物

由于生活用纸是一次性使用，不应污染环境，所以要求纸中纤维及其他组分在使用后能快速分解或转化成其他物质，所用化学助剂能在使用后自行降解，季铵盐类柔软剂其分子结构中含有酯基[——O——C(O)一]、酰胺键[——NH——C(O)一]这些具有可降解性的基团，使季铵盐类柔软剂比其他柔软剂有更优良的降解性。既能大大改善纸张的柔软性，又能符合环保要求。

（2）普通长链脂肪烃季铵盐柔软剂与其他亲水性化合物的复配

由于普通长链烃季铵盐柔软剂存在乳液黏度较大、乳液放置稳定性差、易分层等特点，要克服这些缺点的一个途径是在配方中添加适当的亲水性化合物，如甘油类多羟基化合物、聚乙二醇型非离子表面活性剂、含酰胺键物质等，适当提高柔软剂分子的亲水性。聚乙二醇可大部分渗透到纤维素纤维的内部，并由此增强了纤维柔软性；而长链脂肪烃季铵盐大部分处在纤维素纤维的表面，起着柔软纤维的作用。

（3）具有Si——O键的有机硅类化合物

聚硅氧烷化合物的主链是一种易扰曲的螺旋形直链结构，十分柔顺。通过与纤维之间的交联以及聚硅氧烷在纤维表面和内部生成高聚合度的弹性网状结构，使纤维之间的静摩擦力系数下降，仅用很小的力就能使纤维之间开始滑动，使人感到手感柔软平滑。其他不同的取代基如胺基能赋予吸附性和柔软性、聚醚能赋予吸湿性和柔软性、羟基能赋予柔软性和润滑性。各种基团的配合，就使产品具有极佳的柔软效果。这类柔软剂是非油性的润滑剂，能增加柔润、平滑、干爽、柔和的感觉。从环保方面看，聚硅氧类化合物与动物机体无排异现象，无毒性，不对环境产生有害影响，最适用于生活用纸类的一次性消费品。

浙江传化华洋化工有限公司的三种柔软剂型号SR-818、SF-1124B、TF-468K就分别属于上述三种类型，广泛用于生活用纸行业，并取得显著的柔软效果。

柔软剂的使用，其添加位置不同，表现出来的效果也不一样，生活用纸柔软剂目前主要有三种添加方式：浆内添加、喷淋添加、后加工涂布（乳霜）。浆内添加柔软剂可以降低纸张的柔软度，使纸张更柔软，添加的位置根据实际生产来选择，越往前端添加，柔软剂和纤维作用的时间越长，柔软剂效果越好，但也要注意纸页强度会过度损失；喷淋到烘缸表面添加可以提高纸张的平滑度，赋予纸张滑爽的手感，所以添加方式要结合纸张手感的需求、产品特性来选择，也可以采取浆内和喷淋结合的方式来获取更好的柔软手感，采用一种或者多种柔软剂组合添加，来满足日益高要求的纸张柔软性。

4 生活用纸化学品的发展趋势

生活用纸化学品的发展，离不开卫生纸机技术的发展和生活用纸市场需求的发展。纸机的发展不断呈现出高度自动化和智能化的趋势，生活用纸化学品也要不断满足自动化的添加和控制（如生产智能化、清洁生产、节能降耗方面等需求），市场需求的变化是随着社会发展，人们生活方式的改变产生的新需求（如疫情时代杀菌、消毒的需求，新生代宠物擦拭的需求等），以及与全球局势（如中国复兴带动全球对中国生活物资的需求）和国家政策方向方面（如碳中和碳达峰、限塑令、三胎、垃圾分类、可降解、可冲散等政策）的变化都息息相关。

总之，生活用纸化学品一方面在生活用纸抄造过程中，随着企业清洁化生产管理水平越来越高，生产企业和消费者希望化学品越少用越好，其应用会受到谨慎和关注，另一方面又因为其具有少量高效性，且能有利于生活用纸抄造系统的稳定健康运行和成本的大量节省，赋予产品不同的指标功能，所以又不得不选择一些相对安全、绿色、环保的必需生活用纸化学品。综观现在的迫不得已，放眼未来的低碳健康，生活用纸化学品如何做好朝着健康、绿色、环保，符合国家政策法规规定的方向发展是未来发展的重要课题。