造紙工業中表面活性劑的應用

韓 敏

（西安文理學院化學與化學工程學院，陜西 西安 710065）

隨著科學技術的發展和人類對紙張的需求,造紙化學品在造紙工業上的應用日益廣泛,其使用也越來越受到造紙工作者的重視。表面活性劑是造紙化學品的重要組成部分，由于其結構和組成不同分別具有潤濕、滲透、乳化、分散、破乳、發泡、消泡等功效。表面活性劑是造紙化學品的重要組成部分，寬泛應用于制漿、濕部、施膠、涂布及廢水加工等工序。

1 在制漿中的應用

造紙用纖維原料主要來自于木漿、非木材纖維漿以及再生纖維漿,木漿和非木材纖維漿又可分為機磨漿和化漿,表面活性劑在化漿中主要用作蒸煮助劑,在再生纖維漿中主要用作廢紙脫墨劑。

1.1 蒸煮助劑

在蒸煮液中加入表面活性劑,可以促進蒸煮液在纖維原料中的滲透,縮短藥液滲入到植物纖維原料內部的時間,從而加速了脫木素和樹脂抽提過程,同時還可以適當減少蒸煮藥液的用量[1]。這類表面活性劑具有較好的潤濕性能,其親水疏水平衡值（hydrophile-lipophilebalancenumber,HLB）一般為7～9，如快速滲透劑T(磺基琥珀酸雙異辛脂單鈉鹽)、滲透劑JFC等。表面活性劑應用為蒸煮助劑還可以增進蒸煮液對木材或非木材中木素和樹脂的脫除，并達到分散樹脂的作用。這類表面活性劑應有一定的耐堿性和耐高溫性。德國化學家L.hal提出的高分子表面活性劑——堿法制漿(國內稱該表面活性劑為“綠氧”)有可能成為新一代的蒸煮助劑的代表[2]。

1.2 廢紙脫墨劑

隨著環保壓力的日益增加，為了緩解紙漿原料不足，減少環境污染，節省能源，降低成本，減少森林砍伐，廢紙的回收利用越來越引起人們的重視。

廢紙脫墨的原理是借助表面活性劑使纖維與油墨濕潤、滲透、膨脹、乳化分散、發泡和絮凝等作用，將油墨中的植物油、松香及礦物油等除去。廢紙脫墨的工藝方法主要有：①洗滌法：突出分散功能,使油墨易于分散形成膠體而脫除。②浮選法：適度起泡,再進行油墨捕集等。③洗滌法和浮選法兩者結合。無論哪種方法都需要使用脫墨劑。

脫墨劑通常是由表面活性劑與無機藥品或是多種表面活性劑的復配物組成。作為廢紙脫墨劑的主要表面活性劑有：①陰離子型（脂肪酸鹽、磺酸鹽、硫酸鹽、磷酸酯鹽、磺基琥珀酸酯）；②陽離子型（胺鹽、季銨鹽）；③兩性型（甜菜堿、咪唑啉、氨基酸鹽）；④非離子型（烷氧基化物、多元醇酯、脂肪酸烷酯、烷醇酰胺、烷基糖苷）。選用何種表面活性劑視印刷品情況及脫墨工藝而定，因此嚴格地說廢紙脫墨劑主要是一種表面活性劑系列的復合配方。

2 在造紙濕部中的應用

表面活性劑在造紙濕部主要是作為施膠乳化劑、樹脂障礙控制劑、消泡劑、柔軟劑及抗靜電劑等的應用。

2.1 施膠乳化劑

施膠劑主要為松香分散劑與合成施膠劑兩類，因其都含有活性基團，可以與纖維上的羥基起反應而保留在纖維上，故也稱為反應性施膠劑。我國造紙施膠劑近年來發展了分散松香膠,其中包括陰離子分散松香膠、陽離子分散松香膠等。我國目前用得最多的是陰離子分散松香膠，常用的乳化劑為聚氧乙烯型，如脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、2-羥-3-壬基苯氧基聚氧乙烯丙烯磺酸鈉等。有的采用陽離子聚丙烯酰胺、聚酰胺聚胺表氯醇、陽離子淀粉等作為陽離子乳化劑制備出陽離子分散松香膠。合成類施膠劑，主要有烷基稀酮二聚體(即AKD)和稀基琥珀酸酐(即ASA)。

2.2 樹脂障礙控制劑

據報道，全球造紙樹脂及沉積物障礙控制劑的銷售額達3.1億美元[3]。常用的樹脂障礙控制劑有無機填料(如滑石粉等)、殺菌劑、表面活性劑、螯合劑、陽離子聚合物、脂肪酶及膜分離劑等,而最常用的是表面活性劑。陰離子表面活性劑是目前應用最為廣泛的表面活性劑，它有高級醇硫酸鹽、烷基苯磺酸及高級醇、磷酸酯等。陽離子表面活性劑主要為烷基銨鹽或季銨鹽。非離子表面活性劑主要有聚乙二醇型與多元醇等。另外，還有兩性表面活性劑及各種多元復合物。

2.3 消泡劑

在抄紙過程中，因為漿中含有少量的木質素、脂肪酸等天然和人工添加的起泡性表面活性劑，同時含有合成高分子及淀粉等穩泡劑，所以會出現泡沫，引起斷紙或紙上有孔斑等問題，抄紙用消泡劑的主要活性組分是高碳醇類、聚醚類、脂肪酸酯、有機硅高分子等，一般配成油包水型乳液。

2.4 柔軟劑

近幾年隨著人們對衛生紙、餐巾紙及生活用紙質量要求的提高，紙張柔軟劑的用量越來越大，新品種不斷出現。紙張的強度和剛性依賴于纖維之間的氫鍵結合。適當地限制或減少這種分子間的氫鍵就可以使紙張變得柔軟。表面活性劑能在纖維表面形成疏水基向外的反向吸附，降低纖維物質的動靜摩擦系數，從而獲得平滑柔軟的手感。

在柔軟劑中有機硅表面活性和有機硅高分子的效果最佳,但原料價格較高，往往要和其他柔軟性組分配合使用以降低成本。國外產品有英國ICI公司的relan商品屬于脂肪酰胺類陽離子性表面活性劑，美國杜邦化學公司的zelan商品也屬于陽離子性表面活性劑。國內目前主要品種有烷基咪唑啉季胺鹽、有機硅、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。

2.5 抗靜電劑

在特殊加工紙生產中有時會遇到抗靜電問題，用表面活性劑處理液可產生親水性外表面，即作為抗靜電劑的表面活性劑在材料表面形成正向吸附，疏水基的材料表面，親水基伸向空間，纖維的離子導電性和吸濕導電性增加，產生放電現象，使表面電阻下降，從而防止靜電積累。作為抗靜電劑使用的表面活性劑有較大的疏水基和較強的親水基，分為陽離子型（包括季銨鹽及脂肪胺的氧化物或衍生物）、陰離子型（包括磺化脂肪酸、脂肪醇、磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯磷酸鹽）、兩性型（包括甜菜堿型、氨基酸型和咪唑啉型）和非離子型（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 在表面施膠與涂布中的應用

3.1 在表面施膠中的應用

表面施膠劑具有能增強紙張表面強度、改善適印性和表面抗水性等功能，近年來發展很快，特別是高分子表面活性劑的作用[4]。表面施膠劑品種很多，諸如天然改性高分子表面活性劑如改性淀粉、氧化淀粉、磷酸酯淀粉、醋酸酯淀粉、殼聚糖、羧甲基纖維素和陽離子瓜爾膠等；合成高分子表面施膠劑如聚乙烯醇PVA、聚苯乙烯—馬來酸鹽及其半酯的共聚物SMA、聚丙烯酰胺PAM、聚氨酯、聚苯乙烯—丙烯酸及其酯類共聚物等都有廣泛的應用。

3.2 在涂布中的應用

涂布用涂料組成主要包括膠黏劑、顏料和其他助劑。涂料本身是一種復雜的復配物，且視具體的紙種要求、配方構成有所不同，表面活性劑在紙張涂料的調制中起著重要作用。

分散劑:涂料中重要的助劑，其中大多數是表面活性劑。這些表面活性劑吸附于顏料粒子表面，起到保護性膠體的作用，并且賦予顏料離子電荷，使顏料粒子間產生斥力，在粒子周圍形成高粘度狀態，防止多個粒子凝聚。六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、四聚磷酸鈉等是低固含量涂料經常使用的分散劑。對于高固含量的涂料，通常采用高分子有機分散劑，如聚丙烯酸鈉溶液、聚甲基丙烯酸鈉及其衍生物，二異丁烯與馬來酸酐共聚物的二鈉鹽溶液，以及烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚等，一般應選用HLB值較高的活性劑，其用量通常在0.1%～0.3%(對顏料用量)[2]。

潤滑劑:目前使用最廣泛的潤滑劑是硬脂酸鈉類。水溶性潤滑劑作用也很明顯,石蠟族烴類、脂肪酸胺也可作為潤滑劑。

防腐劑:季胺鹽類陽離子表面活性劑、含氟環狀化合物、有機溴及有機硫化合物、N-(2-苯丙咪唑基)-氨基甲酸酯(多菌靈)等都廣泛應用于紙張涂料中。

合成膠乳：合成膠乳是重要的涂布膠黏劑,在合成膠乳制備過程中,表面活性劑作為乳化劑、分散劑、穩定劑等起著重要作用。

4 在污水處理中的應用

制漿造紙產生的污水量很大，是造紙工業環境保護的重要課題。污水處理方法很多，近年來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離子表面活性劑,各種離子的PAM、變性淀粉及其復配產品也有著引人注目的效果。陽離子表面活性劑在廢水處理時,還可起到顯著的殺菌作用。

[1]楊福廷.表面活性劑在棉漿蒸煮中的應用[J].紙和造紙,1991(2):30-33.

[2]張天勝.表面活性劑的應用技術[M].化學工業出版社,2001,7.

[3]姚獻平,鄭麗萍.表面活性劑在造紙工業中的應用[J].精細化工,2001,18(3):165-169.

[4]張光華,顧玲,盧鳳紀.抗靜電劑的特性與選用[J].中華紙業,1999(3):55-56.