生活用紙化學品的應用與發展趨勢(之三)

謝慧平 肖鵬 李華杰 王魁江 齊澤鋒 浙江傳化華洋化工有限公司

編者按:隨著高速衛生紙機在中國的廣泛應用，生活用紙生產所用的原材料逐步轉向原生漿，同時消費者對生活用紙的品質和安全要求不斷提升，也使化學品在生活用紙抄造過程中的應用越來越謹慎和受到關注。

化學品在生活用紙抄造過程中，就好比是我們炒菜過程中的“調味品”，不能多也不能少，既要“色香味”俱全，也要保證飲食健康。生活用紙化學品的“健康應用”對衛生紙機運行和產品品質控制同樣至關重要，使用不當可能會對生產抄造設備和產品品質帶來不必要的損失，其損失的價值遠遠超過生活用紙化學品的成本，因此，正確認識和了解生活用紙化學品及其應用是非常有必要的。

本刊特邀浙江傳化華洋化工有限公司的化學品專家對生活用紙化學品的應用與發展趨勢進行了系統梳理，并在《生活用紙》雜志中進行連載，本期是連載系列之三。

3.3 功能性化學品

3.3.1 濕強劑

生活用紙如面巾紙、廚房紙巾、手帕紙、餐巾紙、擦手紙等一系列日常生活用紙，其應用環境會或多或少的面臨潮濕或者濕潤的場景，普通紙巾紙遇水后易潰爛成漿，在擦拭處留下漿團和紙沫，這就需要使用一種功能性化學品濕強劑，來提升生活用紙在遇濕后仍然保持一定的濕強度，才能滿足應用需求。濕強劑作為造紙行業廣泛使用的一類功能性助劑，按照其增加纖維濕強結合的機理來劃分[16]，可以分為四類：（1）與纖維共價鍵合為主，如雙醛淀粉等。（2）自交聯聚合物，如熱固型脲醛樹脂、三聚氰胺縮甲醛樹脂、酚醛樹脂、聚酰胺多胺環氧氯丙烷、熱固型丙烯酸樹脂等。（3）外交聯聚合物，如聚丙烯酰胺+乙二醛、干酪素+甲醛、熱塑型酚醛樹脂+六亞甲基四胺等。（4）纖維靜電結合為主，如聚乙烯亞胺、陽離子淀粉、陽離子聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺接枝陽離子淀粉、聚酰胺等。

從環保健康和生活用紙使用抄造環境來考慮，目前廣泛用于生活用紙行業的是自交聯聚合物濕強劑聚酰胺多胺環氧氯丙烷樹脂（PAE），PAE樹脂具有適用范圍廣（pH值4～9都可以）、效率高、強陽離子性、損紙回收方便等特點。

不同的生活用紙品類對濕抗張強度的要求不一樣，濕強劑的用量也不同，從幾千克/噸紙到幾十千克/噸紙不等，尤其是在高濕強紙上，濕強劑的應用技術應特別關注，正確選擇和應用好濕強劑，既可以提升紙機的運行效率，還能大幅度降低濕強劑的使用成本。通常，紙張的強度三要素主要受纖維自身強度、纖維結合能力、纖維交織能力影響，濕抗張強度也不例外，強度三要素可以轉化為生產語言即與纖維基礎強度、濕強劑產品性能、濕強劑的留著以及濕強劑的熟化速度有關。

（1）纖維基礎強度：纖維種類（長度等）、叩解度、系統pH值等都會影響纖維的強度性能，基礎強度越高的漿料，同等濕強劑用量下，濕強度更高。

（2）濕強劑產品性能：強酸、強堿、強烈的機械剪切作用、高溫、冰凍、大量陰離子物質、強氧化性物質等會破壞濕強劑產品的穩定性，濕強劑會出現凝膠、析出分層，或在應用效果上大打折扣。

（3）濕強劑留著：纖維電負性、系統陰離子垃圾、濕強劑陽離子電荷密度、濕強劑分子量、系統細小纖維的留著（首程留著）等指標失常會降低濕強劑的結合留著率，從而導致濕強劑用量大幅度增加；大量使用濕強劑又會對系統帶來一系列的負面作用，比如泡沫多、系統過陽等問題，嚴重時還會導致其他陽離子化學品，如柔軟劑無法與纖維結合而在系統析出，當在系統中富集到一定程度，就會結合一些疏水親油的無機物形成膠黏物影響生產，因此濕強劑的用量并非越大越好，在不得已需要使用高用量濕強劑時，可以采取添加一些陰離子電荷調節劑，比如CMC，保持系統的電荷處于正常狀態。

（4）濕強劑熟化速度：系統pH值、系統電導率、系統Ca2+和Mg2+濃度、系統溫度等對濕強劑的熟化速度有較大的影響，比如濕強劑正常穩定儲存pH值一般在3～5左右，pH值處于中性有利于濕強劑的交聯熟化，所以濕強劑正常情況下，建議使用前進行稀釋激活，使用效果會更佳；系統的溫度越高或者烘缸干燥的溫度越高，也會越有利于濕強劑的熟化，合理的熟化速度有利于損紙的回用，熟化速度達不到要求，可能會導致紙張在常溫狀態下長期處于無濕強狀態，不能滿足消費者對濕強的使用要求。

目前市場上，濕強劑產品有12.5%、15%、20%、25%不等固含量的產品，固含量越高其銷售半徑越遠，需要做好產品的穩定性和擁有較長的產品保質期，隨著國家對生活用紙綠色環保的呼聲越來越高，低氯濕強劑的應用越來越受到行業的關注，目前在產品的應用效果和成本上，還不能完全被生活用紙企業所接受，目前僅用于有特殊低氯要求的一類生活用紙。

3.3.2 干強劑

干強劑定義為可與纖維表面形成羥基結合的水溶性高聚物，最常見的干強劑包括淀粉改性類、聚丙烯酰胺類、乙二醛聚丙烯酰胺類、聚乙烯醇類等，國內常見的干強劑有聚丙烯酰胺類和（改性）淀粉類。干強劑的作用機理主要是為纖維間提供更多的氫鍵結合。

干強劑在生活用紙使用情況不是很多，僅在一些特殊紙種或特殊需求時會有使用，有些廠家也會考慮使用干強劑來降低長纖漿的用量，目前使用的干強劑主要為聚丙烯酰胺，它可以在纖維之間形成牢固的氫鍵，提高紙張的強度。使用干強劑的同時，會改善濾水性能，提高留著，提高紙張的勻度，對強度有正面效果，但也要考慮干強劑使用會給生活用紙的手感帶來挺硬的感覺。

3.3.3 柔軟劑

柔軟性指標是生活用紙一個重要的特征，主要與漿料種類、打漿及抄造工藝等因素有關，生活用紙抄造通常原料以短纖為主，為了保留紙張的彈性空間通常會使用一部分長纖，低打漿度降低纖維的結合強度和緊度，增加紙張的彈性及可塑性，從而使紙張的表現更加柔軟；在生活用紙的生產工藝中還采用成紙起皺工藝，降低纖維的結合力，使紙張獲得柔軟性。但因為纖維分子鏈中含有很多羥基，且為直鏈大分子，分子間有很強的氫鍵及分子間作用力，具有較高結晶度，通過打漿、起皺等機械作用可使纖維分散、降低結晶度，可以使紙張柔軟，但往往單靠機械作用難以達到想要的柔軟度，且過度打漿會造成一系列其他的問題，因此需要用到柔軟劑來滿足生活用紙更高要求的柔軟性。

柔軟劑是一類分子結構中一端含有長鏈疏水基團，另一端含有可與纖維結合的極性或反應性基團的化合物，多數紙張柔軟劑都具有12～18個碳的疏水性基團。這個長鏈疏水基團可以降低纖維分子間作用力，在纖維之間形成非極性隔離膜，從而使分子鏈易在應力下發生相互滑移和運動，柔軟劑可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、靜摩擦因數，從而獲得平滑柔軟的手感。用于紙張的柔軟劑，其作用之一在于降低纖維間的結合力，使紙張剛性下降，減少紙張對皮膚的摩擦；其二是減少紙張中纖維之間的靜摩擦力，改善纖維的平滑性，使紙變得柔軟并增加紙張滑膩的手感；其三是增加紙的可塑性[17]。柔軟劑與紙漿纖維的作用機理，隨著柔軟劑親水基離子性的不同而有差異。紙張柔軟劑一般要求色淺、無臭、無毒、揮發性小、化學穩定性好等，柔軟劑的分類一般按其極性或離子狀態分為兩類[18]：

一類為表面活性劑，有以下四種：

（1）非離子型柔軟劑，如聚乙二醇酯類、硬脂酸酰胺類等；

（2）陰離子型柔軟劑，如脂肪醇硫酸酯類、土耳其紅油類；

（3）陽離子型柔軟劑，如咪唑啉季銨鹽類、二烷基二甲基季銨鹽類；

（4）兩性型柔軟劑，如甜菜堿型類、咪唑啉類。

另一類為非表面活性劑，主要有以下兩種：

（1）天然油脂、石蠟類柔軟劑：是以天然油脂和石蠟為原料，在乳化劑作用下配制成的乳液；

（2）高分子聚合乳液類柔軟劑：是聚乙烯、聚丙烯、有機硅、聚氨酯樹脂等高分子聚合物制成的乳液。

目前生活用紙中使用的柔軟劑類型主要集中在帶有酰胺鍵、多羥基、烷氧基或其他親水基團的具有酯功能可降解季銨鹽化合物，以及硅氧鍵為骨架的有機硅類柔軟劑等[19]。

（1）可降解季銨鹽化合物

由于生活用紙是一次性使用，不應污染環境，所以要求紙中纖維及其他組分在使用后能快速分解或轉化成其他物質，所用化學助劑能在使用后自行降解，季銨鹽類柔軟劑其分子結構中含有酯基[——O——C(O)一]、酰胺鍵[——NH——C(O)一]這些具有可降解性的基團，使季銨鹽類柔軟劑比其他柔軟劑有更優良的降解性。既能大大改善紙張的柔軟性，又能符合環保要求。

（2）普通長鏈脂肪烴季銨鹽柔軟劑與其他親水性化合物的復配

由于普通長鏈烴季銨鹽柔軟劑存在乳液黏度較大、乳液放置穩定性差、易分層等特點，要克服這些缺點的一個途徑是在配方中添加適當的親水性化合物，如甘油類多羥基化合物、聚乙二醇型非離子表面活性劑、含酰胺鍵物質等，適當提高柔軟劑分子的親水性。聚乙二醇可大部分滲透到纖維素纖維的內部，并由此增強了纖維柔軟性；而長鏈脂肪烴季銨鹽大部分處在纖維素纖維的表面，起著柔軟纖維的作用。

（3）具有Si——O鍵的有機硅類化合物

聚硅氧烷化合物的主鏈是一種易擾曲的螺旋形直鏈結構，十分柔順。通過與纖維之間的交聯以及聚硅氧烷在纖維表面和內部生成高聚合度的彈性網狀結構，使纖維之間的靜摩擦力系數下降，僅用很小的力就能使纖維之間開始滑動，使人感到手感柔軟平滑。其他不同的取代基如胺基能賦予吸附性和柔軟性、聚醚能賦予吸濕性和柔軟性、羥基能賦予柔軟性和潤滑性。各種基團的配合，就使產品具有極佳的柔軟效果。這類柔軟劑是非油性的潤滑劑，能增加柔潤、平滑、干爽、柔和的感覺。從環保方面看，聚硅氧類化合物與動物機體無排異現象，無毒性，不對環境產生有害影響，最適用于生活用紙類的一次性消費品。

浙江傳化華洋化工有限公司的三種柔軟劑型號SR-818、SF-1124B、TF-468K就分別屬于上述三種類型，廣泛用于生活用紙行業，并取得顯著的柔軟效果。

柔軟劑的使用，其添加位置不同，表現出來的效果也不一樣，生活用紙柔軟劑目前主要有三種添加方式：漿內添加、噴淋添加、后加工涂布（乳霜）。漿內添加柔軟劑可以降低紙張的柔軟度，使紙張更柔軟，添加的位置根據實際生產來選擇，越往前端添加，柔軟劑和纖維作用的時間越長，柔軟劑效果越好，但也要注意紙頁強度會過度損失；噴淋到烘缸表面添加可以提高紙張的平滑度，賦予紙張滑爽的手感，所以添加方式要結合紙張手感的需求、產品特性來選擇，也可以采取漿內和噴淋結合的方式來獲取更好的柔軟手感，采用一種或者多種柔軟劑組合添加，來滿足日益高要求的紙張柔軟性。

4 生活用紙化學品的發展趨勢

生活用紙化學品的發展，離不開衛生紙機技術的發展和生活用紙市場需求的發展。紙機的發展不斷呈現出高度自動化和智能化的趨勢，生活用紙化學品也要不斷滿足自動化的添加和控制（如生產智能化、清潔生產、節能降耗方面等需求），市場需求的變化是隨著社會發展，人們生活方式的改變產生的新需求（如疫情時代殺菌、消毒的需求，新生代寵物擦拭的需求等），以及與全球局勢（如中國復興帶動全球對中國生活物資的需求）和國家政策方向方面（如碳中和碳達峰、限塑令、三胎、垃圾分類、可降解、可沖散等政策）的變化都息息相關。

總之，生活用紙化學品一方面在生活用紙抄造過程中，隨著企業清潔化生產管理水平越來越高，生產企業和消費者希望化學品越少用越好，其應用會受到謹慎和關注，另一方面又因為其具有少量高效性，且能有利于生活用紙抄造系統的穩定健康運行和成本的大量節省，賦予產品不同的指標功能，所以又不得不選擇一些相對安全、綠色、環保的必需生活用紙化學品。綜觀現在的迫不得已，放眼未來的低碳健康，生活用紙化學品如何做好朝著健康、綠色、環保，符合國家政策法規規定的方向發展是未來發展的重要課題。