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浅谈造纸工业中表面活性剂的作用

2020-05-14 407 上传者：管理员

摘要：表面活性剂化学特性决定了其只需要很少剂量就可以发挥重要的作用，已成为了一系列企业生产的重要添加剂辅料。本文对造纸工业中制浆过程、造纸湿部中的应用与研究做出总结说明，并提出了产业技术研究发展方向。

关键词：
制浆
纤维
表面活性剂
造纸工业
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表面活性剂是一种同时兼备亲水基团和亲油基团的化合物，因此又被称为双亲分子。利用亲水基团和亲油基团，表面活性剂可以降低液体、固体颗粒表面的表面活化能，起到润湿、乳化、发泡、洗涤、增溶、分散、渗透的特殊作用。基于上述作用，表面活性剂已经逐渐成为了工业生产中必不可少的中间体原料，例如利用表面活性剂的乳化作用所开发出的微乳液体系是制备纳米颗粒的重要场所、利用表面活性剂润湿、渗透作用所开发出的化学驱油技术是提高油田采收率的重要手段。在制浆造纸产业中，制浆单元、纸浆浸湿单元、表面施胶单元、废水处理单元等表面活性剂也发挥了重要的作用，更是推动制浆造纸产业技术升级、生产高品质纸张商品、推动绿色环保制浆造纸技术发展的重要技术支撑点。本文对关于表面活性剂在造纸工业中的应用和研究进展相关论文和报告进行梳理总结^[1]。

1、表面活性剂在蒸煮中的应用

1.1 蒸煮渗透剂

表面活性剂通过吸附在纤维原料表面，改善纤维的表面整体，提高纤维的渗透能力。随着原料纤维渗透作用的提高，蒸煮工艺中的蒸煮物料可以更轻松的渗透到纤维原料内孔道中，更加高效的对纸浆原料中的木质素和树脂进行脱除。理想的用于蒸煮使用的表面活性剂其亲水疏水平衡值（HBL）在7-9之间。阴离子表面活性剂是经典的蒸煮渗透剂，如十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠等。贝克曼库尔特、纳杰科林克姆等公司都使用蒽醌/银离子表面活性剂作为复合蒸煮渗透剂使用，结果表明，相较于为添加渗透剂的工艺，加入0.16kg/t复合蒸煮渗透剂可以提高3.2%以上的浆得率。

1.2 树脂障碍控制剂

经过化学机械处理后的纸浆进入到漂白后，树脂会从纸浆纤维中继续二次析出，析出的树脂会粘附在造纸设备中的毛布、干网等造纸设施上，及造成了设备故障由影响了纸张质量。通过使用如脂肪醇硫酸盐、磷酸酯、烷基苯磺酸及高级醇、烷基季铵盐等表面活性剂可有效的对树脂障碍进行控制^[2]。

1.3 废纸脱墨剂

废纸再生利用是提高资源利用率、缓解环境突出问题、提高企业经济效益的重要措施，废旧纸张回收利用的纸浆工艺中需要添加脱墨剂。传统的脱墨剂主要使用氢氧化钠和硅酸钠，而通过研究发现向脱墨剂中添加一定比例得到表面活性剂可以提高脱墨效果、减少纸张纤维损失。目前，研究热点的脱模剂类型主要为非离子型表面活性、阴离子表面活性，配套添加的无机盐主要为碱性钠、碳酸钠、过氧化氢、硅酸钠等。

2、表面活性剂在造纸湿部中的应用

2.1 施胶乳化剂

施胶剂的作用在于赋予纸张一定的疏水性，施胶剂分为松香类施胶剂和反应性类施胶剂两类。制作松香胶时，体系的连续相为水，因此为了降低松香液与水之间的表面张力，需要添加表面活性剂。根据制作松香胶过程中使用的表面活性剂类型可以分为阴离子型分散松香胶和阳离子型分散松香胶。我国造纸工业中使用的多位阴离子型表面活性剂制备松香施胶剂，如脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、2对苯二酚-3-（联苯乙烯酚二聚氧乙烯）丙烯磺酸等。反应性施胶剂同样为表面活性剂的一种，利用施胶剂中特征官能团与纤维羟基官能团的花萼反应使施胶剂以化学键的方式吸附在纤维表面，以改变纤维的疏水性。反应性施胶剂主要为烷基烯酮二聚体、烯基琥珀酸酐等^[3]。

2.2 纤维分散剂

制浆过程中的纤维、添加剂等与水相溶性差，如果制浆过程中的纤维分散不均匀，纤维之间很容易相互缔合而絮凝，影响纸张的质量，出现多种纸病。纤维分散剂能够改善纤维的亲水性，增加纤维被水浸湿的能力，同时提高纤维之间的静电排斥力，既可以降低纤维之间缔合絮凝的可能，又提高了纤维在水中的分散性。常用的纤维分散剂包括：聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚苯乙烯磺酸盐等^[4]。

2.3 消泡剂

经过化学预处理后的纸浆不能完全脱除木质素和脂肪酸，导致它们在抄纸单元时会与一部分添加剂、高分子树脂等作用产生泡沫，影响纸张质量。因此，在抄纸工艺需要添加表面活性剂消泡剂，消灭产生的气泡。消泡剂包括多元醇、聚醚、有机硅高分子化合物等^[5]。

2.4 柔软剂

随着居民生活水平的提高，人们对柔软纸张的需求量和质量要求越来越高，根据纸张性质分析，纸浆过程中纤维之间的氢键缔合能力与纸张产品强度息息相关。适当的降低氢键缔合作用，可以显著的提高纸张的柔软度。表面活性剂通过化学键结合、静电结合作用吸附在纤维表面，使得纤维外侧形成疏水基团进而提高纸张的柔软性。

3、结语

此外，在纸张表面涂料、涂布过程中也离不开表面活性剂的使用。涂料是一种不稳定的胶体混合物，向涂料中添加分散剂可以保证胶体的稳定性，并能够时颜料更加均匀地分散在胶体中，提高纸张颜料的均匀性。常见的涂料分散剂有聚丙烯酸钠、四聚磷酸钠等[6]。除此之外，为了提高纸张的润滑性，也会在涂料中添加脂肪酸盐润滑剂。可以说，现代化造纸工业已经离不开表面活性剂的使用，进一步强化表面活性剂在造纸工业中各个单元中的作用机理，强化表面活性剂作用效果，是推进造纸工业健康、可持续、稳定发展的重要技术研究方向。

参考文献：

[1]胡廷峰,郭祥峰,贾丽华,等.阳离子双子表面活性剂的应用研究进展[J].精细与专用化学品,2006,14(s1):1-4.

[2]张光华,杨建洲.造纸工业中表面活性剂的应用现状与发展[J].精细化工(4):8-11.

[3]罗洪,付伟.表面活性剂在制浆造纸工业中的应用[J].湖北造纸(4):19-21.

[4]张洪涛,李友明.表面活性剂的润湿､渗透､分散特性在造纸行业中的应用[J].华东纸业,2002,33(1):39-41.

[5]郭丽梅,武首香,姚培正.孪连表面活性剂在造纸工业中的应用前景[J].造纸化学品(2):36-39.

[6]贝俊杰,曹云峰.纤维素基表面活性剂的研究进展及在造纸工业中的应用[J].纤维素科学与技术(4):69-76.

刘鑫,郭志鹏,薛存委.表面活性剂在造纸工业中的应用和研究进展[J].商品与质量,2020,(2):86.