表面活性剂在造纸工业中的应用-东莞宏其纺织染整助剂厂有限公司

表面活性剂在造纸工业中的应用

发布时间:2019/6/24 14:20:27

    随着科学技术的发展和人类对纸张的需求,造纸化学品在造纸工业上的应用日益广泛,其使用也越来越受到造纸工作者的重视。表面活性剂是造纸化学品的重要组成部分,由于其结构和组成不同分别具有润湿、渗透、乳化、分散、破乳、发泡、消泡等功效。本文就表面活性剂在蒸煮、废纸脱墨、施胶、涂布、特种加工纸中的应用做简单介绍。


    1 表面活性剂的分类


    溶液中含有少量溶质,能够使表面张力大幅度下降,这一类物质称为表面活性剂。表面活性剂一般按其亲水性基团的特点来分类。总体上分为两大类,即离子型的和非离子型的,在非离子型的亲水基团中可以进一步引进离子基,则又称为混合型的。离子型表面活性剂又包括阴离子型、阳离子型和两性表面活性剂,而非离子型的又分为羟基聚氧乙烯醚型、聚醚型和多元醇型。


    2 表面活性剂在造纸工业中的应用


    表面活性剂由于结构和组成不同,分别具有润湿、渗透、乳化、分散、破乳、发泡、消泡、洗涤去污、抗静电等功能,已广泛应用于制浆造纸工业中。非离子型表面活性剂不受电解质、pH 值等影响,稳定性较好,可与其它表面活性剂混合使用;而阳离子型和特殊表面活性剂价格昂贵,都仅用于特殊场合。造纸工业中多采用阴离子和非离子型表面活性剂。


    2.1 在蒸煮中的应用


    蒸煮的目的是最大限度地让化学药剂与原料中的木素反应,使之溶出,而获得纤维素保留部分半纤维素。利用表面活性剂的润湿和渗透能力,使表面张力已下降的蒸煮液易于渗透到料片中,加快反应速度。同时,有利于反应产物的扩散溶出。应用最早的是亚硫酸盐蒸煮中加入十二烷基磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠,有降低纸浆硬度的作用。在氧碱蒸煮中加入十二烷基苯磺酸钠,可以提高浆的白度,显著降低卡伯值而不影响得率。绿氧和蒽醌衍生物,均为蒽醌与表面活性剂的复配物。蒸煮过程中加入的表面活性剂可转入到废液中,使洗涤过程中的滤阻降低,改善滤水性;可促使废液中的树脂乳化,随废液洗除;减轻废液蒸发中的结垢,降低废液的黏度。


    2.2 消除树脂障碍


    植物纤维原料中的树脂,在酸法制浆中有一半左右保留在浆料中,在化机浆和机械浆中有更多的保留。这些树脂在抄纸过程中可以沉积于设备、纸机铜网、辊面、毛毯及烘缸上,造成树脂障碍,严重影响生产,还会产生纸病。另外在废纸的使用过程中,废纸中的胶黏剂、油墨、涂布黏合剂等树脂性物质同样会产生树脂障碍影响抄纸。因此,对树脂障碍助剂的开发利用越来越重要。解决树脂障碍有以下途径:通过加入表面活性剂使树脂形成悬浮液,随浆料的洗涤过程除去;


    根据树脂颗粒的负电性和憎水性,用Al 3+ 等吸附、沉积;用阳离子表面活性剂与树脂粒子作用,改变树脂粒子的表面电性,使树脂稳定地沉淀在纤维表面上随纸页抄出;


    由于金属设备表面带正电荷,使用阳离子表面活性剂处理,其阳离子基将受斥向外而借助范德华力吸附于表面,向外的阳离子基具有极性,形成水化膜,使憎水的树脂不易吸附。


    2.3 废纸脱墨


    随着环保压力的日益增加,为了缓解纸浆原料不足,减少环境污染,节省能源,降低成本,减少森林砍伐,废纸的回收利用越来越引起人们的重视。废纸脱墨方法有洗涤法和浮选法。无论哪种方法都需要使用脱墨剂。废纸脱墨的原理是借助表面活性剂使纤维与油墨湿润、渗透、膨胀、乳化分散、发泡和絮凝等作用,将油墨中的植物油、松香及矿物油等除去。脱墨剂通常是由表面活性剂与无机药品或是多种表面活性剂的复配物组成。洗涤法:碎解的机械作用和药品的化学作用使墨粒与纤维分离,形成稳定的悬浮液,以便随水洗出,利用表面活性剂的润湿和渗透性能,促进药品和油墨的反应,使之分散和乳化。


    浮选法:分散后的油墨必须具有一定的粒度和憎水性,这样才能很好地被气泡所吸附,故反应阶段有润湿、渗透、分散和乳化作用;浮选阶段则应有凝聚、起泡及防止再吸附等作用,因此必须合理地选择多种表面活性剂起到凝聚、起泡及防止再吸附等作用。


    作为脱墨剂的表面活性剂主要有:脂肪酸盐、磺酸盐、硫酸盐、磷酸酯盐、磺基琥珀酸酯等阴离子型;胺盐、季铵盐阳离子型;甜菜碱、氨基酸两性型;烷氧基化物、多元醇胺、脂肪酸烷酯、烷基糖苷非离子型。选用何种表面活性剂需视印刷品情况及脱墨方法而定。


    2.4 施胶中乳液的制备


    施胶剂中的游离松香胶、石蜡胶、AKD等,都要制成乳液供生产使用。在乳液的制造过程中,需采用表面活性剂作为乳化剂。例如分散松香胶的乳化,可采用聚醚硫酸盐、聚醚磷酸盐等阴离子表面活性剂,也可以用十二烷基二甲基苄基氯化铵等阳离子表面活性剂。乳化的关键技术是保证形成稳定高紧密度的介面膜,这就要求乳化剂的浓度应足够高,而且要合理复配,以满足使用要求。例如用离子型表面活性剂加入少量的高分子量的醇类,可以显著提高功效。


    2.5 消泡剂


    在制浆造纸及纸加工过程中,蒸煮和漂白的化学反应会使纤维原料降解产生许多表面活性物质。如果浆料洗涤不干净,这些表面活性物质将对生产产生许多不利的影响,如产生泡沫,严重时泡沫外溢,影响卫生和生产操作,影响施胶效果,同时造成细小纤维流失增大,在抄纸过程中,泡沫会产生挂浆、腐浆,泡沫上网后可形成洞眼等纸病。泡沫具有很大的危害,因此消泡剂的使用在造纸业很普遍。消泡剂分为抑泡剂和消泡剂。抑泡剂是阻止泡沫的形成,消泡剂是破坏已形成的泡沫。抑泡剂是增大表面张力或提高液体的黏度,使泡沫不容易形成;消泡剂则是有更低的表面张力,加入体系后,在泡沫表面迅速取代原有的表面活性剂,消泡剂本身的成膜性不好,居于表面后泡沫随之破裂。


    2.6 柔软剂


    表面活性剂能在纤维表面形成疏水基向外的反吸附,降低纤维的动、静摩擦因素,从而使纸张质地柔软,手感舒适。通常是将表面活性剂和油剂一起使用。纸纤维表面带负电荷,用阳离子、两性离子或非离子表面活性剂会起到更好的效果,目前国内主要品种有烷基季铵盐、有机硅、聚氧化乙烯、聚乙烯醚等,有机硅表面活性剂的效果最佳,但价格昂贵,需和其它柔软剂配合使用以降低成本。


    2.7 分散剂


    浆料中加入分散剂主要是为了减少纤维絮聚,使纤维均匀分布于纸面,使纤维表面形成双分子层结构,外层分散剂极性端与水有较强的亲和力,增加被水润湿的程度,并因静电的排斥力而被分离,达到分散的效果。常用的分散剂有PAM、PEO等。分散剂在涂布纸中也是比较重要的助剂,其中大多数为表面活性剂,确保涂料中的颜料不发生絮凝和沉淀,使涂料的黏度尽可能低,具有良好的流动性和涂布适应性。


    2.8 防水防油剂


    在纸张的加工过程中,有许多特种纸需要防水、防油处理,以满足使用要求,常用表面活性剂做为纸张处理剂。用含氟表面活性剂可使纸张具有非常好的防水防油作用,且无毒,可用于食品包装。其原理是氟化物能降低纸张的表面张力,从而达到排斥油脂、烃类及其它含油液体的目的。


    2.9 抗静电剂


    生产特种纸时往往需要抗静电处理,用表面活性剂作为抗静电剂,可在材料表面形成正向吸附,疏水基向材料表面,亲水基向空间,纤维离子导电性增加,产生放电现象,使表面电阻下降,从而防止了电荷积累,起到抗静电作用。常用的为阳离子表面活性剂,其次是两性表面活性剂,有些阴离子表面活性剂也有较好的抗静电效果。


    表面活性剂还可应用于毛毯清洗剂、废水处理剂、润滑剂等方面。


    3 结语 


    综上所述,表面活性剂可应用于造纸工业的整个过程。随着造纸工业的高速发展,我国在造纸用表面活性剂的应用方面已有很大发展,但与国外相比还有很大差距,应加强造纸用表面活性剂的开发研制,根据市场及产品的需求,开发高效、低污染、低成本、多元化的新型化学品,重点是蒸煮、中性施胶、废纸处理、加工纸、环境保护等方面的表面活性剂,使得表面活性剂在造纸工业中发挥越来越重要的作用。


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