表面活性劑在造紙工業(yè)中的應(yīng)用和研究進(jìn)展

劉鑫 郭志鵬 薛存委

濮陽龍豐紙業(yè)有限公司 河南濮陽 457000

表面活性劑是一種同時(shí)兼?zhèn)溆H水基團(tuán)和親油基團(tuán)的化合物，因此又被稱為雙親分子。利用親水基團(tuán)和親油基團(tuán)，表面活性劑可以降低液體、固體顆粒表面的表面活化能，起到潤濕、乳化、發(fā)泡、洗滌、增溶、分散、滲透的特殊作用?；谏鲜鲎饔茫砻婊钚詣┮呀?jīng)逐漸成為了工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的中間體原料，例如利用表面活性劑的乳化作用所開發(fā)出的微乳液體系是制備納米顆粒的重要場所、利用表面活性劑潤濕、滲透作用所開發(fā)出的化學(xué)驅(qū)油技術(shù)是提高油田采收率的重要手段。在制漿造紙產(chǎn)業(yè)中，制漿單元、紙漿浸濕單元、表面施膠單元、廢水處理單元等表面活性劑也發(fā)揮了重要的作用，更是推動(dòng)制漿造紙產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)、生產(chǎn)高品質(zhì)紙張商品、推動(dòng)綠色環(huán)保制漿造紙技術(shù)發(fā)展的重要技術(shù)支撐點(diǎn)。本文對(duì)關(guān)于表面活性劑在造紙工業(yè)中的應(yīng)用和研究進(jìn)展相關(guān)論文和報(bào)告進(jìn)行梳理總結(jié)[1]。

1 表面活性劑在蒸煮中的應(yīng)用

1.1 蒸煮滲透劑

表面活性劑通過吸附在纖維原料表面，改善纖維的表面整體，提高纖維的滲透能力。隨著原料纖維滲透作用的提高，蒸煮工藝中的蒸煮物料可以更輕松的滲透到纖維原料內(nèi)孔道中，更加高效的對(duì)紙漿原料中的木質(zhì)素和樹脂進(jìn)行脫除。理想的用于蒸煮使用的表面活性劑其親水疏水平衡值（HBL）在7-9之間。陰離子表面活性劑是經(jīng)典的蒸煮滲透劑，如十二烷基苯磺酸鈉、脂肪醇硫酸鈉、烷基酚聚氧乙烯醚硫酸鈉等。貝克曼庫爾特、納杰科林克姆等公司都使用蒽醌/銀離子表面活性劑作為復(fù)合蒸煮滲透劑使用，結(jié)果表明，相較于為添加滲透劑的工藝，加入0.16kg/t復(fù)合蒸煮滲透劑可以提高3.2%以上的漿得率。

1.2 樹脂障礙控制劑

經(jīng)過化學(xué)機(jī)械處理后的紙漿進(jìn)入到漂白后，樹脂會(huì)從紙漿纖維中繼續(xù)二次析出，析出的樹脂會(huì)粘附在造紙?jiān)O(shè)備中的毛布、干網(wǎng)等造紙?jiān)O(shè)施上，及造成了設(shè)備故障由影響了紙張質(zhì)量。通過使用如脂肪醇硫酸鹽、磷酸酯、烷基苯磺酸及高級(jí)醇、烷基季銨鹽等表面活性劑可有效的對(duì)樹脂障礙進(jìn)行控制[2]。

1.3 廢紙脫墨劑

廢紙?jiān)偕檬翘岣哔Y源利用率、緩解環(huán)境突出問題、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要措施，廢舊紙張回收利用的紙漿工藝中需要添加脫墨劑。傳統(tǒng)的脫墨劑主要使用氫氧化鈉和硅酸鈉，而通過研究發(fā)現(xiàn)向脫墨劑中添加一定比例得到表面活性劑可以提高脫墨效果、減少紙張纖維損失。目前，研究熱點(diǎn)的脫模劑類型主要為非離子型表面活性、陰離子表面活性，配套添加的無機(jī)鹽主要為堿性鈉、碳酸鈉、過氧化氫、硅酸鈉等。

2 表面活性劑在造紙濕部中的應(yīng)用

2.1 施膠乳化劑

施膠劑的作用在于賦予紙張一定的疏水性，施膠劑分為松香類施膠劑和反應(yīng)性類施膠劑兩類。制作松香膠時(shí)，體系的連續(xù)相為水，因此為了降低松香液與水之間的表面張力，需要添加表面活性劑。根據(jù)制作松香膠過程中使用的表面活性劑類型可以分為陰離子型分散松香膠和陽離子型分散松香膠。我國造紙工業(yè)中使用的多位陰離子型表面活性劑制備松香施膠劑，如脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、2-對(duì)苯二酚-3-（聯(lián)苯乙烯酚二聚氧乙烯）丙烯磺酸等。反應(yīng)性施膠劑同樣為表面活性劑的一種，利用施膠劑中特征官能團(tuán)與纖維羥基官能團(tuán)的花萼反應(yīng)使施膠劑以化學(xué)鍵的方式吸附在纖維表面，以改變纖維的疏水性。反應(yīng)性施膠劑主要為烷基烯酮二聚體、烯基琥珀酸酐等[3]。

2.2 纖維分散劑

制漿過程中的纖維、添加劑等與水相溶性差，如果制漿過程中的纖維分散不均勻，纖維之間很容易相互締合而絮凝，影響紙張的質(zhì)量，出現(xiàn)多種紙病。纖維分散劑能夠改善纖維的親水性，增加纖維被水浸濕的能力，同時(shí)提高纖維之間的靜電排斥力，既可以降低纖維之間締合絮凝的可能，又提高了纖維在水中的分散性。常用的纖維分散劑包括：聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚苯乙烯磺酸鹽等[4]。

2.3 消泡劑

經(jīng)過化學(xué)預(yù)處理后的紙漿不能完全脫除木質(zhì)素和脂肪酸，導(dǎo)致它們?cè)诔垎卧獣r(shí)會(huì)與一部分添加劑、高分子樹脂等作用產(chǎn)生泡沫，影響紙張質(zhì)量。因此，在抄紙工藝需要添加表面活性劑消泡劑，消滅產(chǎn)生的氣泡。消泡劑包括多元醇、聚醚、有機(jī)硅高分子化合物等[5]。

2.4 柔軟劑

隨著居民生活水平的提高，人們對(duì)柔軟紙張的需求量和質(zhì)量要求越來越高，根據(jù)紙張性質(zhì)分析，紙漿過程中纖維之間的氫鍵締合能力與紙張產(chǎn)品強(qiáng)度息息相關(guān)。適當(dāng)?shù)慕档蜌滏I締合作用，可以顯著的提高紙張的柔軟度。表面活性劑通過化學(xué)鍵結(jié)合、靜電結(jié)合作用吸附在纖維表面，使得纖維外側(cè)形成疏水基團(tuán)進(jìn)而提高紙張的柔軟性。

3 結(jié)語

此外，在紙張表面涂料、涂布過程中也離不開表面活性劑的使用。涂料是一種不穩(wěn)定的膠體混合物，向涂料中添加分散劑可以保證膠體的穩(wěn)定性，并能夠時(shí)顏料更加均勻地分散在膠體中，提高紙張顏料的均勻性。常見的涂料分散劑有聚丙烯酸鈉、四聚磷酸鈉等[6]。除此之外，為了提高紙張的潤滑性，也會(huì)在涂料中添加脂肪酸鹽潤滑劑。

可以說，現(xiàn)代化造紙工業(yè)已經(jīng)離不開表面活性劑的使用，進(jìn)一步強(qiáng)化表面活性劑在造紙工業(yè)中各個(gè)單元中的作用機(jī)理，強(qiáng)化表面活性劑作用效果，是推進(jìn)造紙工業(yè)健康、可持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展的重要技術(shù)研究方向。