表面活性剂在造纸工业中的应用和发展

表面活性剂在造纸工业中的应用和发展
摘要：表面活性剂是造纸过程中的主要原材料，广泛的使用在造纸制浆、表面施胶、废水处理等过程之中。

随着产业结构的优化升级，木料资源的短缺，废纸再生率的不变提升，为推动环保治理，优化专项高新技术转型升级，新兴的造纸产业设备呈现出大型化的发展趋势。

为推动造纸工业生产，提升造纸质量，在现有技术改革的基础上促进表面活性剂在造纸工业中的应用就显得尤为必要。

故而文本基于现代造纸技术的特点，对表面活性剂在造纸工业中的应用和发展进行全面的分析，以求加快技术革新，推动技术升级。

关键词：表面活性剂；造纸工业；应用
引言：
随着产业结构的升级改革，新兴的表面活性剂在造纸工业生产中的应用逐渐广泛，为更好地发挥造纸工业水平，提升生产质量，技术人员在原有的产业模式下，将表面活性剂的原材料进行了系统的规划，通过化学制剂的合理分配，实现了表面活性剂的重新调剂，也促进了当前的造纸工业生产转型和产业结构的优化升级。

我国传统造纸业发展时间较长，但化学造纸业的起步时间却相对较晚，为更好地加快技术的革新，在原有的产业结构下，加快技术升级改革，调节技术发展模式，也成为了当前造纸工业生产中的主要切入点。

一、表面活性剂在造纸工业中的应用
表面活性剂具有吸附于物质表面，使其表面性质发生变化的特性，它的分子构造由亲水基和憎水基两部分组成，通常的表面活性剂几乎全是分子量为数百(300左右)的低分子量物质。

高分子表面活性剂是指那些分子量在数千以上并具有表面活性功能的高分子化合物。

随着高分子化学工业的迅速发展，各种具有表面活性的高分子化合物引起了人们广泛注意。

最早的高分子表面活性剂有淀粉、纤维素及其衍生物等天然水溶
性高分子化合物。

1951年Stauss将含有表面活性基团的聚合物--- 聚l-十二烷
-4-乙烯吡啶溴化物命名为聚皂，从而出现了合成高分子表面活性剂。

1954年，
美国Wyandotte公司发表了聚(氧乙烯-氧丙烯)嵌段共聚物作为非离子高分子表
面活性剂的报道以后，各种合成高分子表面活性剂相继开发并应用于各种领域。

与常用的低分子表面活性剂相比，高分子表面活性剂降低表面张力的能力差，成
本偏高，始终未能占据表面活性剂领域的优势。

近十余年来由于能源工业(强化
采油、燃油乳化、油／煤乳化)、涂料工业(无皂聚合、高浓度胶乳)、膜科学(仿
生膜、LB膜)的需要，高分子表面活性剂研究有了新的进展，得到了性能良好的
氧化乙烯、硅氧烷共聚物、乙烯亚胺共聚物、乙烯基醚共聚物、烷基酚、甲醛缩
合物、氧化乙烯共聚物等品种。

Gemini型表面活性剂称双子表面活性剂。

从分子结构看，它们又相似于两个
表面活性剂分子的聚结，故有时又称为二聚表面活性剂(dimeric Sill"factants) [4]。

Geminis或dimerics仅是低聚表面活性剂中的一部分，低聚表面活性剂目
前已合成有三聚体和四聚体。

从1991年开始，美国纽约州立大学Brooklyn学院
的Rosen小组采纳了“Gemini”的命名，并系统合成和研究了氧乙烯或氧丙烯柔
性基团连接的Gemini表面活性剂，撰写了一篇综述文章。

同时，法国CharlesSadron研究所的Zana小组也以亚甲基链(-CH2-)作为连接基团研究了一
系列双烷基铵盐表面活性剂。

这些实验结果表明Gemini表面活性剂具有较单烷
烃链和单离子头基组成的普通表面活性剂高得多的表面活性。

例如，和离子头基
连接相同碳原子数链的普通表面活性剂相比，表征其降低表面张力效率的C2n值，Gemini表面活性剂约低3个数量级，而对临界胶团浓度cmc，Gemini表面活性剂
则低2个数量级，故Rosen认为Gemini将成为新一代的表面活性剂。

生物表面活性剂(Biosurfactants)是由微生物所产生的一类具有表面活性的
生物大分子物质。

与化学合成的表面活性剂相比，生物表面活性剂除具有降低表
面张力、稳定乳化液和增加泡沫等相同作用外，还具有一般化学合成表面活性剂
所不具备的无毒、能生物降解等优点。

生物表面活性剂的这些特性尤其适合于石
油工业和环境工程，如石油的生物降粘、提高原油采收率、重油污染土壤的生物
修复等。

另外，生物表面活性剂作为天然添加剂，在食品工业、精细化工、医药
和农业等工业方面也愈来愈受到人们的青睐。

随着人们崇尚自然和环保意识的增
强，生物表面活性剂将有更加广阔的应用前景，并有可能成为化学合成表面活性
剂的替代品或升级换代品。

鉴于表面活性剂能对界面过程产生影响，因此，它往往能有效地改进相关
的工艺过程，或者能改善产品质量，或者可节能降耗，或者能改善环境，使
反应过程绿色化，甚至起到“绿色使者”的作用，将表面活性剂更多的用于绿
色化学的研究，将是表面活性剂未来研究主要方向之一。

表面活性剂在制浆造纸工业中的利用愈来愈受到造纸科学工作者的重视。

据
报导在英国表面活性剂的消费为纸张总产量的0．05％左右。

表面活性剂加入到液体中时，即便浓度超级小，也会自发地引发表面或界面
间张力的强烈降低。

表面活性剂结构上具有两性特点，其一端具有亲水性，另一
端则具有疏水性。

l这种两性分子会自身定向排列在溶液表面上，极性基团伸向
水中，而疏水的烃基则伸向空气或油的界面，从而降低液体的表面张力。

表面活
性剂能起乳化、分散、增溶、润湿、发泡、消泡、润滑、洗涤、柔软、抗静电、
防侵蚀等作用。

制浆进程主如果从木材中将木素、半纤维素、树脂、色素和灰分等尽可能地
与纤维素分离开，表面活性剂的作用就在于分离杂质，提纯纤维素。

在生产人造
纤维的进程中，人们往往在浆粕的碱浸渍时添加表面活性剂，这是借助表面活性
剂的分散作用和洗涤作用来达到除去树脂的效果。

在漂白工序中添加渗透性好的
阴离子和非离子表面活性剂(一般用量为％～％)，能取得均一的漂白效果。

另外，在纸浆漂洗进程中加入洗涤活性物质烷基苯磺酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚，也能取
得良好的洗涤鼓果。

另外在废纸脱墨、造纸施胶、毛毯洗涤及造纸涂布涂料分散
剂等表面活性剂都有普遍的应用。

1、高分子表面活性剂的分类
高分子表面活性剂按离子分类，可分为阴离子型、阳离子型、两性型和非离
子型四种高分子表面活性剂。

高分子表面活性剂按来源分类可分为天然高分子表面活性剂和合成高分子表面活性剂，前者包括半合成高分子表面活性剂。

（1）天然高分子表面活性剂
天然高分子表面活性剂是从动植物分离，精制或经过化学改性而制得的水溶性高分子。

由海藻制的得的藻朊酸，由植物制取的愈疮胶和黄原胶等树脂胶类；从动物制得的酪朊和白朊等均为高分子表面活性剂。

而纤维素衍生物、淀粉衍生物以及制取亚硫酸纸浆的副产品木质素磺酸盐等叫做半合成高分子表面活性剂。

天然高分子表面活性剂具有优良的增粘性、乳化性、稳定性和结合力，并且具有很高的无毒安全性和易降解等特点，所以广泛应用于食品、医药、化妆品及洗涤剂工业。

（2）合成高分子表面活性剂
合成高分子表面活性剂是指亲水性单体均聚或与憎水性单体共聚而成，或通过合成高分子化合物改性．根据单体的种类、合成方法、反应条件和共聚物的组成等的不同可以得到各种各样的高分子表面活性剂。

合成高分子表面活性剂有着广阔的应用前景，有关高分子表面活性剂的合成及其应用的研究正日益得到人们的重视。

2、高分子表面活性剂的应用
（1）高分子表面活性剂在废水处理中应用
高分子表面活性剂作为絮凝剂在废水处理中有着广泛的应用，作为有机絮凝剂的高分子表面活性剂，由于其独特的结构和性质被广泛的应用于城建、环保、造纸、印染、石油开采、食品、制药等各行各业的废水处理中。

其中阳离子高分子絮凝剂、两性高分子絮凝剂、阴离子高分子絮凝剂、非离子高分子絮凝剂作为水处理剂都已用于废水处理。

（2）高分子表面活性剂在纺织印染工业中应用
高分子表面活性剂作为纺织印染助剂应用已有较长历史.聚醚类高分子表面
活性剂常被用作低泡洗涤剂、乳化剂、分散剂、消泡剂、抗静电剂、润湿剂、匀
染剂等；聚乙烯醇等高分子化合物作为增稠剂和保护胶体广泛应用于乳液型印染
助剂的制备中；羧甲基纤维素等纤维素衍生物被用于洗涤剂作为再沾污防止剂；
聚丙烯酸及其共聚物被用作螯合分散剂;木质素磺酸盐、酚醛缩合物磺酸盐等被
用作不溶性染料的分散剂.近年来，高分子表面活性剂在印染助剂领域的应用又
有了较大的发展。

二、表面活性剂在造纸工业中的发展思路
生物表面活性剂的分子结构中既有极性基团又有非极性基团，是一类中性两
极分子。

亲水基团可以是离子或非离子形式的单糖、二糖、多糖、羧基、氨基或
肽链；疏水基团则由饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸或带羟基的脂肪酸组成。

对于像
蛋白质一多糖复合物等一些分子量较大的生物表面活性剂分子，其亲水和疏水部
分可以由不同的分子组成。

生物表面活性剂能在两相界面定向排列形成分子层，
能降低界面的能量，即表面张力，多数生物表面活性剂可将表面张力减小至30mN
／m。

它们在决定界面的流变学特性以及在两相间物质传递方面起着十分重要的
作用。

生物表面活性剂具有良好的热及化学稳定性，如由地衣芽孢杆菌产生的脂
肽在75℃时至少可耐热140h。

生物表面活性剂在pH5．5—12之间保持稳定，当pH小于5．5时，会逐渐失活。

与化学合成的表面活性剂相比，生物表面活性剂
更具优越性，表现在其反应产物均一，可引进新类型的化学基团，其中有些基团
是化学方法难以合成的；生物表面活性剂安全、无毒、生产工艺简单，常温常压
下即可发生反应。

对于表面活性剂在造纸工业中的应用，从目前国内外研究看主要集中在对表
面活性剂的结构改性方面，通过在有机硅的主链上接枝、改性等从而改变表面活
性剂的性能。

这些研究一方面是对不同类型表面活性剂进行改性，一方面是通过
对性能的需求对有机硅进行改性。

表面活性剂由于其两亲分子结构特性，极易富
集于界面，改变界面性质，对界面过程产生影响，因而既广泛地应用于千家万户，又深入应用到了工农业生产的各个部门，因而对其进行绿色化学研究的呼吁较早，范围亦较宽。

根据表面活性剂结构与性能关系的研究成果，设计或改进分子结
构，开发易生物降解、对人体温和的表面活性剂。

降低现有产品中有害物质
含量，推进产品的环境友好化。

表面活性剂的应用已有很长的历史，在古代就
有人用草灰与山羊脂制成香皂。

后来又有人制得磺化蓖麻油，并将其作为去污剂
用于纺织、制革等工业生产中。

表面活性剂只有溶于水或有机溶剂后才能发挥其特性。

因此，表面活性剂的
性能系对其溶液而言，应具有下列特点：
(1)双亲(双增)性：表面活性剂的分子中同时含有亲水(憎油)性的极性基团
和亲油(憎水)性的非极性基团，因此使表面活性剂既具有亲水又有亲油的双亲性。

(2)溶解性：表面活性剂至少应溶于液相中的某一向。

(3)表面吸附：表面活性剂的溶解，使溶液的表面自由能降低，产生表面吸附，当吸附达平衡时，表面活性剂在溶液内部的浓度小于溶在表面的浓度。

(4)界面定向排列：吸附在界面上的表面活性剂分子，能定向排列成单分子膜。

(5)形成胶束：表面活性剂溶于水，并达到必然浓度时，表面张力、渗透压、电导率等溶液性质发生急剧的转变。

此时，表面活性剂的分子会产生凝聚而生成
凝胶物开始出现这种转变的极限浓度称为临界胶束浓度，简称CMC；
(6)多功能性：表面活性剂在其溶液中显示多种功能。

如能降低表面张力，
具有发泡、消泡、分散、乳化、湿润、抗静电、增溶、杀菌、防腐等。

有时也可
表现为单一功能。

总结：在社会发展的关键时期，产业技术转型的关键阶段，只有充分结合国
家的相关要求，立足企业发展核心，全面深化环境保护治理工作，才能有效的推
进各项能源产业的生产转型提升能源产业的市场竞争力和价值。

因此在社会发展
的关键时期，在不影响工业化发展进程的前提下，全面推进化工企业的产业转型
尤为重要。

化工企业只有不断深化节能环保产业化的发展，才能进一步提升自身
的市场竞争力，实现自身的市场价值，发挥自身的作用，有效的为人民的生活贡
献自己的价值。

随着对表面活性剂研究的深入，其在造纸工业中的应用也会进一
步扩大。

可以预见，在不久的将来，表面活性剂的应用会受到更多关注。

参考文献：
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