表面活性剂在造纸工业中的应用

表面活性剂在造纸工业中的应用

∙类别：

制浆造纸工业

∙作者：

姚献平

∙关键词：

表面活性剂,造纸化学品,造纸

∙【内容】

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表面活性剂是造纸化学品的重要组成部分, 广泛应用于造纸制浆、湿部、表面施胶、涂布以及废水处理等过程。

近几年来, 由于世界木材紧缺, 废纸再生率大大提高, 严格的环保立法这三方面的因素, 加上各种高新技术的发展, 如造纸设备的大型化、高速化, 纸与纸板多样化、高档化的影响和需求, 各种新颖的造纸化学品正不断涌现, 它们对提高造纸的产量、改善质量、降低污染以及提高经济效益等方面均起着举足轻重的作用。因此世界各国都十分注重造纸化学品的开发和生产, 其总体发展速度始终保持在3% ～4% 的增幅, 有些特殊新品种由于技术上的突破增幅更是高达10% 以上。全球销售总额已达到85 亿美元。美国销售额增长率达到 4.8%, 日本销售额的年增长率高达11.32%, 西欧 3.13%, 其中增长较快的品种是助留助滤剂、施胶剂、增强剂、防腐杀菌剂、树脂障碍/ 沉积物控制剂、脱墨剂等造纸用精细化学品, 而这些造纸精细化学品几乎都离不开表面活性剂。

中国造纸化学品的开发应用起步较晚,70 年代还几乎空白。随着物质生活水平不断提高, 人们对纸张质量要求越来越高, 对纸张的需求量越来越大。近年来我国造纸工业持续高速发展,1998 年我国纸和纸板产量为2800 万ｔ, 居世界第三位, 而消费总量为3340 万ｔ, 预计我国造纸工业还将继续快速发展, 造纸化学品的开发和应用已引起了国家有关部门及大专院校、科研院所的高度重视, 目前国内已开发了上百个品种系列。1990 年原化工部正式批准成立原

化工部造纸化学品技术开发中心,1995 年国家民政部正式批准成立中国造纸化学品工业协会, 还编辑出版了中国造纸化学品工业协会会刊《造纸化学品》。根据中国造纸化学品工业协会初步调查分析, “九五”

末我国造纸化学品实际销量约25 万ｔ, 到“十五”末有可能达到60 万ｔ。因此中国造纸化学品行业是一个很有发展前景的朝阳行业。

1 造纸工业用表面活性剂

1.1 在制浆中的应用

造纸用纤维原料主要来自于木浆、非木材纤维浆以及再生纤维浆, 木

浆和非木材纤维浆又可分为机磨浆和化浆, 表面活性剂在化浆中主要用

作蒸煮助剂, 在再生纤维浆中主要用作废纸脱墨剂。

1.1. 1 蒸煮助剂

表面活性剂用作蒸煮助剂, 可以促进蒸煮液对纤维原料的渗透,

增进蒸煮液对木材或非木材中木质素和树脂的脱除, 并起分散树脂的作用, 用作树脂脱除剂的阴离子表面活性剂有十二烷基苯磺酸钠、四聚丙烯

苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、二甲苯磺酸、缩合萘磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯

醚硫酸钠等; 非离子表面活性剂有烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚醚等。用非离子表面活性剂脱除树脂时, 以壬

基酚聚氧乙烯醚最为有效, 阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的复

配共用效果更好, 既可促进木质素和树脂的脱除, 又能提高纸浆得率, 例如: 添加质量比为1∶(1 ～2) 的二甲苯磺酸和缩合萘磺酸钠与壬基

酚聚氧乙烯醚的复合物, 即可收到良好的树脂脱除效果。

1.1 .2 废纸脱墨剂

由于世界范围内造纸原生纤维原料的日趋紧张及环保意识的日益增

强, 废纸再生作为造纸原料已成为造纸纤维原料的重要来源, 许多经

济发达国家都已立法支持废纸回用技术的开发研究工作, 并规定了某些

纸种中二次纤维的法定含量。近年来, 废纸回收率和废纸在造纸原料中的

占有率迅速提高。

我国木材纤维紧缺, 近年来废纸进口量急增,1985 年为 3 万

ｔ,1990 年为42 万ｔ,1995 年增加到90 多万ｔ, 目前已达到

250 多万ｔ。以废纸脱墨剂添加量0.3% 计, 仅处理进口废纸, 年需废

纸脱墨剂7500 ｔ以上。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、絮凝和捕集、洗涤。工艺方法

主要有: ①洗涤法: 突出分散功能, 使油墨易于分散形成胶体而脱

除。②浮选法: 适度起泡, 再进行油墨捕集等。③洗涤法和浮选法两者

结合。废纸脱墨化学品主要有碱、水玻璃、螯合剂、双氧水、表面活性剂、钙盐等, 其中表面活性剂为重要角色。作为废纸脱墨剂的主要表面活性剂有: 阴离子型: 脂肪酸盐、磺酸盐、硫酸盐、磷酸酯盐、磺基琥珀酸酯。阳离子型: 胺盐、季铵盐。两性型: 甜菜碱、咪唑啉、氨基酸盐。非离

子型: 烷氧基化物、多元醇酯、脂肪酸烷酯、烷醇酰胺、烷基糖苷。选用

何种表面活性剂视印刷品情况及脱墨工艺而定, 因此严格地说废纸脱墨

剂主要是一种表面活性剂系列的复合配方。

1.2 在造纸湿部中的应用

在制浆工序之后, 在纸页烘干之前称为造纸湿部, 在造纸湿部添

加的化学品称为湿部化学品, 在湿部化学品中也有许多是表面活性剂。

1.2 .1 施胶剂

施胶剂是重要的湿部化学品, 其作用是使纸和纸板获得抗水性能, 多数用于书写、印刷、包装和建筑用纸和纸板。施胶剂主要为松香类施胶

剂与合成类施胶剂两类。我国造纸施胶剂的开发应用较为落后, 以前大多

采用皂化松香施胶剂和用马来酸酐加成制得的强化松香施胶剂。近年来发

展为分散松香, 有阴离子分散松香胶、阳离子分散松香胶等。施胶ｐＨ从4.5 ～ 5.5 发展到可以容纳碳酸钙作填料近中性施胶。分散松香胶制备

是一物理化学过程, 固体松香吸收热量变为液态松香, 松香液和水之

间存在着极大的界面张力, 要降低这一界面张力只有通过加入表面活性

剂达到。分散松香胶乳化剂和分散剂均为表面活性剂, 选择好表面活性剂

是制备分散松香胶的关键, 常用的有阴离子、阳离子及两性离子等。我国

目前用得最多的是阴离子分散松香胶, 常用的乳化剂为聚氧乙烯型,

如脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、2-对苯二酚-3 -(连苯乙烯酚二聚氧乙烯) 丙烯磺酸钠、2-羟-3-(壬基苯氧基聚氧乙烯)丙烯磺酸钠等。有的采用阳

离子聚丙烯酰胺、聚酰胺聚胺表氯醇、阳离子淀粉等作为阳离子乳化剂制

备出阳离子分散松香胶。

合成类施胶剂, 主要有烷基烯酮二聚体( ａｌｋｙｌｋｅｔｅ

ｎｅｄｉｍｅｒ) 简称ＡＫＤ和烯基琥珀酸酐( ａｌｋｅｎｙｌ

ｓｕｃｃｉｎｉｃａｎｈｙｄｒｉｄｅ) 简称ＡＳＡ。这二类施胶剂由

于均含有活性基团, 可以与纤维的羟基起反应而保留在纤维上, 故也

称反应性施胶剂。由于这类施胶剂可容纳较高的ｐＨ条件( ｐＨ

=7.5 ～8.5), 可以使用廉价的碳酸钙作填料, 提高纸张的强度、白度, 改善抄造性能而受到造纸行业的欢迎。目前发达国家50% 以上的高档纸已

实现中、碱性抄造。

我国从1989 年开始引进中性抄纸化学品及技术, 现已逐步国产化

并在高档纸中迅速普及, 如铜版纸几乎80% 已采用中性施胶剂( 主要

为ＡＫＤ) 抄造。ＡＫＤ、ＡＳＡ本身不溶于水, 采用聚氧乙烯型非离

子表面活性剂作为乳化剂, 可以制得稳定性好的ＡＫＤ乳液。

1. 2 .2 树脂障碍控制剂

经过制浆处理后的纸浆在漂白过程中会析出残余的树脂, 如不及时

分离会形成黏性淤积物, 粘附于设备、纸机铜网、毛布及烘缸上, 造成

造纸障碍, 影响正常抄纸, 还会产生纸病。另外在废纸大量采用的今