表面活性劑在紙張柔軟中的應(yīng)用
表面活性劑在紙張柔軟中的應(yīng)用
柔軟性是對(duì)纖維而言。表面活性劑能在纖維表面形成疏水基向外的反向吸附，降低纖維物質(zhì)的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)，從而獲得平滑柔軟的手感。通?？偸菍⒈砻婊钚詣┖陀蛣┮黄鸹旌鲜褂?，表面活性劑可有效降低纖維物質(zhì)的靜摩擦因數(shù)，油劑則可以降低纖維物質(zhì)的動(dòng)摩擦因數(shù)。柔軟潤(rùn)滑的效果可以用靜摩擦因數(shù)和動(dòng)摩擦因數(shù)的差值來(lái)表示，差值愈小，柔軟潤(rùn)滑性愈強(qiáng)。
不同類(lèi)型的柔軟劑適用于不同類(lèi)型的纖維表面。紙纖維表面帶負(fù)電荷，用陽(yáng)離子或兩性離子表面活性劑的效果要好得多。柔軟劑、平滑劑的配方中除了表面活性劑外，一般要加入有機(jī)硅高分子或羊毛脂這樣的脂類(lèi)，以充分降低纖維表面能。
在柔軟劑中以有機(jī)硅表面活性劑和有機(jī)硅高分子的效果最佳，但原料價(jià)格較高，往往要和其他柔軟性組分配合使用以降低成本。
柔軟劑作用機(jī)理
紙纖維分子鏈中含有多個(gè)羥基，且為直鏈型大分子，鏈間有著很強(qiáng)的分子間力及氫鍵締合，具有較高的結(jié)晶度，屬于剛性鏈。通過(guò)打漿等機(jī)械作用及加入各種化學(xué)品可使得纖維分子分散、降解和降低結(jié)晶度，能夠起到一定的助軟作用。但這還遠(yuǎn)不能滿足對(duì)紙的柔軟要求，故近年來(lái)國(guó)內(nèi)外都十分重視柔軟劑的研究和應(yīng)用。
要使紙張柔軟，應(yīng)使其中的纖維分子間的相互作用力降低，使鏈段和分子鏈都能夠運(yùn)動(dòng)，而柔軟劑的作用則是在纖維之間形成非極性隔離膜，這樣分子鏈易在應(yīng)力下發(fā)生相互滑移和運(yùn)動(dòng)。紙張柔軟劑大多數(shù)是含有Cl6以上的疏水性基團(tuán)的表面活性劑。在適宜的工藝條件下，附著在纖維的表面上，可形成包裹纖維的疏水膜，從而使纖維構(gòu)成的紙頁(yè)柔軟性得到改善，如陰離子型表面活性劑中的硫酸酯、磺化蓖麻油和非離子表面活性劑中的聚乙二醇酯等，當(dāng)附著在纖維表面時(shí)會(huì)顯示其柔軟效果。
陽(yáng)離子表面活性劑中的陽(yáng)離子基可以直接與帶負(fù)電荷的纖維結(jié)合，疏水基在纖維外側(cè)形成低能表面，其柔軟效果特別好，如美國(guó)杜邦化學(xué)公司制造的ze1an(商品名)就是陽(yáng)離子表面活性劑，易，溶于溫水中，形成透明的泡沫溶液，能與纖維素纖維形成醚鍵結(jié)合，使紙張獲得永久的柔軟效果，其分子式為[C17H35CON—HCH2CH2NHR2]+C1-。英國(guó)ICI公司制造的Ve1an(商品名)也是這類(lèi)表面活性劑。兩性表面活性劑的適應(yīng)范圍較寬，其陽(yáng)離子基可和纖維作用，陰離子基則可通過(guò)紙漿中的聚電解質(zhì)或鋁離子與纖維結(jié)合，同樣可使疏水基排列向外，使表面能大大降低。另外陽(yáng)離子及兩性表面活性劑均具有抑菌性和殺菌能力，可有效防止紙的發(fā)霉。
有機(jī)硅高分子的柔軟機(jī)理是以極性的硅氧鏈與纖維形成氫鍵，而疏水基朝外排列形成低能薄膜，大大減少纖維問(wèn)的分子間力，故有機(jī)硅高分子是效果最好的一類(lèi)紙張柔軟劑。聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、石蠟及硬脂酸酯、硬脂酸雙酰胺、羊毛脂等，主要是滲透到纖維間，起到隔離和潤(rùn)滑作用，使纖維分子易于運(yùn)動(dòng)。
柔軟劑種類(lèi)及主要品種
(1)陽(yáng)離子表面活性劑如脂肪酸雙酰胺環(huán)氧氯丙烷主要用于對(duì)柔軟性要求較高的紙張，如衛(wèi)生紙、皺紋紙、衛(wèi)生巾、手帕紙、餐巾紙等紙品，該種柔軟劑能與纖維素纖維發(fā)生靜電結(jié)合，并可與陽(yáng)離子或非離子活性劑一起使用，互溶性能良好。
(2)兩性離子表面活性劑 兩性咪唑啉及甜菜堿型表面活性劑均可用作紙張柔軟劑。已在造紙工業(yè)中應(yīng)用的有1-(β-氨乙基)-2-十七烷基咪唑啉羧酸衍生物。
(3)有機(jī)硅表面活性劑 有機(jī)硅表面活性劑屬于特種表面活性劑，作為柔軟劑使用的主要是陽(yáng)離子有機(jī)硅季銨鹽型。l967年美國(guó)道康公司第一個(gè)發(fā)表專(zhuān)利，研制出有機(jī)硅季銨鹽，商品名為DC-5700，結(jié)構(gòu)式如下：(CH3O)3Si(CH2)3N(CH3)2C18H37C1-
該化合物同時(shí)含有季銨鹽和三個(gè)甲氧基的硅烷。這一有機(jī)硅表面活性劑帶有三個(gè)易水解的甲氧基，水解為易起交聯(lián)反應(yīng)的硅羥基，能牢固地附著于纖維表面，起到柔軟作用。同時(shí)還有較強(qiáng)的殺菌、抑菌能力，可滲透人細(xì)菌的細(xì)胞壁，使細(xì)胞壁的蛋白質(zhì)凝固，從而達(dá)到殺菌抑菌的目的。我國(guó)自20世紀(jì)80年代以來(lái)，亦開(kāi)發(fā)出和DC-5700結(jié)構(gòu)與性能相似的有機(jī)硅季銨鹽表面活性劑，如以含氫硅油與縮水甘油烯丙醚反應(yīng)，生成帶環(huán)氧基的硅油，然后與二甲胺反應(yīng)生成有機(jī)硅叔胺，再與氯甲烷在壓力下反應(yīng)生成有機(jī)硅季銨鹽。
(4)其他柔軟劑
①硬脂酸聚氧乙烯酯 亦稱(chēng)柔軟劑SME-4，屬非離子性柔軟劑。外觀為米黃色膏狀物，可溶于水乙醇、乙醚和甲苯等，可與各種表面活性劑混用，水溶液pH值為中性，皂化值為80～90，HLB值為l0.0。
②氧化聚乙烯 氧化聚乙烯乳液可由低分子聚乙烯經(jīng)氧化、乳化而成。外觀為白色乳液；固含量20％：pH值接近于7；分散相粒度≤0．5μμm；能穩(wěn)定l年以上。主要用作紙張柔軟劑及高光紙的防黏劑。
③羊毛脂 一般不單獨(dú)使用，因其為油溶性表面活性劑，主要成分是高碳酸高碳醇酯、膽甾醇等，具有極好的潤(rùn)滑性能，可與蠟類(lèi)及其他親水性表面活性劑配合，得到乳液型柔軟劑。這類(lèi)柔軟劑在國(guó)外已大量應(yīng)用?？蓪⒀蛎M(jìn)行聚氧乙烯化反應(yīng)可改善其親水性及其他性質(zhì)，使之更適合于作為紙張柔軟劑。
④乳化蠟 可分為非離子型、陽(yáng)離子型和陰離子型。作為紙張柔軟劑主要是用陽(yáng)離子型的產(chǎn)品。即將陽(yáng)離子表面活性劑和非離子表面活性劑加入蠟中，經(jīng)乳化后得到穩(wěn)定蠟乳液。為了改性，可加入有機(jī)硅油和液體石蠟。加入乳化蠟不僅可改善柔軟度，還可提高平滑度，降低紙與紙或其他基材間的摩擦力，增強(qiáng)紙張的抗水性和抗?jié)衲ツ芰Α?br/> 蠟乳膠是柔軟劑的一種。其主要成分是非離子性的蠟，因它是用各種表面活性劑進(jìn)行乳化分散制成，所以作用的機(jī)理與前述相同，有陰離子、陽(yáng)離子、非離子、兩性活性等柔軟劑。
生產(chǎn)蠟乳膠可使用許多種石蠟和動(dòng)植物油脂，根據(jù)配制的情況，有以柔軟性為主的，有以平滑性為主的，有以光澤為主的，或者具有防水性、憎水性等。另外，還有低相對(duì)分子質(zhì)量的氧化聚乙烯蠟，與相對(duì)分子質(zhì)量在10000以上的高分子聚乙烯不同，其相對(duì)分子質(zhì)量一般在1500--3000左右，在末端有不同的酸值。開(kāi)始在高溫條件下進(jìn)行加壓皂化，然后，用陰離子表面活性劑、陽(yáng)離子表面活性劑或非離子表面活性劑使之在水中乳化制成蠟乳液。這種聚乙烯蠟乳液的離子性取決于乳化劑的離子性。
聚乙烯蠟乳液柔軟劑的特點(diǎn)是光滑、柔軟而光澤效果好，對(duì)混用的其他樹(shù)脂有很好的相容性，它可作為樹(shù)脂增塑劑，并有防止樹(shù)脂加工造成強(qiáng)度下降的效果。特別是高密度聚乙烯蠟的熔點(diǎn)及硬度比一般的蠟類(lèi)高，對(duì)提高紙面的光澤也很有效。最近用以代替硬脂酸鈣作為平滑劑使用也受到普遍重視。
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