不同陽離子柔軟劑對生活用紙性能的影響

楊勤武， 楊益琴*

（江蘇省制漿造紙重點實驗室，南京林業(yè)大學(xué) 輕工學(xué)院，江蘇 南京 210037）

影響生活用紙性能的因素有很多，包括漿料種類、打漿工藝、抄造工藝等，隨著人們生活品質(zhì)的提高，對生活用紙高柔軟度的追求，以及生活用紙生產(chǎn)中二次纖維和短纖維的大量使用，采用合適的柔軟劑來改善紙張的柔軟度愈加重要[1]。

柔軟劑是一類能改變纖維的靜、動摩擦系數(shù)的化學(xué)物質(zhì)。當(dāng)改變靜摩擦系數(shù)時，手感觸摸有平滑感，易于在纖維或織物上移動；當(dāng)改變動摩擦系數(shù)時，纖維與纖維之間的微細結(jié)構(gòu)易于相互移動，也就是纖維易于變形。兩者的綜合感覺就是柔軟[2]。柔軟劑按離子性來分有陽離子型、非離子型、陰離子型和兩性季銨鹽型四種[3]。由于大多數(shù)纖維在水中帶有負電荷，陽離子型柔軟劑容易吸附在纖維表面，結(jié)合能力較強。因此陽離子型柔軟劑是使用最廣泛的一類，它又可分為季銨鹽型、脂肪酸酯型、聚乙烯型、有機硅型等[3-4]。陽離子型柔軟劑的親油基、親水基都將影響其性質(zhì)[5]。本文選取柔軟劑有陽離子咪唑啉類、陽離子聚丙烯酰胺、季銨鹽型、脂肪酸酯型、有機硅型柔軟劑，采取表面噴涂和漿內(nèi)添加的方法，通過測定紙張柔軟度值和強度值來評價和比較不同柔軟劑的使用性能。

1 實驗

1.1 材料和儀器

TA80(陽離子咪唑啉柔軟劑，馬可波羅網(wǎng))-SF1、SOFTLAYER 44(陽離子聚丙烯酰胺柔軟劑，中國供應(yīng)商網(wǎng))-SF2、ZK619(季銨鹽型柔軟劑，馬可波羅網(wǎng))-SF3、SA(脂肪酸酯型柔軟劑，馬可波羅網(wǎng))-SF4、NE810(陽離子有機硅柔軟劑，馬可波羅網(wǎng))-SF5；分別配成相同固含量（3.3%）的溶液供表面噴涂。15 g維達衛(wèi)卷原紙（未在漿內(nèi)添加柔軟劑），裁成20 cm的正方形供表面噴涂柔軟劑實驗；漿料（來自維達工廠上漿池），短纖/長纖＝71∶29。

DCP-KZ300抗張強度測試儀（深圳市嘉尚科技有限公司），GB/T20808紙巾紙濕抗張強度測試儀（濟南三泉中石實驗儀器有限公司），DCP-RRY1000柔軟度儀（石家莊誠信中輕機械設(shè)備有限公司）。

1.2 衛(wèi)卷原紙的表面噴涂

噴涂前先稱量已裁成20 cm的正方形原紙的質(zhì)量，記為m1，然后將其固定在夾板上，用噴筆將配好的柔軟劑噴涂到紙張表面，噴涂后及時稱量紙張質(zhì)量，記為 m2，(m2－m1)/m1×100%即為噴涂量，噴涂時是單面噴涂，噴涂量誤差控制在±0.5%內(nèi)；每種柔軟劑按照紙張質(zhì)量的1.5%～10%的范圍進行噴涂，換算成漿內(nèi)添加量范圍為0.5 kg/噸絕干漿到3.0 kg/噸絕干漿，每種噴涂量分別完成10張。靜置自然晾干。

1.3 漿內(nèi)添加柔軟劑的紙張抄造

在靜態(tài)抄片機上抄造定量50 g/m2的紙張，按照0.5 kg/噸絕干漿、1.0 kg/噸絕干漿、1.5 kg/噸絕干漿、2.0 kg/噸絕干漿、2.5 kg/噸絕干漿、3.0 kg/噸絕干漿的柔軟劑添加量加入漿料進行抄片。

1.4 紙張柔軟度和抗張強度及濕抗張強度的測定

使用DCP-RRY1000柔軟度儀按GB/T 8942檢測，柔軟度以毫牛頓表示，柔軟度值越小，說明試樣越柔軟。DCP-KZ300抗張強度測試儀，GB/T20808紙巾紙濕抗張強度測試儀，測定表面噴涂和漿內(nèi)添加柔軟劑紙樣的柔軟度、抗張強度、濕抗張強度。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面噴涂時不同柔軟劑對紙張的柔軟效果

圖 1為柔軟劑噴涂量對紙張柔軟度的影響。由圖1可以看出，紙張柔軟度值會隨著柔軟劑噴涂量的變化而變化，并且是先減小后增大，起初隨著柔軟劑的增加，纖維之間的結(jié)合力下降，柔軟度值下降，當(dāng)柔軟劑量增加到一定程度后柔軟劑的效果反而下降，因此柔軟度值上升。根據(jù)柔軟度值越小，試樣越柔軟，且國標(biāo)值達到305 mN時產(chǎn)品合格，在1.5 kg/噸絕干漿的噴涂量時，陽離子咪唑啉柔軟劑、季銨鹽型柔軟劑、有機硅柔軟劑這三種柔軟劑均滿足要求，其中有機硅柔軟劑使紙張柔軟度下降最多。陽離子咪唑啉柔軟劑（SF1）為雙烷基酰胺咪唑啉柔軟劑，其分子中含有的酰胺基團能與纖維分子的羥基形成氫鍵締合，增強柔軟劑分子對纖維的吸附，從而減少了纖維分子間的作用力；其帶有較強的正電荷，能與纖維通過電荷進行結(jié)合，進一步使柔軟劑分子結(jié)合于纖維間，大幅度降低纖維間靜摩擦系數(shù)，使纖維之間易于滑動，經(jīng)處理的纖維擁有良好的柔軟性。季銨鹽型柔軟劑（SF3）為甘油醚季銨鹽型柔軟劑，其中醚鍵和羥基的引入，增大了分子整體的親水性能，使柔軟效果得以提升[5-6]。陽離子聚丙烯酰胺柔軟劑（SF2）是由陽離子單體和丙烯酰胺單體共聚而成的一種溶于水的線型高分子聚合物，可直接與無機鹽離子、纖維以及其他有機高分子發(fā)生靜電橋梁作用，對紙張強度有一定增強作用[7]，從圖中可以得到驗證，其對紙張柔軟性的改善效果最弱。陽離子脂肪酸酯型柔軟劑（SF4）是隨結(jié)構(gòu)中的脂肪酸的種類不同而異，可得白色至黃色的固體或粘稠液體，無臭味。丙二醇的硬脂酸和軟脂酸酯多數(shù)為白色固體。使用時柔軟劑分子的親水基吸附在纖維上，憎水基向外側(cè)排列，纖維被長鏈脂肪烷基的膜所包復(fù)。因此，用陽離子柔軟劑處理的纖維柔軟，同時紙張表面也很光滑。和各種纖維結(jié)合力強，使用后紙張可獲得優(yōu)良的柔軟效果[8-9]。有機硅柔軟劑（SF5）為氨基改性有機硅柔軟劑，是側(cè)鏈或端基帶有氨基的聚硅氧烷，它的柔軟作用是硅氧鍵中的氧原子吸附在纖維表面上，使疏水性的甲基定向排列，把纖維表面覆蓋起來。由于硅氧鍵的鍵角在外力作用下可以改變而產(chǎn)生伸縮，因此，用有機硅柔軟劑處理后的纖維表面上形成一層堅韌拒水且可以伸縮的連續(xù)薄膜，從而使纖維較為柔軟[8-9]。氨基改性有機硅柔軟劑與纖維的結(jié)合非常牢固，同時大大提高紙張的性能，在氨基改性有機硅柔軟劑中帶有氨乙基、氨丙基的效果最好[10]。

圖1 柔軟劑噴涂量對紙張柔軟度影響

2.2 漿內(nèi)添加時不同柔軟劑對紙張的柔軟效果

圖2 為柔軟劑添加量對紙張柔軟度的影響。由圖2可以看出，紙張柔軟度值會隨著柔軟劑添加量的變化而變化，并且是先減小后增大，可能是因為剛開始隨著柔軟劑的增加，纖維之間的結(jié)合力下降，柔軟度值下降，當(dāng)柔軟劑量增加到一定程度后柔軟劑的效果反而下降，因此柔軟度值上升。根據(jù)柔軟度值越小，說明試樣越柔軟，且國標(biāo)值達到305 mN時產(chǎn)品合格，在1.5 kg/噸絕干漿的噴涂量時，SF3和SF5即陽離子咪唑啉柔軟劑、有機硅柔軟劑這兩種柔軟劑滿足要求，且有機硅柔軟劑使紙張柔軟度下降最多。

圖2 柔軟劑添加量對紙張柔軟度的影響

圖3 不同使用方式對紙張柔軟度的影響

2.3 同種柔軟劑在不同使用方式下的柔軟效果

圖3 為不同使用方式對紙張柔軟度的影響。由圖3可以看出，同種柔軟劑SF5在表面噴涂和漿內(nèi)添加兩種使用方式下均可使紙張柔軟度值下降，根據(jù)柔軟度值越小試樣越柔軟，且國標(biāo)值達到305 mN時產(chǎn)品合格，這兩種使用方式均可在一定使用量下滿足要求，但在同等用量下表面噴涂的方式使紙張柔軟度值下降幅度更大，且滿足要求的范圍更大，可以認為表面噴涂的使用方式優(yōu)于漿內(nèi)添加的方式，這可能是由于表面噴涂時可以充分發(fā)揮柔軟劑的作用，而在漿內(nèi)添加時，由于白水中部分流失或和其他化學(xué)助劑的排斥等原因不能充分發(fā)揮效果[10]。

2.4 不同使用方式對紙張抗張強度的影響

圖4為柔軟劑不同使用方式對紙張抗張強度的影響。

由圖4可以看出，同種柔軟劑SF5在表面噴涂和漿內(nèi)添加兩種使用方式下均導(dǎo)致紙張抗張強度下降，隨著柔軟劑用量的增加，紙張抗張強度呈下降趨勢，說明柔軟劑降低了紙張纖維間的結(jié)合力，使其在外力下易斷開，且在同等用量下表面噴涂的方式使紙張抗張強度值下降幅度更大[11]。

2.5 不同使用方式對紙張濕強度的影響

圖5柔軟劑不同使用方式對紙張濕強度的影響。由圖5可以看出，同種柔軟劑SF5在表面噴涂和漿內(nèi)添加兩種使用方式下均可使紙張濕強度下降，隨著柔軟劑用量的增加，紙張濕強度呈下降趨勢，說明柔軟劑降低了紙纖維間的分子間結(jié)合力，使其在外力下易斷開，且在同等用量下漿內(nèi)添加的方式使紙張濕強度值下降幅度更大，這可能是漿內(nèi)添加濕柔軟劑起到了解鍵劑的作用，但紙張在使用時濕強度太低不滿足人們的要求，這也說明表面噴涂的方式優(yōu)于漿內(nèi)添加的方式[12]。

圖4 柔軟劑不同使用方式對紙張抗張強度的影響

圖5 柔軟劑不同使用方式下對紙張濕強度的影響

3 結(jié)論

1）通過表面噴涂和漿內(nèi)添加兩種方式比較不同柔軟劑的性能，發(fā)現(xiàn)紙張柔軟效果最好的都是有機硅類型柔軟劑。

2）通過研究有機硅類柔軟劑加入量對紙頁柔軟效果的影響，進行柔軟度值檢測，分析得出，最佳使用量是1.5 kg/噸絕干漿。

3）通過同種柔軟劑在不同使用方式下對紙張柔軟效果和紙張強度影響的比較，發(fā)現(xiàn)表面噴涂的方式在同種用量時紙張柔軟度值下降幅度更大，且濕強度較高，證明表面噴涂的方式優(yōu)于漿內(nèi)添加的方式。

4）實驗表明，隨著柔軟劑使用量的增加，不同的柔軟劑都會使紙張的抗張強度和濕強度降低，因此對紙頁做柔軟處理時，還需與干強劑、濕強劑等造紙助劑一并使用。

[1] 許炯, 王學(xué)杰. 紙用柔軟劑的開發(fā)與利用[J]. 中華紙業(yè), 2000, 21(3): 52.

[2] 徐存儉, 黃菊洪. 紙張柔軟劑的機理與使用方法[J]. 造紙化學(xué)品，1997(3): 66-67.

[3] 黃文潤. 氨基改性硅油及織物用柔軟劑[J]. 有機硅材料及應(yīng)用, 1999(1): 6-7.

[4] 王忠民, 揚百春. 聚醚一氨基改性有機硅的合成與應(yīng)用性能研究[J]. 蘇州絲綢工學(xué)院學(xué)報, 1997, 17(3): 39-41.

[5] 周紹箕. 陽離子柔軟劑的合成、性能及應(yīng)用[J]. 印染助劑, 2002, 19(3): 1-2.

[6] 孟小華. 甘油醚季銨鹽型紡織柔軟劑的制備及應(yīng)用[J]. 印染助劑, 2010, 27(5): 24-25.

[7] 郝文濤, 楊文, 孫曉麗. 陽離子化聚丙烯酰胺合成與表征[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2007, 30(3): 1-2.

[8] Jorgeson. Polyether and polysiloxane copolymers manufactured with double metal cyanide catalysts: US, 5877268[P]. 1999.

[9] O’ Lenick Jr, Anthony J. Ether amine functional silicone polymers: US, 5070168[P]. 1991.

[10] 沈一丁, 劉建平, 沈大冬, 等. 紙張用氨基改性聚醚硅油柔軟劑的合成[J]. 有機硅材料, 2002, 16(3): 16.

[11] 陸親親, 楊原梅, 黃飛. 有機硅柔軟劑的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 河北紡織, 2007(3): 42-51.

[12] 謝洪德, 朱新生, 聞荻江. 水溶性有機硅柔軟劑合成[J]. 膠體與聚合物, 2001, 19(4): 26-29.

[13] 楊曉敏, 沈一丁. 陽離子有機硅紙張柔軟劑的合成與應(yīng)用研究[J]. 紙和造紙, 2001(6): 37-38.