柔軟劑在造紙中的應(yīng)用

王水家，孫曉丹，周影

（威海翔宇環(huán)保科技股份有限公司，山東威海264200）

柔軟劑在造紙中的應(yīng)用

王水家，孫曉丹，周影

（威海翔宇環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，山東威海264200）

隨著人們對(duì)衛(wèi)生紙等生活用紙質(zhì)量要求的提高，尤其對(duì)紙張的柔軟性方面提出了更高的要求，因此柔軟劑的性能及在造紙中的應(yīng)用越來(lái)越受到重視。該文綜述了紙張用柔軟劑的分類(lèi)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、作用機(jī)理、在造紙工藝中的添加方式及添加效果的性能評(píng)價(jià)方法，并分析了今后柔軟劑的研發(fā)方向。

造紙；柔軟劑；紙張用柔軟劑；應(yīng)用

隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)各種生活用紙的需求及性能要求也不斷提高[1]。對(duì)柔軟性能要求較高的紙張，如衛(wèi)生紙、皺紋紙、手帕紙和餐巾紙等，其他紙種如加工紙對(duì)柔軟性能的要求亦愈來(lái)愈高，所以柔軟劑在造紙中的應(yīng)用越來(lái)越引起重視[2]。

1 柔軟劑的分類(lèi)

柔軟劑大致分為4類(lèi)：非表面活性劑類(lèi)、表面活性劑類(lèi)、反應(yīng)型及高分子聚合物乳液型[3]26。

1.1 非表面活性劑類(lèi)柔軟劑

1.1.1 以天然油脂、石蠟為原料

此類(lèi)柔軟劑以天然油脂和石蠟為原料，在乳化劑的作用下配制成乳液，如聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、石蠟及硬脂酸酯、硬脂酸雙酰胺和羊毛脂等。以其作為柔軟劑的紙張?zhí)攸c(diǎn)是手感好、有滑爽及豐滿(mǎn)感，降低液體摩擦效果好。作用機(jī)理是柔軟劑滲透到纖維間起到隔離和潤(rùn)滑作用，使分子易于運(yùn)動(dòng)，其還常被用作生活用紙的脫缸劑。

1.1.2 以脂肪酸和胺類(lèi)為原料

此類(lèi)柔軟劑是脂肪酸和胺中和成的穩(wěn)定胺鹽，具有肥皂性質(zhì)的金屬鹽有良好的乳化性，如三乙醇胺油酸皂。

1.1.3 以有機(jī)硅化合物為原料

在乳化劑作用下制成硅油乳液。有機(jī)硅化合物經(jīng)歷硅油乳液階段、有機(jī)硅羥乳階段及硅油結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)導(dǎo)入氨基、羧基、聚醚基和環(huán)氧基等的改性有機(jī)硅階段。作用機(jī)理是有機(jī)硅樹(shù)脂的甲基定向排列和Si—O鍵的自由旋轉(zhuǎn)，降低界面張力，表現(xiàn)出優(yōu)異的柔軟作用。

1.2 表面活性劑類(lèi)柔軟劑

1.2.1 陽(yáng)離子型

陽(yáng)離子型柔軟劑由于帶有正電荷，可以直接與負(fù)電荷的纖維結(jié)合，親水基吸附在纖維上，憎水基向外側(cè)排列，形成低表面能，纖維被長(zhǎng)鏈脂肪烷基的膜包覆。因此用陽(yáng)離子型柔軟劑處理的纖維柔軟效果特別好，同時(shí)紙張可獲得豐滿(mǎn)、滑爽的手感，但是不能和陰離子型表面活性劑復(fù)配使用。

陽(yáng)離子型柔軟劑主要有叔胺鹽和季銨鹽二大類(lèi)。如：硬脂酸三乙醇胺酯季銨鹽、二（硬酯酰氧基）-丙基三甲基胺季銨鹽。

1.2.2 陰離子型

陰離子型柔軟劑與帶負(fù)電荷的纖維接觸時(shí)，互相之間發(fā)生排斥，不能吸附在纖維上，紙頁(yè)脫水成形后，纖維上僅僅附著一些與介質(zhì)中濃度相同的化學(xué)助劑，活性基的憎水部分在纖維周?chē)纬梢粚佑蜖畹哪?，親水基向外側(cè)排列?？少x予紙柔軟感，不具有表面平滑的手感。陰離子型柔軟劑如蓖麻油硫酸化物、脂肪酸硫酸化物和磺化琥珀酸酯。

1.2.3 非離子型

非離子型柔軟劑在水溶液中不帶電荷，缺少作為柔軟劑的突出特點(diǎn)；但此類(lèi)柔軟劑在使用時(shí)也能使纖維具有滑膩的柔軟感，特點(diǎn)是穩(wěn)定性好，如聚乙醇酯，特別適合與其他助劑配合使用，不過(guò)對(duì)纖維的吸附性相對(duì)較差，使用后耐久性低。非離子型柔軟劑如季戊四醇類(lèi)和失水山梨醇類(lèi)。

1.2.4 兩性型

兩性型柔軟劑的親水性是由陰離子活性基和陽(yáng)離子活性基共同組成的，受水溶液中pH影響較大，在酸性條件下可用陽(yáng)離子型柔軟劑，在堿性條件下有陰離子型柔軟劑的特點(diǎn)。兩性型柔軟劑的陽(yáng)離子基可與纖維作用，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，同樣可使疏水基向外側(cè)排列，降低表面能。此類(lèi)柔軟劑能賦予紙張光滑性和柔軟性，同時(shí)具有抑菌性和殺菌能力，可有效防止紙的發(fā)霉，彌補(bǔ)了陽(yáng)離子柔軟劑的缺點(diǎn)，不泛黃、不會(huì)抑制熒光增白劑，常和陽(yáng)離子柔軟劑復(fù)配使用。此類(lèi)柔軟劑常見(jiàn)有氨基酸型、咪唑啉型和甜菜堿型。

1.3 反應(yīng)型柔軟劑

反應(yīng)型柔軟劑也稱(chēng)為活性柔軟劑，指在分子中含有能與纖維素纖維的羥基直接共價(jià)結(jié)合成酯鍵或醚鍵的柔軟劑。

此類(lèi)柔軟劑使用過(guò)程中需要一定的高溫烘焙處理以促進(jìn)柔軟劑與纖維之間的化學(xué)反應(yīng)，性質(zhì)活潑，盡量現(xiàn)用現(xiàn)配。

反應(yīng)型柔軟劑主要有包含以下幾類(lèi)：酸酐類(lèi)衍生物，即2個(gè)分子脂肪酸脫水生產(chǎn)的酸酐化合物，和纖維上羥基反應(yīng)生成酯鍵結(jié)合；烯酮類(lèi)衍生物，即1個(gè)分子的脂肪酸本身脫水生成的烯酮化合物，和纖維上羥基反應(yīng)生成酯鍵結(jié)合；乙烯亞胺類(lèi)衍生物，有一定的致癌性，可單獨(dú)使用或與樹(shù)脂整理劑合用；吡啶季銨鹽類(lèi)衍生物，即分子中的活性基團(tuán)能與纖維素分子上羥基形成化學(xué)鍵并固定在纖維分子上，具有持久的防水性和柔軟性。

1.4 高分子聚合物乳液型柔軟劑

此類(lèi)柔軟劑是以聚乙烯、聚丙烯、有機(jī)硅樹(shù)脂和聚胺酯樹(shù)脂等高分子聚合物為原料制成的乳液，不僅具有較好的柔軟效果，而且還可作為起皺劑使用，特別有機(jī)硅樹(shù)脂用作紙張柔軟劑時(shí)除賦予紙張良好的柔軟感和平滑感外，還能使紙張有良好的柔彈感和厚實(shí)感。

2 柔軟劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及作用機(jī)理

纖維素的結(jié)構(gòu)是一種交錯(cuò)的羥基氫鍵鍵合的螺旋纖維狀結(jié)構(gòu)，纖維間的廣泛氫鍵締合及鍵間很強(qiáng)的分子間力賦予紙張強(qiáng)度和剛性。使用紙張柔軟劑的目的就是降低纖維之間的結(jié)合力，降低紙張剛性，減少紙張對(duì)皮膚的摩擦力；潤(rùn)濕纖維，改善纖維的平滑性，增加紙張光滑性和細(xì)膩感。

2.1 柔軟劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[4]

柔軟劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)主要由疏水性基團(tuán)和親水性基團(tuán)2部分組成。疏水性基團(tuán)主要是由直鏈脂肪烷烴結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的，碳原子數(shù)在C12～C22之間（一般C16～C18），例如，十六醇、十八醇、棕櫚酸和硬脂酸等。親水基團(tuán)分為陽(yáng)離子型、陰離子型和非離子型結(jié)構(gòu)類(lèi)型。起到柔軟作用的主要是長(zhǎng)鏈烷基（即疏水基團(tuán)），親水性基團(tuán)與纖維素分子形成氫鍵，使柔軟劑分子吸附于纖維上。合適的柔軟劑要求憎水性高，而短鏈可溶性基團(tuán)的主要作用是使柔軟劑在水介質(zhì)中易于溶解，與柔軟性無(wú)直接關(guān)系，但它有決定烷基在纖維周?chē)∠虻淖饔谩?/p>

柔軟劑很少是由單一化學(xué)結(jié)構(gòu)的一種表面活性劑組成。一般除表面活性劑外，還含有礦物油、植物油或高碳醇等油性物質(zhì)，即物質(zhì)的協(xié)同增效作用，以達(dá)到良好的柔軟效果。

2.2 柔軟劑的作用機(jī)理[3]26

界面吸附：加入柔軟劑后，柔軟劑會(huì)在纖維表面發(fā)生定向吸附，疏水基向外整齊排列，C—C單鍵的自由旋轉(zhuǎn)使得整齊的疏水烷基鏈之間能夠相互滑動(dòng)，降低界面張力，同時(shí)減少了纖維的摩擦系數(shù)，使纖維之間或纖維與人體間摩擦阻力減小，從而獲得蓬松、柔軟的手感。

化學(xué)結(jié)合：當(dāng)柔軟劑分子中含有能和纖維分子中羥基反應(yīng)的基團(tuán)時(shí)，如羥甲基、環(huán)氧基、氨基和甲氧基等，柔軟劑和纖維分子間發(fā)生共價(jià)鍵合，提高表面柔軟性的同時(shí)也較大提高了耐洗性。

物理堆積：有些柔軟劑分子對(duì)纖維缺乏吸附和化學(xué)結(jié)合的性能，但能在纖維表面靠物理作用堆積成一層透氣的連續(xù)性樹(shù)脂薄膜，降低界面張力的作用雖然較小，但有減少纖維摩擦系數(shù)的作用，如一些非表面活性物質(zhì)和聚乙烯乳液、硬脂酸和石蠟的乳液體等。

3 紙張柔軟劑的添加方式

漿內(nèi)添加：將柔軟劑添加到漿料系統(tǒng)中，加入位置的范圍是從碎漿機(jī)到?jīng)_漿泵。調(diào)節(jié)箱或調(diào)漿箱是常用的加入位置。通常在更加靠后的位置將柔軟劑添加到系統(tǒng)中。

濕紙頁(yè)噴涂：通過(guò)濕紙頁(yè)噴涂，主要是對(duì)纖維進(jìn)行表面改性。

柔軟劑采用不同加入點(diǎn)及添加方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示[5]。

表1 柔軟劑不同加入點(diǎn)及添加方式的優(yōu)缺點(diǎn)

4 紙張柔軟劑的性能評(píng)價(jià)

紙頁(yè)的柔軟度評(píng)價(jià)方法主要有專(zhuān)家組測(cè)試法和儀器測(cè)試法[6]。

紙頁(yè)柔軟度有整體柔軟度和表面柔軟度的區(qū)別。整體性質(zhì)的測(cè)試包括紙頁(yè)的可壓縮性、抗張強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、彎曲挺度和聲波模數(shù)。表面性質(zhì)的測(cè)試包括紙頁(yè)的手感、外觀特性及摩擦性。

目前國(guó)內(nèi)普遍使用的柔軟度測(cè)試儀測(cè)定，即對(duì)紙頁(yè)的彎曲撓度和表面摩擦進(jìn)行綜合測(cè)定。國(guó)外主要采用主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)相結(jié)合，主要步驟：首先專(zhuān)家對(duì)紙頁(yè)進(jìn)行主觀手感認(rèn)定，然后使用相關(guān)測(cè)試儀器對(duì)紙頁(yè)物理性質(zhì)進(jìn)行定量分析（如表面摩擦性、抗撓剛度、松厚度和抗張強(qiáng)度等），最后用數(shù)學(xué)方法對(duì)主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，得出結(jié)論。

5 紙張柔軟劑的發(fā)展方向

隨著人們生活水平的提高，對(duì)各種生活用紙需求也不斷提高，同時(shí)對(duì)紙張的柔軟性提出了更高的要求。目前紙張柔軟劑多為單組分配方，只能在某些方面效果優(yōu)異，如果能夠根據(jù)協(xié)同增效原理，將2種或多種柔軟劑復(fù)配，或者不同功能性化學(xué)品與柔軟劑進(jìn)行復(fù)配，以獲得比單組分更優(yōu)異性能的柔軟劑，將是柔軟劑的發(fā)展方向之一。

［1］彭洪安，陳中豪，李友明.紙用柔軟劑的最新進(jìn)展［J］.廣東造紙，2000，19（5）：34-38.

［2］張國(guó)運(yùn).紙張柔軟劑的概況及應(yīng)用［J］.生活用紙，2004，4（11）：44-47.

［3］王莉莉，劉光偉，張玉林.柔軟劑發(fā)展概況［J］.化工管理，2013（18）.

［4］陳祖鑫，莫立煥.紙張柔軟劑的結(jié)構(gòu)及作用機(jī)理［J］.廣西輕工業(yè)，1998（4），34-36.

［5］周楊.柔軟劑的應(yīng)用和衛(wèi)生紙柔軟度的測(cè)定［J］.生活用紙，2004，4（14），35-37.

［6］林里，鄔德林.生活用紙用化學(xué)柔軟劑組合物［G］//中國(guó)造紙化學(xué)品工業(yè)協(xié)會(huì).2005（第十二屆）全國(guó)造紙化學(xué)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)論文集.杭州：中國(guó)造紙化學(xué)品工業(yè)協(xié)會(huì)：2005.

App lication of Paper Softener in Papermaking

WANG Shui-jia，SUN Xiao-dan，ZHOU Ying
（Weihai Xiangyu Technology Co.，Ltd.，Weihai264200，China）

With theimprovement of quality requirements of household paper，paper’s flexibility put forward higher requirements，people take more and more attention on the performance and application of softener.This paper reviewed the classification，structure features，function mechanism，adding methods and performance testing of softening agent，and then analyzed the research direction of softener in the future.

papermaking；softener；paper softener；applicaiton

TS727.+1

A

1007-2225（2017）02-0001-03

王水家先生（1966-），工程師；主要從事造紙過(guò)程助劑的研究、應(yīng)用及技術(shù)服務(wù)工作；電話：0631-5966769；E-mail：285458656@qq.com。

孫曉丹女士（1987-），工程師；主要從事水處理劑和造紙助劑的研究、應(yīng)用及技術(shù)服務(wù)工作；電話：0631-5966769；E-mail：282887321@qq.com。

2017-02-17（修回）

本文文獻(xiàn)格式：王水家，孫曉丹，周影．柔軟劑在造紙中的應(yīng)用[J]．造紙化學(xué)品，2017，29（2）∶1-3．