生活用紙化學(xué)品的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(之三)

謝慧平 肖鵬 李華杰 王魁江 齊澤鋒 浙江傳化華洋化工有限公司

編者按:隨著高速衛(wèi)生紙機(jī)在中國的廣泛應(yīng)用，生活用紙生產(chǎn)所用的原材料逐步轉(zhuǎn)向原生漿，同時消費(fèi)者對生活用紙的品質(zhì)和安全要求不斷提升，也使化學(xué)品在生活用紙抄造過程中的應(yīng)用越來越謹(jǐn)慎和受到關(guān)注。

化學(xué)品在生活用紙抄造過程中，就好比是我們炒菜過程中的“調(diào)味品”，不能多也不能少，既要“色香味”俱全，也要保證飲食健康。生活用紙化學(xué)品的“健康應(yīng)用”對衛(wèi)生紙機(jī)運(yùn)行和產(chǎn)品品質(zhì)控制同樣至關(guān)重要，使用不當(dāng)可能會對生產(chǎn)抄造設(shè)備和產(chǎn)品品質(zhì)帶來不必要的損失，其損失的價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過生活用紙化學(xué)品的成本，因此，正確認(rèn)識和了解生活用紙化學(xué)品及其應(yīng)用是非常有必要的。

本刊特邀浙江傳化華洋化工有限公司的化學(xué)品專家對生活用紙化學(xué)品的應(yīng)用與發(fā)展趨勢進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，并在《生活用紙》雜志中進(jìn)行連載，本期是連載系列之三。

3.3 功能性化學(xué)品

3.3.1 濕強(qiáng)劑

生活用紙如面巾紙、廚房紙巾、手帕紙、餐巾紙、擦手紙等一系列日常生活用紙，其應(yīng)用環(huán)境會或多或少的面臨潮濕或者濕潤的場景，普通紙巾紙遇水后易潰爛成漿，在擦拭處留下漿團(tuán)和紙沫，這就需要使用一種功能性化學(xué)品濕強(qiáng)劑，來提升生活用紙?jiān)谟鰸窈笕匀槐３忠欢ǖ臐駨?qiáng)度，才能滿足應(yīng)用需求。濕強(qiáng)劑作為造紙行業(yè)廣泛使用的一類功能性助劑，按照其增加纖維濕強(qiáng)結(jié)合的機(jī)理來劃分[16]，可以分為四類：（1）與纖維共價鍵合為主，如雙醛淀粉等。（2）自交聯(lián)聚合物，如熱固型脲醛樹脂、三聚氰胺縮甲醛樹脂、酚醛樹脂、聚酰胺多胺環(huán)氧氯丙烷、熱固型丙烯酸樹脂等。（3）外交聯(lián)聚合物，如聚丙烯酰胺+乙二醛、干酪素+甲醛、熱塑型酚醛樹脂+六亞甲基四胺等。（4）纖維靜電結(jié)合為主，如聚乙烯亞胺、陽離子淀粉、陽離子聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺接枝陽離子淀粉、聚酰胺等。

從環(huán)保健康和生活用紙使用抄造環(huán)境來考慮，目前廣泛用于生活用紙行業(yè)的是自交聯(lián)聚合物濕強(qiáng)劑聚酰胺多胺環(huán)氧氯丙烷樹脂（PAE），PAE樹脂具有適用范圍廣（pH值4～9都可以）、效率高、強(qiáng)陽離子性、損紙回收方便等特點(diǎn)。

不同的生活用紙品類對濕抗張強(qiáng)度的要求不一樣，濕強(qiáng)劑的用量也不同，從幾千克/噸紙到幾十千克/噸紙不等，尤其是在高濕強(qiáng)紙上，濕強(qiáng)劑的應(yīng)用技術(shù)應(yīng)特別關(guān)注，正確選擇和應(yīng)用好濕強(qiáng)劑，既可以提升紙機(jī)的運(yùn)行效率，還能大幅度降低濕強(qiáng)劑的使用成本。通常，紙張的強(qiáng)度三要素主要受纖維自身強(qiáng)度、纖維結(jié)合能力、纖維交織能力影響，濕抗張強(qiáng)度也不例外，強(qiáng)度三要素可以轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)語言即與纖維基礎(chǔ)強(qiáng)度、濕強(qiáng)劑產(chǎn)品性能、濕強(qiáng)劑的留著以及濕強(qiáng)劑的熟化速度有關(guān)。

（1）纖維基礎(chǔ)強(qiáng)度：纖維種類（長度等）、叩解度、系統(tǒng)pH值等都會影響纖維的強(qiáng)度性能，基礎(chǔ)強(qiáng)度越高的漿料，同等濕強(qiáng)劑用量下，濕強(qiáng)度更高。

（2）濕強(qiáng)劑產(chǎn)品性能：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)烈的機(jī)械剪切作用、高溫、冰凍、大量陰離子物質(zhì)、強(qiáng)氧化性物質(zhì)等會破壞濕強(qiáng)劑產(chǎn)品的穩(wěn)定性，濕強(qiáng)劑會出現(xiàn)凝膠、析出分層，或在應(yīng)用效果上大打折扣。

（3）濕強(qiáng)劑留著：纖維電負(fù)性、系統(tǒng)陰離子垃圾、濕強(qiáng)劑陽離子電荷密度、濕強(qiáng)劑分子量、系統(tǒng)細(xì)小纖維的留著（首程留著）等指標(biāo)失常會降低濕強(qiáng)劑的結(jié)合留著率，從而導(dǎo)致濕強(qiáng)劑用量大幅度增加；大量使用濕強(qiáng)劑又會對系統(tǒng)帶來一系列的負(fù)面作用，比如泡沫多、系統(tǒng)過陽等問題，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致其他陽離子化學(xué)品，如柔軟劑無法與纖維結(jié)合而在系統(tǒng)析出，當(dāng)在系統(tǒng)中富集到一定程度，就會結(jié)合一些疏水親油的無機(jī)物形成膠黏物影響生產(chǎn)，因此濕強(qiáng)劑的用量并非越大越好，在不得已需要使用高用量濕強(qiáng)劑時，可以采取添加一些陰離子電荷調(diào)節(jié)劑，比如CMC，保持系統(tǒng)的電荷處于正常狀態(tài)。

（4）濕強(qiáng)劑熟化速度：系統(tǒng)pH值、系統(tǒng)電導(dǎo)率、系統(tǒng)Ca2+和Mg2+濃度、系統(tǒng)溫度等對濕強(qiáng)劑的熟化速度有較大的影響，比如濕強(qiáng)劑正常穩(wěn)定儲存pH值一般在3～5左右，pH值處于中性有利于濕強(qiáng)劑的交聯(lián)熟化，所以濕強(qiáng)劑正常情況下，建議使用前進(jìn)行稀釋激活，使用效果會更佳；系統(tǒng)的溫度越高或者烘缸干燥的溫度越高，也會越有利于濕強(qiáng)劑的熟化，合理的熟化速度有利于損紙的回用，熟化速度達(dá)不到要求，可能會導(dǎo)致紙張?jiān)诔貭顟B(tài)下長期處于無濕強(qiáng)狀態(tài)，不能滿足消費(fèi)者對濕強(qiáng)的使用要求。

目前市場上，濕強(qiáng)劑產(chǎn)品有12.5%、15%、20%、25%不等固含量的產(chǎn)品，固含量越高其銷售半徑越遠(yuǎn)，需要做好產(chǎn)品的穩(wěn)定性和擁有較長的產(chǎn)品保質(zhì)期，隨著國家對生活用紙綠色環(huán)保的呼聲越來越高，低氯濕強(qiáng)劑的應(yīng)用越來越受到行業(yè)的關(guān)注，目前在產(chǎn)品的應(yīng)用效果和成本上，還不能完全被生活用紙企業(yè)所接受，目前僅用于有特殊低氯要求的一類生活用紙。

3.3.2 干強(qiáng)劑

干強(qiáng)劑定義為可與纖維表面形成羥基結(jié)合的水溶性高聚物，最常見的干強(qiáng)劑包括淀粉改性類、聚丙烯酰胺類、乙二醛聚丙烯酰胺類、聚乙烯醇類等，國內(nèi)常見的干強(qiáng)劑有聚丙烯酰胺類和（改性）淀粉類。干強(qiáng)劑的作用機(jī)理主要是為纖維間提供更多的氫鍵結(jié)合。

干強(qiáng)劑在生活用紙使用情況不是很多，僅在一些特殊紙種或特殊需求時會有使用，有些廠家也會考慮使用干強(qiáng)劑來降低長纖漿的用量，目前使用的干強(qiáng)劑主要為聚丙烯酰胺，它可以在纖維之間形成牢固的氫鍵，提高紙張的強(qiáng)度。使用干強(qiáng)劑的同時，會改善濾水性能，提高留著，提高紙張的勻度，對強(qiáng)度有正面效果，但也要考慮干強(qiáng)劑使用會給生活用紙的手感帶來挺硬的感覺。

3.3.3 柔軟劑

柔軟性指標(biāo)是生活用紙一個重要的特征，主要與漿料種類、打漿及抄造工藝等因素有關(guān)，生活用紙抄造通常原料以短纖為主，為了保留紙張的彈性空間通常會使用一部分長纖，低打漿度降低纖維的結(jié)合強(qiáng)度和緊度，增加紙張的彈性及可塑性，從而使紙張的表現(xiàn)更加柔軟；在生活用紙的生產(chǎn)工藝中還采用成紙起皺工藝，降低纖維的結(jié)合力，使紙張獲得柔軟性。但因?yàn)槔w維分子鏈中含有很多羥基，且為直鏈大分子，分子間有很強(qiáng)的氫鍵及分子間作用力，具有較高結(jié)晶度，通過打漿、起皺等機(jī)械作用可使纖維分散、降低結(jié)晶度，可以使紙張柔軟，但往往單靠機(jī)械作用難以達(dá)到想要的柔軟度，且過度打漿會造成一系列其他的問題，因此需要用到柔軟劑來滿足生活用紙更高要求的柔軟性。

柔軟劑是一類分子結(jié)構(gòu)中一端含有長鏈?zhǔn)杷鶊F(tuán)，另一端含有可與纖維結(jié)合的極性或反應(yīng)性基團(tuán)的化合物，多數(shù)紙張柔軟劑都具有12～18個碳的疏水性基團(tuán)。這個長鏈?zhǔn)杷鶊F(tuán)可以降低纖維分子間作用力，在纖維之間形成非極性隔離膜，從而使分子鏈易在應(yīng)力下發(fā)生相互滑移和運(yùn)動，柔軟劑可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、靜摩擦因數(shù)，從而獲得平滑柔軟的手感。用于紙張的柔軟劑，其作用之一在于降低纖維間的結(jié)合力，使紙張剛性下降，減少紙張對皮膚的摩擦；其二是減少紙張中纖維之間的靜摩擦力，改善纖維的平滑性，使紙變得柔軟并增加紙張滑膩的手感；其三是增加紙的可塑性[17]。柔軟劑與紙漿纖維的作用機(jī)理，隨著柔軟劑親水基離子性的不同而有差異。紙張柔軟劑一般要求色淺、無臭、無毒、揮發(fā)性小、化學(xué)穩(wěn)定性好等，柔軟劑的分類一般按其極性或離子狀態(tài)分為兩類[18]：

一類為表面活性劑，有以下四種：

（1）非離子型柔軟劑，如聚乙二醇酯類、硬脂酸酰胺類等；

（2）陰離子型柔軟劑，如脂肪醇硫酸酯類、土耳其紅油類；

（3）陽離子型柔軟劑，如咪唑啉季銨鹽類、二烷基二甲基季銨鹽類；

（4）兩性型柔軟劑，如甜菜堿型類、咪唑啉類。

另一類為非表面活性劑，主要有以下兩種：

（1）天然油脂、石蠟類柔軟劑：是以天然油脂和石蠟為原料，在乳化劑作用下配制成的乳液；

（2）高分子聚合乳液類柔軟劑：是聚乙烯、聚丙烯、有機(jī)硅、聚氨酯樹脂等高分子聚合物制成的乳液。

目前生活用紙中使用的柔軟劑類型主要集中在帶有酰胺鍵、多羥基、烷氧基或其他親水基團(tuán)的具有酯功能可降解季銨鹽化合物，以及硅氧鍵為骨架的有機(jī)硅類柔軟劑等[19]。

（1）可降解季銨鹽化合物

由于生活用紙是一次性使用，不應(yīng)污染環(huán)境，所以要求紙中纖維及其他組分在使用后能快速分解或轉(zhuǎn)化成其他物質(zhì)，所用化學(xué)助劑能在使用后自行降解，季銨鹽類柔軟劑其分子結(jié)構(gòu)中含有酯基[——O——C(O)一]、酰胺鍵[——NH——C(O)一]這些具有可降解性的基團(tuán)，使季銨鹽類柔軟劑比其他柔軟劑有更優(yōu)良的降解性。既能大大改善紙張的柔軟性，又能符合環(huán)保要求。

（2）普通長鏈脂肪烴季銨鹽柔軟劑與其他親水性化合物的復(fù)配

由于普通長鏈烴季銨鹽柔軟劑存在乳液黏度較大、乳液放置穩(wěn)定性差、易分層等特點(diǎn)，要克服這些缺點(diǎn)的一個途徑是在配方中添加適當(dāng)?shù)挠H水性化合物，如甘油類多羥基化合物、聚乙二醇型非離子表面活性劑、含酰胺鍵物質(zhì)等，適當(dāng)提高柔軟劑分子的親水性。聚乙二醇可大部分滲透到纖維素纖維的內(nèi)部，并由此增強(qiáng)了纖維柔軟性；而長鏈脂肪烴季銨鹽大部分處在纖維素纖維的表面，起著柔軟纖維的作用。

（3）具有Si——O鍵的有機(jī)硅類化合物

聚硅氧烷化合物的主鏈?zhǔn)且环N易擾曲的螺旋形直鏈結(jié)構(gòu)，十分柔順。通過與纖維之間的交聯(lián)以及聚硅氧烷在纖維表面和內(nèi)部生成高聚合度的彈性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使纖維之間的靜摩擦力系數(shù)下降，僅用很小的力就能使纖維之間開始滑動，使人感到手感柔軟平滑。其他不同的取代基如胺基能賦予吸附性和柔軟性、聚醚能賦予吸濕性和柔軟性、羥基能賦予柔軟性和潤滑性。各種基團(tuán)的配合，就使產(chǎn)品具有極佳的柔軟效果。這類柔軟劑是非油性的潤滑劑，能增加柔潤、平滑、干爽、柔和的感覺。從環(huán)保方面看，聚硅氧類化合物與動物機(jī)體無排異現(xiàn)象，無毒性，不對環(huán)境產(chǎn)生有害影響，最適用于生活用紙類的一次性消費(fèi)品。

浙江傳化華洋化工有限公司的三種柔軟劑型號SR-818、SF-1124B、TF-468K就分別屬于上述三種類型，廣泛用于生活用紙行業(yè)，并取得顯著的柔軟效果。

柔軟劑的使用，其添加位置不同，表現(xiàn)出來的效果也不一樣，生活用紙柔軟劑目前主要有三種添加方式：漿內(nèi)添加、噴淋添加、后加工涂布（乳霜）。漿內(nèi)添加柔軟劑可以降低紙張的柔軟度，使紙張更柔軟，添加的位置根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)來選擇，越往前端添加，柔軟劑和纖維作用的時間越長，柔軟劑效果越好，但也要注意紙頁強(qiáng)度會過度損失；噴淋到烘缸表面添加可以提高紙張的平滑度，賦予紙張滑爽的手感，所以添加方式要結(jié)合紙張手感的需求、產(chǎn)品特性來選擇，也可以采取漿內(nèi)和噴淋結(jié)合的方式來獲取更好的柔軟手感，采用一種或者多種柔軟劑組合添加，來滿足日益高要求的紙張柔軟性。

4 生活用紙化學(xué)品的發(fā)展趨勢

生活用紙化學(xué)品的發(fā)展，離不開衛(wèi)生紙機(jī)技術(shù)的發(fā)展和生活用紙市場需求的發(fā)展。紙機(jī)的發(fā)展不斷呈現(xiàn)出高度自動化和智能化的趨勢，生活用紙化學(xué)品也要不斷滿足自動化的添加和控制（如生產(chǎn)智能化、清潔生產(chǎn)、節(jié)能降耗方面等需求），市場需求的變化是隨著社會發(fā)展，人們生活方式的改變產(chǎn)生的新需求（如疫情時代殺菌、消毒的需求，新生代寵物擦拭的需求等），以及與全球局勢（如中國復(fù)興帶動全球?qū)χ袊钗镔Y的需求）和國家政策方向方面（如碳中和碳達(dá)峰、限塑令、三胎、垃圾分類、可降解、可沖散等政策）的變化都息息相關(guān)。

總之，生活用紙化學(xué)品一方面在生活用紙抄造過程中，隨著企業(yè)清潔化生產(chǎn)管理水平越來越高，生產(chǎn)企業(yè)和消費(fèi)者希望化學(xué)品越少用越好，其應(yīng)用會受到謹(jǐn)慎和關(guān)注，另一方面又因?yàn)槠渚哂猩倭扛咝?，且能有利于生活用紙抄造系統(tǒng)的穩(wěn)定健康運(yùn)行和成本的大量節(jié)省，賦予產(chǎn)品不同的指標(biāo)功能，所以又不得不選擇一些相對安全、綠色、環(huán)保的必需生活用紙化學(xué)品。綜觀現(xiàn)在的迫不得已，放眼未來的低碳健康，生活用紙化學(xué)品如何做好朝著健康、綠色、環(huán)保，符合國家政策法規(guī)規(guī)定的方向發(fā)展是未來發(fā)展的重要課題。