長(zhǎng)纖維用造紙分散劑的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

2018-06-12 漿紙技術(shù)；作者：張?chǎng)危堉?，王建華

由于纖維(特別是長(zhǎng)纖維)、填料和大多數(shù)助劑等都是水不溶性的，而且由于其密度過高或過低，它們?cè)谒芤褐写嬖谧孕芯奂内厔?shì)和相互排斥性，要么沉降過快而來不及分散要么大量漂浮于水面形成絮聚而無法均勻分散，從而造成分散困難的問題。添加適當(dāng)?shù)姆稚﹣矸€(wěn)定漿水分散體系就是一種實(shí)現(xiàn)纖維均勻分散、提高紙張性能且較為經(jīng)濟(jì)的方法。

本文就長(zhǎng)纖維造紙用分散劑的使用現(xiàn)狀和發(fā)展進(jìn)行了一系列的描述和總結(jié)。

1 分散劑的作用機(jī)理

分散劑(Dispersant)是一種在分子內(nèi)同時(shí)具有親油性和親水性兩種相反性質(zhì)的界面活性劑，作用機(jī)理基本上可以分為以下三種：

(1)靜電斥力作用原理：是指通過加入離子類型的分散劑，纖維表面產(chǎn)生一定量的表面電荷，使纖維間產(chǎn)生較大的排斥力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)纖維的穩(wěn)定分散，在這種分散體系中，離子的強(qiáng)度對(duì)分散的效果影響最大；

(2)空間位阻穩(wěn)定作用：聚合物類的分散劑在漿水懸浮液中伸展開并且粘度增加，從而達(dá)到良好的分散效果。這是因?yàn)樯煺沟木酆衔锓肿渔溈梢宰柚估w維表面相互接觸，使過度絮凝不會(huì)發(fā)生；另外，粘度的增加也限制了纖維在懸浮液中的運(yùn)動(dòng)，從而減少纖維間的相互接觸。

(3)靜電空間位阻復(fù)合穩(wěn)定機(jī)理：分散劑首先使固體顆粒表面形成雙分子層結(jié)構(gòu)，外層分散劑極性端與水有較強(qiáng)親和力，增加了固體粒子被水潤(rùn)濕的程度。然后固體粒子之間因靜電斥力而相互遠(yuǎn)離，從而達(dá)到良好的分散效果。

2 造紙用分散劑的種類

由于造紙用分散劑種類繁多，相應(yīng)的分類方法也有不少，如按照用途來分，可分為纖維分散劑、樹脂分散劑和涂布分散劑；按照化學(xué)結(jié)構(gòu)來分，可分為無機(jī)分散劑和有機(jī)分散劑；按照來源可分為礦物顏料分散劑、人造顏料分散劑、合成樹脂顏料分散劑等等。而本文是以分散劑的作用機(jī)理來進(jìn)行分類的，大體可分為以下三類。

2.1表面活性劑類

表面活性類主要是非離子型分散劑和陰離子型分散劑。非離子型分散劑如脂肪醇聚氧乙烯醚甲基硅烷、油酸聚氧乙烯酯等；陰離子型分散劑如脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、烷基二苯醚磺酸鈉、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯鹽等。陰離子或非離子表面活性劑的作用機(jī)理一般為：

(1)賦予纖維表面電荷，使其相互產(chǎn)生斥力(陰離子表面活性劑)；

(2)覆蓋于纖維表面，起到保護(hù)膠體的作用；

(3)在纖維周圍形成粘度狀態(tài)，防止纖維碰撞而絮聚；

(4)表面活性劑具有良好的吸附劑懸浮特性，它們吸附在纖維表面，形成水膜，使纖維相互滑過而不致產(chǎn)生纏結(jié)；

(5)纖維表面潤(rùn)濕性能的改變也減少了纖維間的摩擦力，減少了纖維間相互粘著的機(jī)會(huì)；

2.2水溶性高分子有機(jī)物類

纖維分散劑中大部分都是高分子有機(jī)物，如樹膠(刺梧桐膠、槐樹豆膠等)、海藻酸鈉、甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、脫乙?；臍ぞ厶?、PEO、聚丙烯酰胺類等，其中以聚氧化乙烯(PEO)為典型代表。水溶性高分子有機(jī)物類作為分散劑的作用機(jī)理一般為：

(1)它們的加入使得漿料的粘度增高，相當(dāng)于在纖維表面附著了一層薄薄的潤(rùn)滑膜，起到水溶性潤(rùn)滑劑的作用，使纖維相互滑過而不致纏結(jié)；

(2)漿液粘度的增加大大限制了纖維在水中的運(yùn)動(dòng)自由度，使纖維不能相互接觸，減少了纖維間的絮聚，改善了纖維成形交織的能力；

(3)粘性介質(zhì)對(duì)纖維的粘滯力使得許多纖維在停止攪拌時(shí)，還沒有相互接觸就松弛并變成鈍態(tài)，從而在減少了內(nèi)應(yīng)力的懸浮液中形成纖維網(wǎng)絡(luò)；

(4)懸浮液粘度的增加也增加了纖維在介質(zhì)中的懸浮性，延長(zhǎng)了纖維沉降的時(shí)間。

2.3電解質(zhì)無機(jī)鹽類

電解質(zhì)無機(jī)鹽類的分散劑如焦磷酸鉀、六甲基磷酸鈉。這種分散劑主要是加入的離子類型分散劑，在纖維表面產(chǎn)生一定量的表面電荷，使纖維間產(chǎn)生較大的排斥力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)纖維的穩(wěn)定分散。

3長(zhǎng)纖維造紙用分散劑的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1植物長(zhǎng)纖維分散劑的應(yīng)用現(xiàn)狀

使用超支化分散劑對(duì)劍麻纖維/長(zhǎng)玻纖/聚丙烯復(fù)合材料的性能進(jìn)行改善和測(cè)定，以超支化分散劑HBD(HBD的結(jié)構(gòu)如圖1所示)為改性劑，制備劍麻纖維(SF)/ 長(zhǎng)玻纖(LGF)/聚丙烯(PP)復(fù)合材料。由于超支化分散劑HBD的結(jié)構(gòu)中存在著大量的NH-CO等基團(tuán)，能使纖維表面在水介質(zhì)中帶有較多的負(fù)電荷，從而達(dá)到均勻分散的效果。經(jīng)HBD改性后，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度均強(qiáng)于未經(jīng)分散劑改性的復(fù)合材料。

3.2化學(xué)長(zhǎng)纖維分散劑的應(yīng)用現(xiàn)狀

在化學(xué)長(zhǎng)纖維中加入羥丙基甲基纖維素、聚丙烯酰胺(PAM)等分散劑，研究了不同分散劑的分散效果和機(jī)理。加入羥丙基甲基纖維素能大大降低陶瓷纖維的聚集現(xiàn)象；加入PAM的化學(xué)長(zhǎng)纖維料漿具有良好的分散性，成球率幾乎為零。

在硅酸鋁纖維中加入分散劑(聚氧化乙烯PEO，陰離子聚丙烯酰胺APAM)是提高纖維在水中分散性能的最有效的方法，有利于提高制備材料的勻度、抗張強(qiáng)度和撕裂度，有利于改善基體性能。

用超聲波對(duì)碳纖維進(jìn)行預(yù)分散，然后加入分散劑繼續(xù)超聲分散，均能提高碳纖維的分散性。

玻璃纖維漿料切棉后的分散程度明顯高于未切棉的。玻璃纖維越長(zhǎng)則越難分散，適宜的纖維分散長(zhǎng)度為10-12mm。沉降實(shí)驗(yàn)顯示：添加六偏磷酸鈉的漿料分散性最好，漿料沉降高度最低、沉降速率最慢。

隨著造紙助劑的進(jìn)一步發(fā)展，除了出現(xiàn)不同種類分散劑復(fù)配的現(xiàn)象，還出現(xiàn)了不同種類助劑復(fù)配的現(xiàn)象，如分散劑和滲透劑、分散劑和增溶劑的組合應(yīng)用。這是由于滲透劑和增溶劑都具有固定的親水親油基團(tuán)，能夠在溶液的表面定向排列，并能使表面張力顯著降低，這樣就能夠使分散劑更好地附著在纖維表面，從而使其分散作用更好地發(fā)揮出來。

4長(zhǎng)纖維造紙用分散劑的發(fā)展趨勢(shì)

在使用植物長(zhǎng)纖維抄紙過程中，為了提高車速和節(jié)能，有時(shí)需使用高固含量的涂料，所以通常采用高分子有機(jī)分散劑，如聚丙烯酸鈉及其衍生物，或二異丁烯與馬來酸酐共聚物的二鈉鹽溶液，以及烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯醚等。而在化學(xué)纖維抄紙過程中，有的研究加入發(fā)泡劑，使分散劑物料在反應(yīng)熱的條件下使膠體具有無數(shù)微孔結(jié)構(gòu)，從而使之提高溶解速度以及提高溶解分散性。而分散劑的使用最終會(huì)影響到紙張的具體指標(biāo)上，如撕裂強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度、緊度等。同時(shí)，近年來分散劑行業(yè)發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的一些分散劑并不夠“綠色”。因此，進(jìn)一步降低產(chǎn)品的成本并開發(fā)更高效、功能更多樣的環(huán)保型造紙分散劑將成為未來的研究方向。