分散剂在纤维悬浮液中的应用进展

纤维在水中的分散情况是影响纸页匀度最重要的因素之一。如果纤维以单根形式存在于液体中并保持均匀分散，则能抄造出组织良好的纸张。另一方面，如果纤维趋于集聚或凝聚成浆块的形状，则纸页会出现云彩花状不均匀状态，给纸页成形带来困难。而纸页的特性在很大程度上取决于纤维特性、纤维分布的均匀性及纤维间的结合状况。这对于一些匀度要求较高的特种用纸，如过滤纸、喇叭纸的生产尤其如此。纤维在水中的分散状况的好坏直接决定了最终产品的好坏。因而在浆料悬浮液中保持最优化的纤维悬浮状态一直是造纸工作者努力追求的目标。而添加分散剂就是一种实现此目的的经济、可靠、操作易行的方法。 　　1、分散剂的分类浆料悬浮液中所用的分散剂一般都具有一定的水溶性和亲水性，以及适宜的流变学特性。根据其作用机理一般分为三大类:第一类为表面活性剂，有以下两种:a非离子型分散剂，如脂肪醇聚氧乙烯醚甲基硅烷，油酸聚氧乙烯酯。b阴离子型分散剂，如脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、土耳其红油、纤维素硫酸钠、烷基二苯醚磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯盐。第二类为一些电解质类无机盐，包括焦磷酸钾、六甲基磷酸钠等。第三类为水溶性高分子，又称水溶性树脂或水溶性聚合物，是一种亲水性的高分子材料，在水中能溶解或溶胀而形成溶液或分散液。它是目前在浆料分散方面用得较多的一类。其典型代表为聚氧化乙烯和聚丙烯酰胺。其详细分类见上面所示的系统表。其中在应用合成类高分子作为分散剂时，分子量的选择是关键。如对聚丙烯酰胺来讲，在低分子量时是分散材料的有效增稠剂，而高分子量时则是重要的絮凝剂。因此，选择合适的分子量对浆料分散状态的好坏起决定性的影响。 　　 2、分散剂作用的可能机理浆料中阴离子或非离子表面活性剂的加入降低了浆料悬浮液的表面张力，提高了纤维表面的润湿性能，减少了纤维因疏水性而引起的絮凝，其作用机理可能是:①赋予纤维表面电荷，使其几乎产生斥力（阴离子表面活性剂）；②覆盖于纤维表面，起到保护胶体的作用；③在纤维周围形成高粘度状态，防止纤维碰撞聚集；④表面活性剂具有良好的吸附及悬浮特性，吸附在纤维表面，形成水滑膜，使纤维互相滑过而不致产生缠结；⑤纤维表面润湿性能的改变也减少了纤维间的摩擦力，减少了纤维间相互粘着的机会；当往悬浮液中添加多聚磷酸盐，如六偏磷酸钠、焦磷酸钾等多价电解质时，其可能的导致纤维分散的机理是:此类电解质的加入改变了纤维上的动电电荷，使纤维上的负电荷增加，纤维相互之间的斥力增大，从而构成了稳定的带阴性电荷的悬浮液。水溶性高分子作为分散剂的作用机理是:①它们的加入使得浆水的粘度增高，相当于在纤维表面附着了一层薄薄的润滑膜，起到了水溶性润滑剂的作用，使纤维相互滑过而不致缠结；②浆液粘度的增加大大限制了纤维在水中的运动自由度，使纤维不相互接触，减少了纤维间的絮聚，改善了纤维成形交织的能力；③粘性介质对纤维的粘滞液力使得许多纤维在停止搅拌时，还没有相互接触就松驰并变成钝态，从而在减小了内应力的悬浮液中形成纤维网络；④悬浮液粘度的增加也增加了纤维在介质中的悬浮性，延长了纤维沉降的时间； 3、分散剂在实际工业生产中的具体应用在实际工业生产中，单独添加上述任何一类添加剂都可以起到一定的分散效果。但在具体操作时，为了达到最佳效果，常常按以下步骤进行操作［2～4］:第一步，对纤维表面进行预处理，这对于一些疏水性大的纤维(如合成纤维、矿物纤维)来讲是很有必要的。最常用的方法是用硫酸或碱液处理纤维表面的疏水涂层，以提高此类纤维的润湿性能。第二步，确定分散剂及其用量，这取决于:①水分在体系中的剪切搅拌水平;②纤维性能;③纤维的亲水处理，即纤维表面预涂或处理的性质或水平。第三步，将纤维加到高剪切水平的水和表面活性剂的混合液中，使得:①纤维首先被水分子湿润并涂饰在纤维表面;②润湿了的纤维在高剪切作用下被分离并分散在液体介质中，同时在搅拌过程中，使得空气以小气泡的形式存在于浆水混合物中，以含有体积1%～4%为最佳，它可起到以下两方面的作用:a作为缓冲物质使得纤维彼此保持分离，从而防止纤维接触;b阻止纤维卷曲和弯曲，从而防止了纤维间的粘合和成团。第四步，在上述浆水混合物中加入适量的无机盐电解质(如六甲基磷酸钠等)，以增加纤维上的阴性电荷，通过纤维间静电斥力的增大来保持构成稳定的带阴性电荷的悬浮液。第五步，在浆料悬浮液中加入适量的粘度调节剂，如聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、甲基纤维素或它们的复配物，使得纤维保持良好的悬浮状态而不致沉降。注意:增稠剂添加应适量，太多则乳胶液难以形成和维持;太少，将会产生过量的活性泡沫，应以悬浮液的粘度在（0．02～0．04）Pas为最佳。下面是一个典型的分散涤纶纤维的例子:第一步，加入862524L的白水（含分散剂烷基芳基醚醇0 086kg，聚丙烯酰胺1725kg）；第二步，加入1mol/L的硫酸1800ml;第三步，再加入100ml烷基芳基聚醚醇并开始搅拌;第四步，加入13608kg的纤维;第五步，再加入1%的聚丙烯酰胺溶液450L，加入时间控制在15min左右。这样，一个稳定的、均匀的、良好分散的空气-水-纤维分散体系就形成了。 　　 4、分散剂的发展趋势： 　　 4.1、增稠类分散剂由天然型向合成型发展这首先是因为合成聚合物具有高效性，用较小的量就可以起到相同剂量的天然化合物所起不到的作用。其次，合成高分子具有多样化的特性，既可以提供多种品种和规格，又可以提供多种性能和功能的产品。再其次，合成高分子有较低的生物耗氧量，这在污水处理方面是特别有益的。 　　 4.2、分散剂向高表面活性发展近年来，随着化学纤维、无机纤维等高疏水性纤维在造纸工业中的应用，对所使用的分散剂也提出了较高的要求，这就是所用的分散剂要有较强的润湿、渗透性，要具有较高的吸附特性和降低溶液表面张力的能力。 　　 4.3、在分散剂的选用上正在由单一型向复合型发展，在使用方法上由单步法向多步法发展多次实验结果表明，单一分散剂的添加效果往往是有限的，但有时如果几种不同的分散剂复合加入却会起到意想不到的效果。这可能是由于分散剂之间的协同效应而使分散效果达到了最佳。在分散剂的添加方法上也有了很多改变，往往是首先加入表面活性剂用来润湿纤维，然后再分几步加入粘度调节剂。实验证明这样添加分散效果要比一次加入好得多，还可以节约分散剂的用量。 　　 4.4、分散剂的添加对其它工序的影响正日益引起人们的重视已有实验表明，抄纸应用分散剂有显著节电效果，特别是对打浆电耗的降低很明显。在抄纸过程中添加分散剂，采用轻微打浆工艺，既能提高产品质量又有显著的节电效果。此外，在抄纸的过程中添加由分散剂所形成的胶体溶液后，其细微粒子分布在浆料的纤维中间，减缓了纤维的絮聚和沉降，并使纤维均匀分布在水中，大大改善了网上浆料的匀度，从而可以在较低的打浆度和较长的纤维下抄造较薄的高质量纸张，并为提高纸机车速创造了条件。同时，由于打浆度的降低减少了水和纤维之间的吸附力，使浆料的滤水速度加快，并可适当增加网槽中浆的浓度，从而减少了网前箱的清水用量，减少了细小纤维的流失，降低了电耗和浆耗。同时由于滤水性能的改善，使纸机网部和压榨部脱水性能提高，从而进一步提高了纸机的生产能力。 　　 5、结语总之，分散剂在造纸行业中的应用在国外尽管已较普遍，但在国内仍处于起步阶段，其应用也仅限于聚氧化乙烯和聚丙烯酰胺等一些常见的分散剂，一些作用机理也有待于补充和完善，其对于抄纸生产所带来的其它方面的影响也有待于人们去研究和论证。但不管怎样，分散剂的添加对纸页匀度的显著改善却是不争的事实。 信息来源于：中国造纸化工网