长纤维用造纸分散剂的应用现状和发展趋势

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所属分类:特种纸动态

由于纤维(特别是长纤维)、填料和大多数助剂等都是水不溶性的,而且由于其密度过高或过低,它们在水溶液中存在自行聚集的趋势和相互排斥性,要么沉降过快而来不及分散要么大量漂浮于水面形成絮聚而无法均匀分散,从而造成分散困难的问题。添加适当的分散剂来稳定浆水分散体系就是一种实现纤维均匀分散、提高纸张性能且较为经济的方法。

本文就长纤维造纸用分散剂的使用现状和发展进行了一系列的描述和总结。

1 分散剂的作用机理

分散剂(Dispersant)是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂,作用机理基本上可以分为以下三种:

(1)静电斥力作用原理:是指通过加入离子类型的分散剂,纤维表面产生一定量的表面电荷,使纤维间产生较大的排斥力,进而实现纤维的稳定分散,在这种分散体系中,离子的强度对分散的效果影响最大;

(2)空间位阻稳定作用:聚合物类的分散剂在浆水悬浮液中伸展开并且粘度增加,从而达到良好的分散效果。这是因为伸展的聚合物分子链可以阻止纤维表面相互接触,使过度絮凝不会发生;另外,粘度的增加也限制了纤维在悬浮液中的运动,从而减少纤维间的相互接触。

(3)静电空间位阻复合稳定机理:分散剂首先使固体颗粒表面形成双分子层结构,外层分散剂极性端与水有较强亲和力,增加了固体粒子被水润湿的程度。然后固体粒子之间因静电斥力而相互远离,从而达到良好的分散效果。

2 造纸用分散剂的种类

由于造纸用分散剂种类繁多,相应的分类方法也有不少,如按照用途来分,可分为纤维分散剂、树脂分散剂和涂布分散剂;按照化学结构来分,可分为无机分散剂和有机分散剂;按照来源可分为矿物颜料分散剂、人造颜料分散剂、合成树脂颜料分散剂等等。而本文是以分散剂的作用机理来进行分类的,大体可分为以下三类。

2.1表面活性剂类

表面活性类主要是非离子型分散剂和阴离子型分散剂。非离子型分散剂如脂肪醇聚氧乙烯醚甲基硅烷、油酸聚氧乙烯酯等;阴离子型分散剂如脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基二苯醚磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯盐等。阴离子或非离子表面活性剂的作用机理一般为:

(1)赋予纤维表面电荷,使其相互产生斥力(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)在纤维周围形成粘度状态,防止纤维碰撞而絮聚;

(4)表面活性剂具有良好的吸附剂悬浮特性,它们吸附在纤维表面,形成水膜,使纤维相互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;

2.2水溶性高分子有机物类

纤维分散剂中大部分都是高分子有机物,如树胶(刺梧桐胶、槐树豆胶等)、海藻酸钠、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、脱乙酰基的壳聚糖、PEO、聚丙烯酰胺类等,其中以聚氧化乙烯(PEO)为典型代表。水溶性高分子有机物类作为分散剂的作用机理一般为:

(1)它们的加入使得浆料的粘度增高,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,使纤维不能相互接触,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力使得许多纤维在停止搅拌时,还没有相互接触就松弛并变成钝态,从而在减少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。

2.3电解质无机盐类

电解质无机盐类的分散剂如焦磷酸钾、六甲基磷酸钠。这种分散剂主要是加入的离子类型分散剂,在纤维表面产生一定量的表面电荷,使纤维间产生较大的排斥力,进而实现纤维的稳定分散。

3长纤维造纸用分散剂的应用现状

3.1植物长纤维分散剂的应用现状

使用超支化分散剂对剑麻纤维/长玻纤/聚丙烯复合材料的性能进行改善和测定,以超支化分散剂HBD(HBD的结构如图1所示)为改性剂,制备剑麻纤维(SF)/ 长玻纤(LGF)/聚丙烯(PP)复合材料。由于超支化分散剂HBD的结构中存在着大量的NH-CO等基团,能使纤维表面在水介质中带有较多的负电荷,从而达到均匀分散的效果。经HBD改性后,复合材料的冲击强度、弯曲强度均强于未经分散剂改性的复合材料。

长纤维用造纸分散剂的应用现状和发展趋势长纤维用造纸分散剂的应用现状和发展趋势

3.2化学长纤维分散剂的应用现状

在化学长纤维中加入羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺(PAM)等分散剂,研究了不同分散剂的分散效果和机理。加入羟丙基甲基纤维素能大大降低陶瓷纤维的聚集现象;加入PAM的化学长纤维料浆具有良好的分散性,成球率几乎为零。

在硅酸铝纤维中加入分散剂(聚氧化乙烯PEO,阴离子聚丙烯酰胺APAM)是提高纤维在水中分散性能的最有效的方法,有利于提高制备材料的匀度、抗张强度和撕裂度,有利于改善基体性能。

用超声波对碳纤维进行预分散,然后加入分散剂继续超声分散,均能提高碳纤维的分散性。

玻璃纤维浆料切棉后的分散程度明显高于未切棉的。玻璃纤维越长则越难分散,适宜的纤维分散长度为10-12mm。沉降实验显示:添加六偏磷酸钠的浆料分散性最好,浆料沉降高度最低、沉降速率最慢。

随着造纸助剂的进一步发展,除了出现不同种类分散剂复配的现象,还出现了不同种类助剂复配的现象,如分散剂和渗透剂、分散剂和增溶剂的组合应用。这是由于渗透剂和增溶剂都具有固定的亲水亲油基团,能够在溶液的表面定向排列,并能使表面张力显著降低,这样就能够使分散剂更好地附着在纤维表面,从而使其分散作用更好地发挥出来。

4长纤维造纸用分散剂的发展趋势

在使用植物长纤维抄纸过程中,为了提高车速和节能,有时需使用高固含量的涂料,所以通常采用高分子有机分散剂,如聚丙烯酸钠及其衍生物,或二异丁烯与马来酸酐共聚物的二钠盐溶液,以及烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯醚等。而在化学纤维抄纸过程中,有的研究加入发泡剂,使分散剂物料在反应热的条件下使胶体具有无数微孔结构,从而使之提高溶解速度以及提高溶解分散性。而分散剂的使用最终会影响到纸张的具体指标上,如撕裂强度、抗张强度、紧度等。同时,近年来分散剂行业发展迅速,传统的一些分散剂并不够“绿色”。因此,进一步降低产品的成本并开发更高效、功能更多样的环保型造纸分散剂将成为未来的研究方向。

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