分散劑在纖維懸浮液中的應用進展

纖維在水中的分散情況是影響紙頁勻度最重要的因素之一。如果纖維以單根形式存在于液體中并保持均勻分散，則能抄造出組織良好的紙張。另一方面，如果纖維趨于集聚或凝聚成漿塊的形狀，則紙頁會出現云彩花狀不均勻狀態，給紙頁成形帶來困難。而紙頁的特性在很大程度上取決于纖維特性、纖維分布的均勻性及纖維間的結合狀況。這對于一些勻度要求較高的特種用紙，如過濾紙、喇叭紙的生產尤其如此。纖維在水中的分散狀況的好壞直接決定了最終產品的好壞。因而在漿料懸浮液中保持最優化的纖維懸浮狀態一直是造紙工作者努力追求的目標。而添加分散劑就是一種實現此目的的經濟、可靠、操作易行的方法。

　　1、分散劑的分類漿料懸浮液中所用的分散劑一般都具有一定的水溶性和親水性，以及適宜的流變學特性。根據其作用機理一般分為三大類:第一類為表面活性劑，有以下兩種:a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。b陰離子型分散劑，如脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、土耳其紅油、纖維素硫酸鈉、烷基二苯醚磺酸鈉、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯鹽。第二類為一些電解質類無機鹽，包括焦磷酸鉀、六甲基磷酸鈉等。第三類為水溶性高分子，又稱水溶性樹脂或水溶性聚合物，是一種親水性的高分子材料，在水中能溶解或溶脹而形成溶液或分散液。它是目前在漿料分散方面用得較多的一類。其典型代表為聚氧化乙烯和聚丙烯酰胺。其詳細分類見上面所示的系統表。其中在應用合成類高分子作為分散劑時，分子量的選擇是關鍵。如對聚丙烯酰胺來講，在低分子量時是分散材料的有效增稠劑，而高分子量時則是重要的絮凝劑。因此，選擇合適的分子量對漿料分散狀態的好壞起決定性的影響。
　　
　　2、分散劑作用的可能機理漿料中陰離子或非離子表面活性劑的加入降低了漿料懸浮液的表面張力，提高了纖維表面的潤濕性能，減少了纖維因疏水性而引起的絮凝，其作用機理可能是:①賦予纖維表面電荷，使其幾乎產生斥力（陰離子表面活性劑）；②覆蓋于纖維表面，起到保護膠體的作用；③在纖維周圍形成高粘度狀態，防止纖維碰撞聚集；④表面活性劑具有良好的吸附及懸浮特性，吸附在纖維表面，形成水滑膜，使纖維互相滑過而不致產生纏結；⑤纖維表面潤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會；當往懸浮液中添加多聚磷酸鹽，如六偏磷酸鈉、焦磷酸鉀等多價電解質時，其可能的導致纖維分散的機理是:此類電解質的加入改變了纖維上的動電電荷，使纖維上的負電荷增加，纖維相互之間的斥力增大，從而構成了穩定的帶陰性電荷的懸浮液。水溶性高分子作為分散劑的作用機理是:①它們的加入使得漿水的粘度增高，相當于在纖維表面附著了一層薄薄的潤滑膜，起到了水溶性潤滑劑的作用，使纖維相互滑過而不致纏結；②漿液粘度的增加大大限制了纖維在水中的運動自由度，使纖維不相互接觸，減少了纖維間的絮聚，改善了纖維成形交織的能力；③粘性介質對纖維的粘滯液力使得許多纖維在停止攪拌時，還沒有相互接觸就松馳并變成鈍態，從而在減小了內應力的懸浮液中形成纖維網絡；④懸浮液粘度的增加也增加了纖維在介質中的懸浮性，延長了纖維沉降的時間；

　　3、分散劑在實際工業生產中的具體應用在實際工業生產中，單獨添加上述任何一類添加劑都可以起到一定的分散效果。但在具體操作時，為了達到最佳效果，常常按以下步驟進行操作［2～4］:第一步，對纖維表面進行預處理，這對于一些疏水性大的纖維(如合成纖維、礦物纖維)來講是很有必要的。最常用的方法是用硫酸或堿液處理纖維表面的疏水涂層，以提高此類纖維的潤濕性能。第二步，確定分散劑及其用量，這取決于:①水分在體系中的剪切攪拌水平;②纖維性能;③纖維的親水處理，即纖維表面預涂或處理的性質或水平。第三步，將纖維加到高剪切水平的水和表面活性劑的混合液中，使得:①纖維首先被水分子濕潤并涂飾在纖維表面;②潤濕了的纖維在高剪切作用下被分離并分散在液體介質中，同時在攪拌過程中，使得空氣以小氣泡的形式存在于漿水混合物中，以含有體積1%～4%為最佳，它可起到以下兩方面的作用:a作為緩沖物質使得纖維彼此保持分離，從而防止纖維接觸;b阻止纖維卷曲和彎曲，從而防止了纖維間的粘合和成團。第四步，在上述漿水混合物中加入適量的無機鹽電解質(如六甲基磷酸鈉等)，以增加纖維上的陰性電荷，通過纖維間靜電斥力的增大來保持構成穩定的帶陰性電荷的懸浮液。第五步，在漿料懸浮液中加入適量的粘度調節劑，如聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、甲基纖維素或它們的復配物，使得纖維保持良好的懸浮狀態而不致沉降。注意:增稠劑添加應適量，太多則乳膠液難以形成和維持;太少，將會產生過量的活性泡沫，應以懸浮液的粘度在（0．02～0．04）Pa's為最佳。下面是一個典型的分散滌綸纖維的例子:第一步，加入862524L的白水（含分散劑烷基芳基醚醇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烷基芳基聚醚醇并開始攪拌;第四步，加入13608kg的纖維;第五步，再加入1%的聚丙烯酰胺溶液450L，加入時間控制在15min左右。這樣，一個穩定的、均勻的、良好分散的空氣-水-纖維分散體系就形成了。 　　
　　4、分散劑的發展趨勢： 　　
　　4.1、增稠類分散劑由天然型向合成型發展這首先是因為合成聚合物具有高效性，用較小的量就可以起到相同劑量的天然化合物所起不到的作用。其次，合成高分子具有多樣化的特性，既可以提供多種品種和規格，又可以提供多種性能和功能的產品。再其次，合成高分子有較低的生物耗氧量，這在污水處理方面是特別有益的。 　　
　　4.2、分散劑向高表面活性發展近年來，隨著化學纖維、無機纖維等高疏水性纖維在造紙工業中的應用，對所使用的分散劑也提出了較高的要求，這就是所用的分散劑要有較強的潤濕、滲透性，要具有較高的吸附特性和降低溶液表面張力的能力。 　　
　　4.3、在分散劑的選用上正在由單一型向復合型發展，在使用方法上由單步法向多步法發展多次實驗結果表明，單一分散劑的添加效果往往是有限的，但有時如果幾種不同的分散劑復合加入卻會起到意想不到的效果。這可能是由于分散劑之間的協同效應而使分散效果達到了最佳。在分散劑的添加方法上也有了很多改變，往往是首先加入表面活性劑用來潤濕纖維，然后再分幾步加入粘度調節劑。實驗證明這樣添加分散效果要比一次加入好得多，還可以節約分散劑的用量。 　　
　　4.4、分散劑的添加對其它工序的影響正日益引起人們的重視已有實驗表明，抄紙應用分散劑有顯著節電效果，特別是對打漿電耗的降低很明顯。在抄紙過程中添加分散劑，采用輕微打漿工藝，既能提高產品質量又有顯著的節電效果。此外，在抄紙的過程中添加由分散劑所形成的膠體溶液后，其細微粒子分布在漿料的纖維中間，減緩了纖維的絮聚和沉降，并使纖維均勻分布在水中，大大改善了網上漿料的勻度，從而可以在較低的打漿度和較長的纖維下抄造較薄的高質量紙張，并為提高紙機車速創造了條件。同時，由于打漿度的降低減少了水和纖維之間的吸附力，使漿料的濾水速度加快，并可適當增加網槽中漿的濃度，從而減少了網前箱的清水用量，減少了細小纖維的流失，降低了電耗和漿耗。同時由于濾水性能的改善，使紙機網部和壓榨部脫水性能提高，從而進一步提高了紙機的生產能力。 　　
　　5、結語總之，分散劑在造紙行業中的應用在國外盡管已較普遍，但在國內仍處于起步階段，其應用也僅限于聚氧化乙烯和聚丙烯酰胺等一些常見的分散劑，一些作用機理也有待于補充和完善，其對于抄紙生產所帶來的其它方面的影響也有待于人們去研究和論證。但不管怎樣，分散劑的添加對紙頁勻度的顯著改善卻是不爭的事實。