表面活性劑在紙張柔軟中的應用

 柔軟性是對纖維而言。表面活性劑能在纖維表面形成疏水基向外的反向吸附，降低纖維物質的動、靜摩擦因數，從而獲得平滑柔軟的手感。通常總是將表面活性劑和油劑一起混合使用，表面活性劑可有效降低纖維物質的靜摩擦因數，油劑則可以降低纖維物質的動摩擦因數。柔軟潤滑的效果可以用靜摩擦因數和動摩擦因數的差值來表示，差值愈小，柔軟潤滑性愈強。
     不同類型的柔軟劑適用于不同類型的纖維表面。紙纖維表面帶負電荷，用陽離子或兩性離子表面活性劑的效果要好得多。柔軟劑、平滑劑的配方中除了表面活性劑外，一般要加入有機硅高分子或羊毛脂這樣的脂類，以充分降低纖維表面能。
在柔軟劑中以有機硅表面活性劑和有機硅高分子的效果最佳，但原料價格較高，往往要和其他柔軟性組分配合使用以降低成本。
柔軟劑作用機理
     紙纖維分子鏈中含有多個羥基，且為直鏈型大分子，鏈間有著很強的分子間力及氫鍵締合，具有較高的結晶度，屬于剛性鏈。通過打漿等機械作用及加入各種化學品可使得纖維分子分散、降解和降低結晶度，能夠起到一定的助軟作用。但這還遠不能滿足對紙的柔軟要求，故近年來國內外都十分重視柔軟劑的研究和應用。
     要使紙張柔軟，應使其中的纖維分子間的相互作用力降低，使鏈段和分子鏈都能夠運動，而柔軟劑的作用則是在纖維之間形成非極性隔離膜，這樣分子鏈易在應力下發生相互滑移和運動。紙張柔軟劑大多數是含有Cl6以上的疏水性基團的表面活性劑。在適宜的工藝條件下，附著在纖維的表面上，可形成包裹纖維的疏水膜，從而使纖維構成的紙頁柔軟性得到改善，如陰離子型表面活性劑中的硫酸酯、磺化蓖麻油和非離子表面活性劑中的聚乙二醇酯等，當附著在纖維表面時會顯示其柔軟效果。
     陽離子表面活性劑中的陽離子基可以直接與帶負電荷的纖維結合，疏水基在纖維外側形成低能表面，其柔軟效果特別好，如美國杜邦化學公司制造的ze1an(商品名)就是陽離子表面活性劑，易，溶于溫水中，形成透明的泡沫溶液，能與纖維素纖維形成醚鍵結合，使紙張獲得永久的柔軟效果，其分子式為[C17H35CON—HCH2CH2NHR2]+C1-。英國ICI公司制造的Ve1an(商品名)也是這類表面活性劑。兩性表面活性劑的適應范圍較寬，其陽離子基可和纖維作用，陰離子基則可通過紙漿中的聚電解質或鋁離子與纖維結合，同樣可使疏水基排列向外，使表面能大大降低。另外陽離子及兩性表面活性劑均具有抑菌性和殺菌能力，可有效防止紙的發霉。
有機硅高分子的柔軟機理是以極性的硅氧鏈與纖維形成氫鍵，而疏水基朝外排列形成低能薄膜，大大減少纖維問的分子間力，故有機硅高分子是效果最好的一類紙張柔軟劑。聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、石蠟及硬脂酸酯、硬脂酸雙酰胺、羊毛脂等，主要是滲透到纖維間，起到隔離和潤滑作用，使纖維分子易于運動。
 柔軟劑種類及主要品種
    (1)陽離子表面活性劑如脂肪酸雙酰胺環氧氯丙烷主要用于對柔軟性要求較高的紙張，如衛生紙、皺紋紙、衛生巾、手帕紙、餐巾紙等紙品，該種柔軟劑能與纖維素纖維發生靜電結合，并可與陽離子或非離子活性劑一起使用，互溶性能良好。
    (2)兩性離子表面活性劑  兩性咪唑啉及甜菜堿型表面活性劑均可用作紙張柔軟劑。已在造紙工業中應用的有1-(β-氨乙基)-2-十七烷基咪唑啉羧酸衍生物。
        (3)有機硅表面活性劑  有機硅表面活性劑屬于特種表面活性劑，作為柔軟劑使用的主要是陽離子有機硅季銨鹽型。l967年美國道康公司第一個發表專利，研制出有機硅季銨鹽，商品名為DC-5700，結構式如下：(CH3O)3Si(CH2)3N(CH3)2C18H37C1-
    該化合物同時含有季銨鹽和三個甲氧基的硅烷。這一有機硅表面活性劑帶有三個易水解的甲氧基，水解為易起交聯反應的硅羥基，能牢固地附著于纖維表面，起到柔軟作用。同時還有較強的殺菌、抑菌能力，可滲透人細菌的細胞壁，使細胞壁的蛋白質凝固，從而達到殺菌抑菌的目的。我國自20世紀80年代以來，亦開發出和DC-5700結構與性能相似的有機硅季銨鹽表面活性劑，如以含氫硅油與縮水甘油烯丙醚反應，生成帶環氧基的硅油，然后與二甲胺反應生成有機硅叔胺，再與氯甲烷在壓力下反應生成有機硅季銨鹽。
  (4)其他柔軟劑
    ①硬脂酸聚氧乙烯酯  亦稱柔軟劑SME-4，屬非離子性柔軟劑。外觀為米黃色膏狀物，可溶于水乙醇、乙醚和甲苯等，可與各種表面活性劑混用，水溶液pH值為中性，皂化值為80～90，HLB值為l0.0。
 ②氧化聚乙烯  氧化聚乙烯乳液可由低分子聚乙烯經氧化、乳化而成。外觀為白色乳液；固含量20％：pH值接近于7；分散相粒度≤0．5μμm；能穩定l年以上。主要用作紙張柔軟劑及高光紙的防黏劑。
    ③羊毛脂  一般不單獨使用，因其為油溶性表面活性劑，主要成分是高碳酸高碳醇酯、膽甾醇等，具有極好的潤滑性能，可與蠟類及其他親水性表面活性劑配合，得到乳液型柔軟劑。這類柔軟劑在國外已大量應用。可將羊毛脂進行聚氧乙烯化反應可改善其親水性及其他性質，使之更適合于作為紙張柔軟劑。
    ④乳化蠟  可分為非離子型、陽離子型和陰離子型。作為紙張柔軟劑主要是用陽離子型的產品。即將陽離子表面活性劑和非離子表面活性劑加入蠟中，經乳化后得到穩定蠟乳液。為了改性，可加入有機硅油和液體石蠟。加入乳化蠟不僅可改善柔軟度，還可提高平滑度，降低紙與紙或其他基材間的摩擦力，增強紙張的抗水性和抗濕磨能力。
    蠟乳膠是柔軟劑的一種。其主要成分是非離子性的蠟，因它是用各種表面活性劑進行乳化分散制成，所以作用的機理與前述相同，有陰離子、陽離子、非離子、兩性活性等柔軟劑。
    生產蠟乳膠可使用許多種石蠟和動植物油脂，根據配制的情況，有以柔軟性為主的，有以平滑性為主的，有以光澤為主的，或者具有防水性、憎水性等。另外，還有低相對分子質量的氧化聚乙烯蠟，與相對分子質量在10000以上的高分子聚乙烯不同，其相對分子質量一般在1500--3000左右，在末端有不同的酸值。開始在高溫條件下進行加壓皂化，然后，用陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑或非離子表面活性劑使之在水中乳化制成蠟乳液。這種聚乙烯蠟乳液的離子性取決于乳化劑的離子性。
    聚乙烯蠟乳液柔軟劑的特點是光滑、柔軟而光澤效果好，對混用的其他樹脂有很好的相容性，它可作為樹脂增塑劑，并有防止樹脂加工造成強度下降的效果。特別是高密度聚乙烯蠟的熔點及硬度比一般的蠟類高，對提高紙面的光澤也很有效。最近用以代替硬脂酸鈣作為平滑劑使用也受到普遍重視。