学术论文
  双亲性石墨烯的制备研究
  造纸分散剂的种类及其作用
  纳米材料石墨稀
  石墨烯的制备,特征,性能及应用的研究
  钛酸酯偶联剂改性纳米ZnO制备MC尼龙6/ZnO复合材料
  钛酸酯偶联剂在硬质PVC填充塑料中应用
  纳米碳酸钙在涂料行业中的应用现状与展望
  偶联剂的应用发展及PVC改性体系中无机填充剂介绍
  涂料助剂的发展方向
  钛酸酯偶联剂在涂料中的应用
  超分散包覆剂YB-505用于颜料改性介绍
  超分散包覆剂YB-505在粉煤灰中的应用
  油漆方面的应用
   学术论文
造 纸 过 程 中所使用的化学助剂主要包括助留 
助 滤 剂 、分 散 剂 、增 强 剂 、 消 泡 剂 、 防 腐 剂 、 施 胶 剂 、 表 面 施 胶 剂 、树 脂 障 碍 控制剂和生物酶制剂等 。   这 些助剂在造纸过程中有 的是单独起作用 ,有 的 是 几 种助剂共同起作用 , 目的是提高纸页的质量 、 填 料 和细小纤维的留着率 ,提 高 生 产 效 率 ,降 低 成 本 。 常 用的造纸化学助剂分为过程助 剂和功能助剂两大 类 ,过程助剂包括助留剂 、助 滤 剂 、消 泡 剂 、防 腐 剂 、 成 形 助 剂 、树 脂 控 制 剂 、网 毯 清 洗 剂 等 ;功 能 助 剂 包 括 干 强 剂 、湿 强 剂 、 施 胶 剂 、 增 白 剂 、 填 料 、 染 料 、 柔 软 剂 等[1]。
对于造纸过程来说,纤维特别是长 纤 维 、填 料 和 一些助剂等都是水不溶性的,  它 们 有 在 水 溶 液 中 自 行 聚 集 的 趋 势, 而且不同物料之间往 往 因 不 相 容 性 而 尽 量 远 离,这样就难以得到性能均匀 、强 度 理 想 的 纸张。 为了解决长纤维在抄造过程中的这一问题,下 面就造纸过程中使用的分散剂论述如下[2]。

1   分散剂的作用原理
分散是将固体微小颗粒尽可能均匀分布在另一 种不相容的物料中 ,也 就是指内相为不溶性微粒分 布在外相为液体或半固 体中组成的粗分散体系 ,这 样的体系也称作乳液 。   悬浮液至少由三种基本成分 组 成:分 散 相 、连 续 相 和 分 散 剂 ,常用的分散剂是表 面 活 性 剂. 分散剂可以使悬浮液中的 固 体 分 散 粒 子 被液相充分润湿和均匀分散 ,并使体系的分离 、聚集 和固体微粒的沉降速度 降 至 最 低 ,以维持悬浮液最 大的动力学稳定性 。
对于造纸过程来说 ,纤维、填料和一些助剂等都 是水不溶性的 ,它们有在水溶液中自行聚集的趋势 , 而且不同物料之间往往 因不相容性而尽量远离 ,这 样就难以得到性能均匀 ,强度理想的纸张 。   加 入 分 散剂则可以使固体粒子 表面形成双分子层结构 ,外 层分散剂极性端与水有 较 强 亲 合 力 ,增 加 了 固 体 粒 子被水润湿的程度 。   固体颗粒之间因静电斥力而远 离 ,达到良好分散效果 。  良好的纤维分散剂要求有 

 
 
因使用纤维分散剂而影响纤维的原有性能[3]。

分散剂作用的机理可能是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 围形成黏度状态 ,防止纤维碰撞聚集 ;④表面活性剂 具有良好的吸附剂悬浮特性 ,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 纤维间相互黏着的机会 ;   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 们的加入使得浆液的黏度增高 ,   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浆液黏度的增加 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黏性介质对纤维的黏滞力使得许多纤维 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 悬浮液黏度的增加也增加了 纤维在介质中的悬浮 性,延长了纤维沉降的时间[4]。
2   分散剂的分类
在造纸工业中使用的分散剂品种很多 ,   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。
2.1   纤维分散剂

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 ( 分 散 剂 PA -402), 油酸聚氧乙烯脂 ( 乳 化 剂 A105 1:1)。
b 阴离子型分散剂 ,   如脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸 钠 (乳 化 剂 AES),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脂盐 。
第二类为一些电解质类无机盐 ,包括焦磷酸钾 ,
六偏磷酸钠等 。
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[4]。
 
 
 
 
 
 
 
水 溶 性 高 分 子
 
天 然 类 高 分 子
海 藻 类 (藻 蛋 白 酸 钠 、琼 胶)
植 物 胶 类   阿 拉 伯 胶 、槐 豆 胶
动 物 胶 类 明 胶 、干 酪 素
微 生 物 胶 类 胍 胶 、黄 原 胶
 
 
 
半 合 成 类 高 分 子
 
 
改 性
纤 维 素 类
羧 甲 基 纤 维 素 甲基纤维素、乙基纤维素 羟乙基纤维素、 羟丙基纤维素
羟丙基甲基纤维素 、
羟甲基羟乙基纤维素
改 性 淀 粉 类
氰 乙 基 淀 粉 磷 酸 淀 粉
 
 
合 成 类 高 分 子
聚 丙 烯 酰 胺
聚 丙 烯 酸 、聚 甲 基 丙 烯 酸
聚 乙 烯 醇
聚 氧 化 乙 烯
聚乙烯吡咯烷酮
 
 
2.1.1  聚丙烯酰胺 (PAM)
PAM 的化学名称为聚丙烯酰胺,为 白 色 粉 末,溶

于水,不溶于乙醇 、丙酮等有机溶剂 。水溶液 pH 值在
1~10 时,黏度变化很小,pH 值在 10 以上时,黏度显著 增加。  作为分散剂使用的一般是它的钠盐 。   由于分 子链中含有羧基,  对带负电的纤维 素纤维有分散效 果,并且在相对分子 量 为 300 万 左 右 时,能 提 高 浆 液 黏 度,有利于纤维悬浮,故 是一种长纤维的高效分散 剂。  它的分子结构如下:
~~CH2CH—CH2  CH~~
 
|       | CONH2 COOH
PAM 的 分 散 作 用 机 理 由 于 PAM 分 子 链 中 含 有
羧 基,具有降低表面张力的 作 用 ,有助于水对固体的 湿润,这对于纤维 、填料等在水中的分散特别有利,当 PAM 加入浆料时,可以使纤维 、填料表面形成双分子 结 构,外层分散剂极端与水 有 较 强 亲 和 力 ,增 加 了 纤 维、填料等固体粒子被水润湿的程度 。   纤维、填料等 固体颗粒之间因静电斥力而远离, 达到良好的分散 效果[2]。  聚丙烯酰胺作为助留助滤剂 ,合理使用可以 获得以下效果 :①提高细小纤维和填料留着率 ,表现 在成纸灰分含量提高 ,定量增加 ;②降低网下白水浓 度,加速白水中细小纤维的沉降速度 ;③改善纸料的 滤 水 性 能 ;④减少成型网的 磨 损 ,保持毛毯的清洁 ;
⑤破坏了成纸的匀度 ,这是使用 PAM 的一个负面效 果[1]。
2.1.2  聚氧化乙烯 (PEO)
聚 氧 化 乙 烯 (Polythylene oxide) 又 称 聚 环 氧 乙 烷, 是环氧乙烷多相催化开环聚合而成的高分子聚 合 物, 由环氧乙烷聚合而成不同聚 合度的高分子量 物质,具有明显的晶型结构 ,其聚合物的性能主要取 决于平均分子量的大小 ,   当 相 对 分 子 量 为 200~600 时 成 稠 状 液 体 ,   相 对 分 子 量 在 1000 以 上 呈 蜡 状 固 体 ;100 万以上时呈硫质或者硬质 固 体 ,色 泽 随 分 子 量、催化剂 、溶剂不同而变化[5]。
聚 氧 化 乙 烯 PEO 就是一种抄纸用的纸浆 分 散

剂。  它具有黏度高 、水溶性好 、絮凝性好和润滑性好
的特点 。   加入少量能显示良好的分散效果 ,   且不影 响其它助剂的功能 。   聚氧化乙烯还可以缩短打浆时 间,可以使用叩解度较低的纸浆 ,抄造出匀度良好的 纸张,同时纸页柔软性和强度都较好 。
PEO 作 用 机 理 是 :以 其 稀 溶液在抄纸机网前箱 加入, 可吸附在浆料纤维表面形成一层滑而不黏的 水合膜 ,   使浆料纤维具有良好的悬浮性而不致过快 沉降,从而使纤维分散和减少絮聚 ,改善网外观组织 匀度。  ①聚氧化乙烯的水溶液是一种胶体 ,   添加后 纤维沉降速度减慢 ,对提高纸页匀度起到一定作用 。
②聚氧化乙烯加入后 ,浆料的打浆度急剧下降 ,而随 加入量的加大又有回升的趋势 。   这是因为少量加入 时降低了水的阻力 ,滤 水 加 快 ,增 加 用 量 ,由 于 其 自 身黏度很大 ,   其加快滤水的程度超过了降低水阻力 的作用 ,   因此又表现为回升 。   ③加入聚氧化乙烯后 打 浆 度 降 低 ,纤维长度有所 提 高 ,成纸柔软度提高 , 吸水增加 ,纸张起皱均匀 。   ④打浆时间降低一半 ,节 约了电能 。   ⑤上网浓度提高 ,白水浓度降低 ,流失减 少,并节约了清水 。⑥由于供浆充足 ,纤维组织均匀 、 孔眼少 ,纸机车速提高 ,生产能力提高[6]。
2.1.3  树胶
很多树胶对纤维素纤维有极佳的分散效果 。   这 些树胶是纤维的保护胶体 ,   其负电荷在纤维上均匀 地分布 ,能阻止纤维的结合 。   当然,它们亦可能提高 悬浮介质的黏度 ,使纤维的凝聚作用减少 。
2.1.4  海藻酸钠
海藻酸钠是水溶性高分子 ,   对纤维有显著分散 能力,且黏度稳定 ,分子链在高剪切力下不易发生降 解。  海藻酸钠分散纤维的能力特别高 ,   但是价格较 昂贵,所以应用较少 。
2.1.5  其它纤维分散剂
甲 基 纤 维 素 ,羧 甲 基 纤 维 素 ,羟乙基纤维素等 ,
都是典型的高分子表面活性剂 ,可作为纤维分散剂 。

 
 
2.2.1  无机分散剂

各种无机极性分散剂可吸附在树脂表面 ,   形成 具有保护层的细小树脂颗粒 ,   使之悬浮在水中 。   这 些颗粒表面有相同的电位 。   相互之间尽量远离而不 致发生絮凝和沉聚 。主要无机极性分散剂有滑石粉 , 高岭土 ,硅藻土等 。   滑石粉具有弱憎水性 ,所以可以 将憎水性的树脂粒子吸附在表面上 ,   减低树脂的黏 度和黏着性 ,   从而防止相互凝聚 。   石棉具有正的电 位,而硅藻土的比表面积大 ,并且经特殊处理可改变 表面电荷 ,它们都有一定的效果 。
2.2.2  表面活性剂
用作树脂分散剂的主要是阴离子和非离子的表 面活性剂 ,如加入阴离子表面活性剂 ,可提高树脂粒 子的负电荷密度 ,增加其稳定性 ,同时由于分散剂的 定向吸附 ,形成水化膜 ,使树脂由增水性变为亲水性 状态,加入非离子表面活性剂可有效地分散树脂 ,减 少相互凝聚或沉淀地趋势 。
这一类效果最好的树脂分散剂有 :   脂肪醇聚氧 乙烯醚 ,烷基酚聚氧乙烯醚 ,丁基萘磺酸钠剂甲醛与 萘 磺 酸 的 缩 合 物 。   使 用 条 件 是 :漂 白 浆 浓 度 为 6%~
7%,pH 值 8.5,操 作 温 度 35~40℃,其用量为纸浆量 的 0.5%左右。
漂白浆在酸处理前或酸处理过程中 ,   添加阴离 子型或非离子型分散剂如脂肪醇聚氧乙烯醚 ,   可以 解决酸处理过程中漂白浆残留树脂凝聚的现象 。   但 在洗涤过程中加入分散剂更为合理 ,   效果最好的分 散剂有 :脂肪醇聚氧乙烯醚 ,聚氧乙烯木糖醇单硬脂 肪脂,十八烷基三甲基氯化铵 ,十八烷基二甲基苄基 氯化铵 ,油酸钠等 。
2.2.3  高分子分散剂
用得最多的是聚氧化乙烯, 其他的如甲基纤维 素 ,羧 甲 基 纤 维 素 ,羟 乙 基 纤 维 素 ,聚丙烯酸钠等都 可以作为树脂分散剂 。

涂料中颜料以固体粒子形态与树脂 、   水或溶剂
等其他组成混合存在 。   根据热力学的观点 ,   这是一 个不稳定的体系 ,为了获得稳定而均匀分布的涂料 , 需要使用分散剂 。
分散剂是纸张涂料中最重要的助剂 ,   其中大多 是表面活性剂 ,   其作用为 :   ①赋予各个颜料粒子电 荷 ,使其相互产生斥力 ;②覆盖各个颜料粒子表面 , 起到保护性胶体的作用 ;   ③在粒子周围形成高黏度 状态,防止各个粒子凝集 。
涂 布 时 涂 料 配方中一般要加入颜料分散剂 ,否 则涂布层过厚且不均匀 。   分散剂总的作用是保证涂 料中颜料不发生絮凝和沉降现象 ,   并使涂料的黏度 尽可能低 ,具有良好的流动性和涂布适应性 ,提高胶 黏剂与颜料的混合性 ,   以达到提高涂布纸表面强度 和印刷适应性的效果 。   使用时 ,   先将分散剂溶在水 中,然后再加入颜料 。
最早使用的分散剂为磷酸盐 ,聚硅酸盐 ,磷酸氢 二 氨 ,萘 磺酸与甲醛的缩合物 (分 散 剂 PA-403),干 酪 素 ,阿 拉 伯 树 胶 等 。   六 偏 磷 酸 钠 ,焦 磷 酸 钠 ,四 聚 磷酸钠等是低含固量 涂料中经常使用的分散剂 ,他 们在颜料表面以离子电荷结合 ,   使粒子周围形成阳 电荷,相互排斥 ,起到分散的作用 。   这类分散剂通常 单独使用 ,   但浆料在放置一段时间以后往往会增稠 而影响使用 ,如果聚磷酸盐与氢氧化钠复配使用 ,将 浆料调至碱性 ,   其流动性和稳定性得到改进 。   该类 分散剂用量为颜 料 绝 干 量 的 0.1%~3.0%,以0.25%~
1.2%为最佳 ,过多或过少均会增黏 。
随 着 高 浓 度 涂布机的使用和铜版纸的发展 ,对 分散剂的要求越来越高 。   为了提高车速和节能 ,需 使用高固含量的涂料 ,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 ,脂肪 醇聚氧乙烯醚等 ,聚丙烯酸钠作为  
涂布用的分散剂 ,   与大多数颜料可得到低 黏 度 和 高 固含量的涂料 ,   能提高颜料的细度 ,   分散 体 系 的 稳 定 ,提高纸张的柔软性 ,强 度 ,白 度 ,保 水 性 等 ,且 具 有 可 溶 于 水 ,不 易 水 解 ,不 易 燃 ,无 毒 ,无 腐 蚀 等 特 点。 一般宜选用较高  HLB 值(10~20)的表面活性剂 , 他们的用量通常在 0.1%~3.0%。
涂布所用的颜料分散剂和涂料应具有 良 好 的 稳 定性和较低的黏度 ,   对高浓度纸张涂料的 制 备 尤 为 重要。由颜料 ,淀粉,聚苯乙烯 ,丁基乙烯乳液组成的 纸 张 涂 料 ,  添 加 聚 氧乙烯醚型非离子表面活性剂 
2%~5%(按 涂 料 固 形 物 量 计 ),   能起到稳定作用 ,并 可显著降低涂料的黏度 。   在制备高浓度的 纸 张 涂 料 时 ,添加非离子表面活性剂如分散剂 PA-401,匀 染 剂 O 或 OP,  也能明显降低涂料的 黏度和提高涂料 的稳定性 。


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