氟表面活性劑在造紙中的應用
能使溶劑的表面張力降低的性質稱為表面活性,而能以極低的濃度就能顯著地降低溶劑的表面張力的一類物質稱為表面活性劑。氟表面活性劑是特種表面活性劑的一類。碳氫鍵中的氫原子被氟原子取代后稱為碳氟鏈,具有碳氟鏈憎水基的表面活性劑叫作氟表面活性劑,也稱含氟表面活性劑。碳氫鍵中的氫原子可被氟全部取代,稱為全氟代;也可以部分被氟取代,稱為部分氟代。用于造紙工業(yè)的氟表面活性劑一類為碳酸鹽型氟表面活性劑,多是由含氟醇與三氯氧磷(ＰＯＣｌ3)反應生成。另一類為聚合物型,通常是以全氟烷基丙烯酸酯與氟乙烯單體的共聚物為主。隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展,對紙和紙板的質量和品種要求越來越高,對紙張進行涂布加工是提高其適印性、強度和耐水耐油性能,賦予紙張照相顯影、記錄模寫、防銹防蝕、抗靜電、導電和裝飾等性能的重要手段。紙張涂布過程中要使用各種表面活性劑。氟表面活性劑就是一種重要的表面活性劑,在紙張涂料調制中起重要作用。
(1)做分散劑。分散劑是在紙張涂料中最重要的助劑,其機能為:①賦予顏料粒子以電荷,使之相互間產(chǎn)生斥力;②覆蓋于各個顏料粒子表面,起著保護性膠體作用;③在顏料粒子周圍形成高粘度狀態(tài),防止粒子相互聚集,以保證顏料不發(fā)生絮聚和沉降現(xiàn)象;并使涂料粘度保持盡可能低,從而具有良好的流動性和涂布適應性;提高膠粘劑與顏料的混合性以達到提高涂布紙的表面強度和印刷適應性的效果。隨著刮刀和刮棒涂布機的使用,為提高車速和節(jié)能,需使用高固含量的涂料,為滿足上述要求,用表面活性劑作為分散劑是較理想的選擇。
(2)做消泡劑。在紙張的涂料制備之后,在經(jīng)過泵、篩和涂布的過程中,尤其是氣刀涂布時,往往會產(chǎn)生泡沫,引起涂料增稠并使涂布面上產(chǎn)生針孔、斑點,從而降低紙張的質量。因此,當起泡嚴重時必須加入防泡劑、消泡劑。通常加入高級脂肪醇、磷酸鹽或聚醚型有機硅氧烷類消泡劑,而使用氟表面活性劑作消泡劑,由于其有良好降低表面張力的能力,消泡作用更佳。
(3)做潤滑劑。涂布過程中輥與紙面間存在摩擦力,因此要加入表面活性劑做潤滑劑,特別是在熱感記錄紙、傳真紙的涂布過程中加入氟表面活性劑做潤滑劑,可提高運行適應性,減輕過程中的糊頭現(xiàn)象。用在有磁性記錄紙卡片上,可大大減少信號干擾,提高使用效果。而氟表面活性劑是做潤滑劑的理想材料。
在特種紙方面,由于氟表面活性劑既耐水又憎油,近年來被大量使用在憎油處理劑上,使紙張具有耐水、耐油和耐污染的性能,特別是用于食品包裝紙、快餐包裝盒及耐油容器包裝方面,也適于非包裝紙的生產(chǎn)如標簽、無碳復寫紙等。用硅表面活性劑處理的紙,只能防水不能防油。而氟表面活性劑是較理想的紙張防油整理劑。對紙張進行防油處理的方式有三種:一為外添加型,將含有氟表面活性劑的防油整理劑直接敷于紙張表面,進行表面施膠。二為內添加型,即進行內部施膠,將氟表面活性劑加入紙漿中,再加工成型。三是加在紙張的涂料中,用于涂布配料,即在紙張上色處理前,將氟表面活性劑加在涂料中,與涂料一起施于紙張表面,借涂料中粘合劑的作用與紙張形成較牢固的結合,不僅使紙張有防油防水功能,而且也使涂料獲得較亮澤的理想外觀,增強其防污能力。還可以與聚合物淋膜技術一起應用。但氟表面活性劑做施膠劑使用是依靠肉眼看不見的分子“隔絕層”來實現(xiàn)抗油性能,而聚合物淋膜則依靠形成可見的薄膜,這種類別給氟表面活性劑的應用帶來許多方便。
在環(huán)保方面,聚合物涂布的紙制品,特別是聚乙烯、聚丙烯淋膜,其塑料雜質給纖維的回收再用造成一定的困難,氟化合物施膠的紙制品不會給二次纖維帶來任何麻煩。另一方面,聚合物淋膜的紙制品的生物降解性很低,使用后的包裝扔在野外對環(huán)境造成污染。氟化合物膠料與含氯氟烴等是完全不同的化合物。氟化合物既不含氯離子也不含溴離子,因此不會對臭氧層產(chǎn)生破壞。
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