表面活性剂与制浆造纸

1、表面活性剂与制浆造纸一、概 述表面活性剂在制浆造纸工业中的使用越来越受到造纸科学工作者的重视。据报道在英国表面活性剂的消费为纸张总产量的005左右。表面活性剂加入到液体中时，即使浓度非常小，也会自发地引起表面或界面间张力的强烈降低。表面活性剂结构上具有两性特点，其一端具有亲水性，另一端则具有疏水性。l这种两性分子会自身定向排列在溶液表面上，极性基团伸向水中，而疏水的烃基则伸向空气或者油的界面，从而降低液体的表面张力。表面活性剂能起乳化、分散、增溶、润湿、发泡、消泡、润滑、洗涤、柔软、抗静电、防腐蚀等作用。制浆过程主要是从木材中将木素、半纤维素、树脂、色素以及灰分等尽量地与纤维素分离开，表面活性

2、剂的作用就在于分离杂质，提纯纤维素。在生产人造纤维的过程中，人们往往在浆粕的碱浸渍时添加表面活性剂，这是借助表面活性剂的分散作用和洗涤作用来达到除去树脂的效果。在漂白工序中添加渗透性好的阴离子和非离子表面活性剂(一般用量为0.030.05)，能取得均一的漂白效果。此外，在纸浆漂洗过程中加入洗涤活性物质烷基苯磺酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚，也能获得良好的洗涤鼓果。另外在废纸脱墨、造纸施胶、毛毯洗涤及造纸涂布涂料分散剂等表面活性剂都有广泛的应用。 二、表面活性剂的特点当一种物质加入到某液体中，若能使其表面张力降低，人们则称这种物质具有表面活性。具有表面活性的物质叫作表面活性物质。表面活性物质可以分成两类

3、。第1类是随着其浓度的增大，溶液的表面张力逐渐地下降，如图1曲线1所示，像乙醇、丁醇、醋酸等就属于此类表面活性物质；第类是在低浓度时，溶液的表面张力随表面活性物质浓度的增大而急剧地下降，但增加到一定浓度以后，曲线开始变得平坦，如图1中曲线所示，如肥皂、合成洗涤剂等就属此类，这类表面活性物质叫作表面活性剂。因此，具有表面活性的物质并非都是表面活性剂。图1表面活性物质与表面张力的关系示意图从化学结构上看，所有的表面活性剂分子都是由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成的。亲水基使分子伸向水相，而亲油基则使分子离开水相而伸向油相，因此表面活性剂分子是两亲性分子。它们的亲油基是由烃基构成的，而亲水基却

4、是多种多样的。由于表面活性剂具有很大的表面活性，故在工农业生产及日常生活中广泛地用于乳化、分散、增溶、润湿、发泡、洗涤、柔软等各种用途。表面活性剂的应用已有很长的历史，在古代就有人用草灰与山羊脂制成肥皂。后来又有人制得磺化蓖麻油，并将其作为去污剂用于纺织、制革等工业生产中。直到1917年才在德国第一次人工合成了表面活性剂二异丙基萘磺酸钠。20世纪20年代末期又出现了烷基硫酸钠和阳离子表面活性剂沙帕明(Sapamine)等。20世纪40年代初期人们成功地由山梨醇和脂肪酸合成了非离子型表面活性剂斯盘(Span)及吐温(Tween)。尤其是近年来关于表面活性剂的科学和实践发展很快，相继出现了诸如高分

5、子表面活性剂等许多高效能的表面活性剂，并对其结构、性能及乳化作用的内部机理进行了深入的研究。表面活性剂只有溶于水或有机溶剂后才能发挥其特性。因此，表面活性剂的性能系对其溶液而言，应具有下列特点：(1)双亲(双增)性：表面活性剂的分子中同时含有亲水(憎油)性的极性基团和亲油(憎水)性的非极性基团，因而使表面活性剂既具有亲水又有亲油的双亲性。(2)溶解性：表面活性剂至少应溶于液相中的某一相。(3)表面吸附：表面活性剂的溶解，使溶液的表面自由能降低，产生表面吸附，当吸附达平衡时，表面活性剂在溶液内部的浓度小于溶在表面的浓度。(4)界面定向排列：吸附在界面上的表面活性剂分子，能定向排列成单分子膜。(5

6、)形成胶束：表面活性剂溶于水，并达到一定浓度时，表面张力、渗透压、电导率等溶液性质发生急剧的变化。此时，表面活性剂的分子会产生凝聚而生成凝胶物开始出现这种变化的极限浓度称为临界胶束浓度，简称CMC；(6)多功能性：表面活性剂在其溶液中显示多种功能。如能降低表面张力，具有发泡、消泡、分散、乳化、湿润、抗静电、增溶、杀菌、防腐等。有时也可表现为单一功能。三、表面活性剂的性质 表面活性剂的基本性质有润湿和渗透性、乳化和破乳性、分散性、增溶性、发泡和消泡性、洗涤性。表面活性剂的派生性质有：柔软性、抗静电性、杀菌性和防腐性。1表面活性剂的润湿和渗透性广义地说，润湿作用是一种流体从基质表面把另一种流体取代

7、的过程。润湿过程大致可以分成三类：铺展润湿、粘附润湿和浸入润湿。这三种润湿可以分别在不同的实际过程中出现，也可以同时在一个过程中出现。沾湿指液体与固体接触，变液/气界面和固/气界面为固/液界面的过程。浸湿指固体浸入液体中的过程，洗涤过程即为浸湿过程，铺展过程是指以固/液界面代替固/气界面时，液体在固体表面扩展开。使用液滴的接触角来描述润湿过程，可得到润湿方程。一般用接触角来判定润湿，即角越小，溶液对固体的表面润湿性越好。如图2。图2液滴与固体表面的接触角应用表面活性剂能很好地改变润湿状况，表面活性剂能降低界面的能力，使水能较好地湿润固体或液体表面。实际中可用润湿速度(时间)来评价表面活性剂的润

8、湿性。2表面活性剂的起泡和消泡性1)起泡性泡沫是由于空气或其他气体从液面下通入，液体发生膨胀，并以液膜将气泡包围而形成的，只有溶液才能形成气泡，表面活性剂加入后能存在于气/液界面，并形成一种弹性膜，膜的弹性是产生泡沫的必要条件。一般阴离子表面活性剂的发泡力最大，如肥皂、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、油酸钠等都可作为发泡剂。分子中带有支链疏水基的表面活性剂，比同数目碳原子直链的表面活性剂，能使水的表面张力降低到更低值，所以，支链疏水基比直链疏水基表面活性剂能产生较高的初始泡沫。由于带支链疏水基的表面活性剂有比较弱的内聚力，因此，直链疏水基比支链疏水基表面活性剂的泡沫稳定性要好。当表面活性剂分

9、子上的亲水基团，移向分子中较中间位置时，一般会使泡沫高度增加，但又同时会使得CMC升高，其结果必然又使起泡率降低。添加剂中有机物质能加速达到平衡表面张力，并降低膜弹性，所以可作为泡沫抑止剂。相反，有些能减慢表面活性剂到达平衡表面张力的物质，降低CMC的物质，则可作为泡沫稳定剂。实践经验指出，凡分子中含有多个极性基团，并能和水分子形成氢键的添加剂，对泡沫的稳定能力较强。对表面活性剂溶液的泡沫来说，最为有效的稳定剂常为长碳链的、水中溶解性差的极性化合物。如月桂醇(C12H250H)对十二烷基硫酸钠(C12H25OS03Na)溶液的泡沫，有良好的稳定作用。再如N，N一二甲基十二胺氧化物对十二烷基苯磺

10、酸钠溶液的泡沫，也有很好的稳定作用。另外一些天然蛋白质的水解产物(主要成分为各种类型的氨基酸)以及乙醇酰胺化合物R-C0-NH-CH2CH20H，以及某些脂肪酸酰胺都是效果良好的泡沫稳定剂。值得一提的是，某些两性表面活性剂，如N-烷基氨基酸钠盐R-NH-CH2COONa，R-N(CH2COONa)2和某些甜菜碱磺酸盐R- +N(CH3)2-CH2CH2CH2S03对泡沫都有很好的稳定作用。 2)消泡性一般认为，消泡剂的破泡作用是因为它能使局部区域的表面张力降低到十分低的程度，从而使这些区域由于受周围较高表面张力的作用，使泡沫迅速减薄以至达到破裂点而发生破裂，蒽醌还能促使液体从泡沫中流失而缩短泡

11、沫的寿命。例如长碳链脂肪酸钙盐可以很好地阻止十二烷基苯磺酸钠的起泡，据认为前者的阻泡作用就是产生了一种脆性的，排列紧密的表面膜，取代了原十二烷基苯磺酸钠所产生的弹性表面膜的结果。还有一些表面活性剂，它们本身就是一类无泡或低泡的、内聚力很低的、扩散速度又很快的物质。例如一些非离子表面活性剂，硬脂酸环氧乙烷缩合物C17H35COO(CH2CH2O)nH是一种很好的抑泡剂。3表面活性剂的乳化和破乳作用 表面活性剂的乳化作用是表面活性剂应用最为广泛的性质之一。例如在化妆品、食品、纺织、造纸、金属的切削液、油漆、农药、医药等方面，乳化剂都起着重要的作用。各种类型的表面活性剂都可以作为乳化剂来使用，但非离

12、子表面活性剂和阴离子表面活性剂应用得比较多。乳化作用是指两种互不相溶的液体形成乳状液的过程。乳状液是指一种不溶解或溶解度很小的液体，以一定大小的液滴分散存在于第二种液体中，形成具有明显稳定的悬浊液。对两种互不相溶的液体，如果仅通过机械搅拌的方法总是不能形成稳定的乳状液的。要形成明显稳定的乳状液，必须加入第三组分，这第三组分就是表面活性剂，一般称其为乳化剂。乳状液按分散相的性质一般可以分为两种：油分散在水中形成水包油型乳状液，以0/W(油/水)表示，如牛乳、豆浆等为0/W型乳液：水分散在油中形成油包水型乳状液，以W/O(水/油)表示，如原油、人造奶油等为W/O型乳液。要想得到在较长时间内比较稳定

13、的乳状液，除了选择乳化能力较强的表面活性剂以及确定最合适比例以外，还可以采取下列的一些措施，以促使乳状液的稳定：减小不连续相液滴粒子的直径；缩小两相密度差异；提高连续相的粘度；降低两液相间的界面张力；调节pH，使得液滴表面上带有更多电荷；投加一些有效的乳化稳定剂；尽量避免温度的变化、振动、摩擦、蒸发、浓缩或稀释等情况的发生。乳化稳定剂一般有天然的植物胶、淀粉、蛋白质，以及一些合成或改性的高分子聚合物如聚乙烯醇、羧甲基纤维素等，某些无机物如胶状硅酸也可作为乳化稳定剂使用。表面活性剂的结构和性质对乳化作用影响极大，不仅能影响乳化程度，还影响着乳状液的类型。例如水溶性表面活性剂，倾向于生成0/W型乳

14、状液。油溶性表面活性剂，倾向于生成0/W型乳状液。如N-十二烷基-N，N-二聚氧乙烯基甘氨酸季铵盐这种两性表面活性剂，比N-十二烷基甘氨酸，有更多的极性基团，有较强的水溶性。因此，前者比后者更倾向于形成0/W型乳状液。同时前者比后者的乳化能力也强。据文献报道，前者就是一种优良的润湿剂和表面活性剂。若表面活性剂分子结构中，疏水基的亲油性增加，相对来说亲水基的亲水性能较弱，则倾向于形成0/W型乳状液。例如C17H35CONHCH2CH20H和Cl7H35CON(CH2CH20H)2，它们的亲水基“-CON-”和“-OH”，都是比较弱的亲水基，因此是一种较好的W/O型的表面活性剂。此外，当一种亲水性

15、较好的表面活性剂和另一种亲油性较好的表面活性剂混合使用时，往往能形成稳定性良好的乳状液。例如当亲水性较好的阴离子表面活性剂如十二烷基硫酸钠，加少量亲油性较好的十二醇，可以制得很稳定的0/W型乳状液，两者之间有很好的协同效应。最后，当被乳化的油相极性较大时，则要求亲水性较强的表面活性剂作乳化剂，才能得到较稳定的乳状液。相反，若被乳化的油相极性较小，或无极性时，则要求亲油性较强的表面活性剂作乳化剂，才能得到较稳定的乳状液。 以上是从实践中总结出的经验规则，并非绝对的规律，在初步选用表面活性剂时可作一定的参考。4表面活性剂的分散作用许多生产工艺中，需要固体微粒均匀和稳定地分散在液体介质中。例如油漆、

16、药物、染料、颜料等方面。近来在工业水处理中和油田开发过程中使用固体微粒均匀稳定地分散在水介质中显得更为至关重要。甚至可以认为是能否使工艺成功的关键所在。表面活性剂对固体的分散过程，一般有三个阶段。1)圆体微粒的润湿把固体微粒均匀分散在液体中：首先液体必须能充分润湿每一微粒或粒子团，并且至少要在最后阶段实现铺展润湿，使空气能完全被润湿介质从微粒表面上被取代出去。所形成的接触角应为0。因此当加表面活性剂作为润湿剂时，在固体微粒表面形成了吸附层，这就降低了固气界面或固液界面的表面张力，降低了界面张力和接触角，因此就可能增加了固体微粒在液体介质中的分散能力。若液体是水时，由于水的表面张力较大，因此，可

17、加入表面活性剂增加固体微粒在水中的分散能力。2)粒子的分散或碎裂当粒子或粒子团一旦被液体润湿，粒子就会在液体介质中逐渐分散开来，离子型表面活性剂可以通过在粒子团中粒子表面的吸附，使粒子带有相同的电荷，从而使它们相互排斥而加速分散，也可以通过表面活性剂吸附在粒子团的隙缝中，或者吸附在由于粒子晶体应力作用所造成的微隙中；由于排斥力的作用，降低了固体粒子或粒子团碎裂所需要的机械功，从而使粒子团被碎裂或使粒子碎裂成更小的晶体，并逐步分散在液体介质中。3)阻止固体微粒的重新聚集固体微粒一旦分散在液体中，得到的是一个均匀的分散体系，但稳定与否则要取决于已分散的固体微粒能否重新聚集以形成凝聚物。由于表面活性

18、剂吸附在固体微粒的表面上，从而阻止微粒的重新聚集，所加的表面活性剂降低了固液界面的界面张力，也增加分散体系的热力学稳定性。因此总的结果是在一定的条件下，降低了粒子聚集的倾向。一般来说，固体微粒分散在以水为介质的分散体系中是最为常见的。为了阻止微粒聚集，大多数应用的是离子型表面活性剂。例如当被分散的固体是以非极性为主时，可加入各种离子型表面活性剂，当这些表面活性剂吸附在不带电荷的固体微粒表面时，会使其带有同种电荷而相互排斥，从而形成阻止粒子聚集的屏障，同时由于表面活性剂分子在固体粒子表面上的定向作用非极性基团指向非极性粒子的表面，极性基团指向水相，这就降低了固液界面张力，也更有利于固体粒子在水相

19、中的分散。这种吸附效率是随着憎水基团的碳链的增长而增加，因此可以推测，在这种情况下，长碳链的离子型表面活性剂，比短碳链的更有效。但是对于已带有电荷的固体微粒分散体系，为了稳定、均匀地分散，则一般不常用离子型表面活性剂。因为若使用的是和固体微粒带相反电荷的表面活性剂，则在微粒所带的电荷被中和前，可能发生絮凝而不能有效的分散，这样只有当中和粒子的表面电荷之后，再吸附第二层表面活性剂离子，固体微粒才能重新带电荷，重新分散。如果使用和固体微粒有相同电荷的表面活性剂离子时，由于表面活性剂的极性基团只能指向相同电荷的微粒表面外，即指向水相，这种吸附状况的固体微粒，由于静电的斥力而阻止微粒之间的吸附，从而达

20、到分散的效果。并且只有当水相中离子型的表面活性剂的浓度比较高时，才有强的吸附作用，使分散体系稳定。对带有电荷的固体微粒的分散所使用的一般是结构中带有较多的极性基团的聚电解质(常称离子型高分子表面活性剂)。它们分子中所带相同电荷数越多，电离能也越大。使固体微粒分散体系趋于稳定的电能屏障作用，并非是使体系稳定的唯一因素，空间障碍也可以阻止粒子间相互吸引，紧密靠近。因此，在很多场合下，非离子型表面活性剂对固体微粒有很好的分散作用，其机理是产生了很大的空间障碍。5表面活性剂的增溶作用表面活性剂在水溶液中形成胶束后具有使不溶于水的有机物的溶解度显著增大的能力，且此时溶液呈透明状，胶束的这种作用称为增溶。

21、能产生增溶作用的表面活性剂叫做增溶剂，被增溶的有机物称为被增溶物。如果在已增溶的液体中继续加入被增溶物，达到一定量后，溶液透明状变为乳浊状，这种乳液即为乳状液，在此乳状液中再加入表面活性剂，溶液又变得透明无色。虽然这种变化是连续的，但乳化和增溶本质上是不同的。增溶作用可使被增溶物的化学势显著降低，使体系变得更稳定，即增溶在热力学上是稳定的，只要外界条件不变，体系不随时间变化。而乳化在热力学上是不稳定的。这可由下面的事实说明，乳化的苯和增溶的苯，它们的蒸气压不相同，前者的蒸气压与纯苯的相同，后者的蒸气压显著低于纯苯，由化学势的表示式=0+RTlnp户知，乳状液的P与纯苯的相同，大于被增溶苯的，所

22、以，乳状液的化学势大于增溶液的化学势，因此乳状液的稳定性显著地低于增溶体系，即增溶体系在热力学上是稳定的。6表面活性剂的洗涤作用洗涤作用可定义为，从浸在某种介质(一般为水)中的固体表面除去污垢的过程。在此过程中，借助于洗涤剂以减弱污垢与固体表面之粘附作用，并施以外力(包括机械搅拌或人工洗)，使污垢与固体表面分离而悬浮于介质中，最后将污垢洗净、冲走。洗涤剂在洗涤过程中的作用，一是除去物品表面的油污，二是将油污分散、悬浮，使之不易在物品表面上再沉积。洗涤作用首先是洗涤液润湿被洗物表面，否则，发挥不了洗涤液的洗涤作用。水在天然纤维(棉、毛等)上的润湿性较好，在人造纤维上较差，表面活性剂能够降低水的表

23、面张力，使其接触角减小，因而，纤维的润湿在洗涤剂作用下比较容易实现。其次是，洗涤液把污垢润湿后再把污垢顶替下来。液体油污原来是以铺展开的油膜存在于物体表面，在洗涤液湿润的条件下，逐渐卷缩成油珠，最后被冲洗以至离开表面。固体油污靠的是洗涤剂，特别是优质的洗涤剂，具有较低的表面张力与界面张力，对固体表面有较好的润湿能力，能顶替油污，使油污卷缩成油珠而乳化，分散在洗液中，有利于洗涤。另外，油污可加溶于表面活性剂的胶束中，从而油污不可能再沉积，大大提高了洗涤效果。然而，这种加溶去污的机理，只有在洗涤剂集中于某一局部(衣物上撒上洗衣粉搓洗)的情况下，才能实现。其次，表面活性剂吸附在污垢与洗涤物的界面上，

24、使界面各种性质均发生变化，如表面张力降低，利于分散形成乳状液，同时，界面吸附形成具有较大强度的界面膜使乳状液更稳定，不易沉积于洗涤物表面。非离子表面活性剂吸附后，成为质点表面的水化保护层，稳定性增高，非离子表面活性剂除油污能力比阴离子表面活性剂强，而阳离子表面活性剂总是以其疏水基朝向水中的方式被吸附，故其洗涤作用最差。在同系物中，表面活性剂碳氢链越长，洗涤性越好，表面活性剂的乳化与起泡作用对于洗涤也是有利的，表面活性剂的乳化作用，形成稳定的乳状液，油污质点被悬浮起来不易沉淀在衣物表面。表面活性剂形成泡沫有助于带走尘土污垢，很多经验发现泡沫与洗涤有直接关系。总之，洗涤剂的洗涤作用是综合发挥了表面

25、活性剂的润湿、吸附、乳化、分散、悬浮、起泡、加溶、降低表面张力等功能，才显示出洗涤的良好效果。如果洗涤剂使污垢与被污染物品表面分离能力差，而且分散、悬浮污垢的能力也不佳，则洗涤过程就不能很好的完成。7表面活性剂的柔软性与抗静电性表面活性剂作为柔软剂，一般又可分成暂时柔软剂和永久柔软剂两种。表面活性剂能使纤维具有平滑柔软的性质，原因之一是降低了纤维间的静摩擦因数。当纤维吸附了表面活性剂后，表面活性剂的疏水基团则朝向纤维表面外侧，纤维与纤维之间形成一层润滑剂膜，从而降低了纤维的静摩擦因数，纤维的平滑柔软性增加。然而这种吸附型的平滑柔软过程，并不是永久性的，一旦经多次水洗，表面活性剂离开了纤维表面，

26、则这种平滑柔软性能也随之消失。而永久型的柔软剂，是利用一种带有长碳链疏水基的物质与纤维的羟基或其他基团发生化学反应，把一些疏水基接在纤维的表面，长久在纤维间降低静摩擦力，从而获得长久的柔软平滑性能。虽经多次水洗也不丧失这种性质。目前在纤维织品上作柔软剂使用的表面活性剂，仍以阳离子或阴离子表面活性剂为较多，非离子表面活性剂也多，但阳离子表面活性剂会和直接染料以及荧光增白剂等发生相互作用而降低增白程度以及变色，因此在使用上受到一定限制，人们已开始大量使用两性表面活性剂来作纤维的柔软剂使用。例如十二烷基二甲基甜菜碱，可以在较广的pH范围内显示出优异的柔软效果。特别对羊毛和亚麻织品既有丰富的柔软效果，

27、又有有效的洗净作用，目前在有些纤维的柔软整理上已经大量使用。另外，咪唑啉两性表面活性剂和N-烷基-氨基丙酸等，都在不少场合中作柔软剂使用。表面活性剂作为纤维的抗静电剂，一般要求有比较大的疏水基和比较强的亲水基团。表面活性剂所以能作为纤维的抗静电剂使用，一般认为首先是表面活性剂在纤维界面的吸附，疏水基朝向纤维，强的亲水基团朝向空气，使纤维的离子导电性能和吸湿导电性能增加，即产生了放电现象，使纤维表面的电阻降低，这样就使纤维表面的静电产生与放电相平衡，从而防止了纤维表面静电的积累，纤维表面的电阻值可大约衡量纤维抗静电性能的优劣。Willson建议表面电阻值Rs>1013时，抗静电性能为劣等，

28、10121012者为可以，10111012者为良好，10101011者为优等，Rs小于l010者为特优等。抗静电剂和平滑柔软剂一样，可以分成暂时抗静电剂和永久抗静电剂两种。暂时抗静电科主要利用表面活性剂对纤维的吸附而产生抗静电性能。常用的暂时抗静电剂中，有各种阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂，以及各种性能优异的两性表面活性剂。8表面活性剂的杀菌性杀菌抑霉作用是表面活性剂的派生性质，阳离子和两性表面活性剂在这方面的作用比较显著。表面活性剂杀菌抑霉的机理尚不完全清楚，据信是表面活性剂的阳离子电荷吸附于微生物的细胞壁，破坏细胞壁内的某种酶；与蛋白质发生某种反应并影响微生物正常的代谢过程，最终导致微

29、生物死亡。一般情况下，阳离子表面活性剂，特别是分子结构中带苄基的季铵盐具有较强的杀菌性，但存在其他蛋白质或重金属离子的场合，某些两性表面活性剂的杀菌能力将超过阳离子表面活性剂，特别是与阴离子表面活性复配时，更显示出两性表面活性剂的优越性。9表面活性剂的安全性和温和性表面活性剂的安全性的温和性是表面活性剂的自然属性，亦是人们对其使用性能的一般要求。随着生活水平的提高，人们对这方面的性能越来越关注。表面活性剂的安全性主要指表面活性剂的毒性，如急性、亚急性、慢性毒性、溶血性；对生育繁殖的影响，如胚胎毒性、致突变性如致癌性等。实验表明，非离子和两性离子型表面活性剂的毒性最低，非离子表面活性剂的溶血作用

30、最小，因而在口服药物、注射针剂和食品、化妆品中的应用比较广泛；阳离子表面活性剂的毒性最高，但溶血作用比阴离子表面活性剂低，一般只用作外用消毒杀菌剂。表面活性剂的温和性主要指对皮肤、眼睛等粘膜组织的刺激性和致敏性，这主要是由于表面活性剂通过渗入皮肤，或溶出粘膜中有效成分，或与蛋白质发生反应等作用方式引起的。两性和非离子型中多数品种温和性很好，刺激性最低，如两性咪唑啉、烷基葡糖苷等，阴离子型中某些好的温和性，如磺基琥珀酸酯二钠盐类，其刺激性甚至低于两性和非离子型表面活性剂。阳离子型表面活性剂的温和性最差，这可能与其毒性大，与蛋白质作用强烈有关系。提高温和性的有效手段是脱除表面活性剂产品中的杂质，与

31、低刺激性表面活性剂复配，但根本上还需要大力发展高温和性、低刺激性的表面活性剂品种。10表面活性剂的生物降解性生物降解性是指含碳有机化合物在微生物作用下转化为可供细胞代谢使用的碳源，分解成二氧化碳和水现象。根据微生物作用的方式和作用阶段的差异，生物降解主要包含以下几方面：初级生物降解；达到环境能接受程度的生物降解：指含碳有机化合物被分解到对环境无不良影响程度的中级生物降解作用；最终生物降解指转化为无机物的生物降解作用，如分解为C02和水的过程。由于表面活性剂使用后经下水道排放会在水域里蓄积，造成泡沫堆积或对水生物造成毒害，因此表面活性剂的生物降解性对环境污染是十分重要的。一般若在法定试验时间(1

32、9d)内，初级生物降解达不到80的表面活性剂是被禁用或限制使用，如四聚丙烯烷基苯磺酸盐和烷基酚聚氧乙烯醚就属于此类。几种常见的表面活性剂的初级生物降解性列于表1。表1 表面活性剂的生物降解性表面活性剂初级生物降解性/表面活性剂初级生物降解性/LASAOSSASSDSAES9599969998MESAEO7TX-9CTAB月桂胺基丙酸钠9993849895l00四、表面活性剂在造纸中的应用根据表面活性剂的性质，可以总结出表面活性剂在制浆造纸中的主要作用有加速蒸煮渗透、脱墨、洗涤、抗静电、柔软、润滑、分散、乳化等作用。1加速渗透剂(Penetrants)渗透的前提是润湿，表面活性剂改善润湿性能主要

33、有两种方式：改善固体性能，如通过单层吸附使带相反电荷高能表面拒水、抗粘；通过多层吸附使高能表面更加亲水。改善液体性能，即在润湿剂与固体表面带同种电荷时，通过降低固液表面张力，从而增大润湿性。一些具有支链结构或多烷基结构的表面活性剂具有好的润湿性能，其HLB范围在79，如快速渗透剂T(磺基琥珀酸双异辛酯单钠盐)、渗透剂JFC等。只有通过表面活性剂的润湿作用，才能加速蒸煮助剂和其他助剂的渗透和均匀分散。在制浆和抄纸过程中，常要加入的渗透剂是磺化琥珀酸酯盐(渗透剂T)、润湿剂JFC、丁基萘磺酸钠等。有时加入一些有机溶剂可以帮助渗透。较理想的渗透剂应有一定的耐碱性和耐高温性，因为制浆一般在强碱性和较高

34、的温度下进行。2柔软剂(softening agents)柔软是对纤维而言。表面活性剂能在纤维表面形成疏水基向外的反向吸附，降低纤维物质的动、静摩擦因数，从而获得平滑柔软的手感。通常总是将表面活性剂和油剂一起混合使用，表面活性剂可有效降低纤维物质的静摩擦因数，油剂则可以降低纤维物质的动摩擦因数。柔软润滑的效果可以用静摩擦因数和动摩擦因数的差值来表示，差值愈小，柔软润滑作用愈强。不同类型的柔软剂适用于不同类型的纤维表面。纸纤维表面带负电荷，用阳离子或两性离子表面活性剂的效果要好得多。柔软剂、平滑剂的配方中除了表面活性剂外，一般要加入有机硅高分子或羊毛脂这样的脂类，以充分降低纤维表面能。在柔软剂中

35、以有机硅表面活性剂和有机硅高分子的效果最佳，但原料价格较高。往往要和其他柔软性组分配合使用以降低成本。3抗静电剂(anti-static agents)在特殊加工纸的生产中有时会遇到抗静电问题。表面活性剂处理纸后，可产生亲水性外表面，即作为抗静电剂的表面活性剂在材料表面形成正向吸附，疏水基朝向材料表面，亲水基伸向空间，纤维的离子导电性和吸湿导电性因此增加，产生了放电现象，使表面电阻下降，从而防止了静电积累。作为抗静电剂使用，一般要求表面活性剂有比较大的疏水基和比较强的亲水基团。使用量最多、性能最好的是阳离子表面活性剂，其次是两性表面活性剂。阴离子表面活性剂的一些品种也是优良的抗静电剂，如碳链较

36、长的烷基磺酸盐、烷基硫酸盐甚至钠皂，特别是高碳磷硫酸酯盐的抗静电性可以与阳离子相比。导电纸要求加入各种导电剂，其中各种离子型的表面活性剂都可以作为导电性原料加以利用。特别是亲水性表面活性剂具有较优异的导电性。4污水处理絮凝剂(flocculating agents)制浆造纸产生的污水量很大，已成为各国日益重视的问题。污水处理的办法很多，近年来使用表面活性剂作为絮凝剂取得明显的效果。常用的絮凝剂有月桂酸钠、硬脂酸钠等阴离子表面活性剂和十二烷基胺基乙酸、十八烷基三甲基氯化铵等阳离子表面活性剂。具有显著絮凝作用的往往是一些分子质量较大的表面活性剂或极性高聚物，有时亦可以是一些带有异性电荷且能与悬浮物

37、形成配合物的无机盐，在废水处理中最典型的是加入明矾达到填料和树脂聚集的目的。但更多和更有效的是加入高分子絮凝剂，它们可以通过搭桥作用等机理使分散微粒发生凝结。实际上这在施胶、助留、助滤过程中也都有重要的作用。各种离子型且具有高分子质量的聚丙烯酰胺(PAM)及淀粉接枝聚丙烯酰胺在这方面有着引人注目的效果。阳离子表面活性剂在废水处理时，还可起到显著的杀菌作用。在黑液处理中，容易在蒸发时结垢，使热效率降低，而且难以清理。采用间歇酸洗法，需停机清洗。如在制浆黑液碱回收工艺中使用抗结垢剂，可降低黑液粘度，减少结垢，加速蒸发。这类抗垢剂大多由脂肪酸聚氧乙烯酯、二乙基羟胺磷酸盐、多聚磷酸钠组成。高分子抗结垢

38、剂主要是聚丙烯酸钠、丙烯酸马来酸酐共聚物盐等。这类高分子抗结垢剂的分子质量较低，对水中多价金属离子具有明显的螯合作用，可防止结垢。5分散剂(dispersing agents)在纸的加工过程中分散问题很多，如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；乳液松香胶又称为高分散胶，这里胶料的分散问题实际是一关键。要选择合适的乳化剂和分散剂才能得到颗粒细腻且高度分散的胶料；树脂分散均匀则会最大限度地发挥作用。分散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，这样的体系称作悬浮液。悬浮液至少由三种基本成分组成：分散相、连续相和分散剂，表面活性剂常用作分散剂或悬浮剂。

39、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。加入表面活性剂、分散剂则可以使固体粒子表面形成双分子层或双电层结构，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。固体颗粒之间因静电斥力而远离，达到良好分散效果。表面活性剂可以使悬浮液中的固体分散粒子被液相载体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。表面活性剂所以能起分散作用，主要因为具有以下几个方面的作用：通过静电作用在亲水粒子表面形成反向吸附层

40、，增大油溶性；或是通过疏水作用在亲油粒子表面形成正向吸附，增大水溶性。单分子膜造成空间阻碍，阻止了分散微粒重新靠近和合并。加大离子型表面活性剂浓度，在反向吸附层上形成的第二层带电吸附层会使分散粒子因电性排斥而得到分散。6树脂控制剂(pitch control agent)造纸原料中除纤维素、木素和半纤维素这三种主要成分外，在某些木材原料中还含有少量的树脂。树脂中不仅含有可皂化物如树脂酸、脂肪酸及其酯，还有非皂化物如萜烯、高碳醇等。这些物质淤积于浆内，会严重影响纸页抄造和成品质量，故在制浆过程中应尽量脱除。在抄纸过程中常遇到树脂障碍问题，即树脂自纤维中游离出来，凝聚成颗粒，粘附在纸机各部件上，堵

41、塞铜网，污染毛毯，有时会在纸和纸板上留下黑点，使质量降低。7毛毯清洗剂(detergents)表面活性剂的洗涤和去污作用在造纸过程中特别重要，除废纸脱墨、树脂控制等作用以外，另一个作用就是毛毯清洗作用。纸机在抄纸过程中，毛毯往往由于树脂沉淀等原因容易粘附细小纤维、填料、树脂等，造成毛布孔眼堵塞，特别是草浆由于杂细胞多、粘度大，难于洗涤，造成毛毯的严重污染，致使纸机运行产生障碍，影响纸张质量，降低毛毯使用寿命。所以，一般造纸厂将树脂控制和毛毯清洗共同应用，才能保证纸机的正常运转。毛毯洗涤剂的成分主要由各种表面活性剂组成，一般常用的有阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂等。8废纸脱墨剂(deinking agents)随着环保压力的日益增加，为了缓解制浆原料不足，废纸的回收利用越来越引起人们的重视。废纸制成的再生浆具有不透明度高、纤维组织均匀，能满足多数纸张的质量要求、不必经过打浆处理即可抄纸等优点，而且用再生浆抄成的纸，绒毛少、平整、适用性广。常用的脱墨剂是由表面活性剂与无机药品组成，或是多种表面活性剂的复配物。在脱墨剂配方中常使用钾皂、磺化油、直链烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、磺基琥珀酸二辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐等阴离子表面活性剂，以及烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇