柔软剂在生活用纸生产中的应用

王水家 孙晓丹 周影 威海翔宇环保科技股份有限公司

随着生活水平的不断提高，人们对各种生活用纸的需求及性能要求也不断提高[1]。卫生纸、面巾纸、手帕纸和餐巾纸等对柔软性能要求较高，所以柔软剂在造纸中的应用越来越受到重视[2]。

1 柔软剂的分类

柔软剂大致分为4类：非表面活性剂类、表面活性剂类、反应型及高分子聚合物乳液型[3]。

1.1 非表面活性剂类柔软剂

1.1.1 以天然油脂、石蜡为原料

此类柔软剂以天然油脂和石蜡为原料，在乳化剂的作用下配制成乳液，如聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、石蜡及硬脂酸酯、硬脂酸双酰胺和羊毛脂等。以其作为柔软剂的纸张特点是手感好、有滑爽及丰满感，降低皮肤摩擦效果好。作用机理是柔软剂渗透到纤维间起到隔离和润滑作用，使分子易于运动，这类材料还常被用作生活用纸的脱缸剂。

1.1.2 以脂肪酸和胺类为原料

此类柔软剂是脂肪酸和胺中和成的稳定胺盐，具有肥皂性质的金属盐有良好的乳化性，如三乙醇胺油酸皂。

1.1.3 以有机硅化合物为原料

在乳化剂作用下制成硅油乳液。有机硅化合物经历硅油乳液阶段、有机硅羟乳阶段及硅油结构基础导入氨基、羧基、聚醚基和环氧基等的改性有机硅阶段。作用机理是有机硅树脂的甲基定向排列和Si—O键的自由旋转，降低界面张力，表现出优异的柔软作用。

1.2 表面活性剂类柔软剂

1.2.1 阳离子型

阳离子型柔软剂由于带有正电荷，可以直接与负电荷的纤维结合，亲水基吸附在纤维上。憎水基向外侧排列，形成低表面能，纤维被长链脂肪烷基的膜包覆。因此用阳离子型柔软剂处理的纤维柔软效果特别好，同时纸张可获得丰满、滑爽的手感，但是不能和阴离子型表面活性剂复配使用。

阳离子型柔软剂主要有叔铵盐和季铵盐两大类。如：硬脂酸三乙醇胺酯季铵盐、二(硬酯酰氧基)—丙基三甲基胺季铵盐。

1.2.2 阴离子型

阴离子型柔软剂与带负电荷的纤维接触时，互相之间发生排斥，不能吸附在纤维上，纸页脱水成形后，纤维上仅仅附着一些与介质中浓度相同的化学助剂，活性基的憎水部分在纤维周围，亲水基向外侧排列，从而形成一层油状的膜，可赋予纸页柔软感，具有表面平滑的手感。阴离子型柔软剂如蓖麻油硫酸化物、脂肪酸硫酸化物和磺化琥珀酸酯。

1.2.3 非离子型

非离子型柔软剂在水溶液中不带电荷，缺少作为柔软剂的突出特点，但此类柔软剂在使用时也能使纤维具有滑腻的柔软感，特点是稳定性好，如聚乙醇酯，特别适合与其他助剂配合使用，不过对纤维的吸附性相对较差，使用后耐久性低。非离子型柔软剂如季戊四醇类和失水山梨醇类。

1.2.4 两性型

两性型柔软剂的亲水性是由阴离子活性基和阳离子活性基共同组成的，受水溶液pH值影响较大，在酸性条件下可用作阳离子型柔软剂，在碱性条件下有阴离子型柔软剂的特点。两性型柔软剂的阳离子基可与纤维作用，阴离子基则可通过纸浆中的聚电解质或铝离子与纤维结合，同样可使疏水基向外侧排列，降低表面能。此类柔软剂能赋予纸张光滑性和柔软性，同时具有抑菌性和杀菌能力，可有效防止发霉，弥补了阳离子柔软剂的缺点，常和阳离子柔软剂复配使用。此类柔软剂常见有氨基酸型、咪唑啉型和甜菜碱型。

1.3 反应型柔软剂

反应型柔软剂也称为活性柔软剂，指分子中含有能与纤维素纤维的羟基直接共价结合成酯键或醚键的柔软剂。

此类柔软剂使用过程中需要一定的高温烘焙处理以促进柔软剂与纤维之间的化学反应，性质活泼，尽量现用现配。

反应型柔软剂主要包含以下几类：酸酐类衍生物，即2个分子脂肪酸脱水生产的酸酐化合物，和纤维上羟基反应生成酯键结合；烯酮类衍生物，即1个分子的脂肪酸本身脱水生成的烯酮化合物，和纤维上羟基反应生成酯键结合；吡啶季铵盐类衍生物，即分子中的活性基团能与纤维素分子上羟基形成化学键并固定在纤维分子上，具有持久的防水性和柔软性。

1.4 高分子聚合物乳液型柔软剂

此类柔软剂是以聚乙烯、聚丙烯、有机硅树脂和聚胺酯树脂等高分子聚合物为原料制成的乳液，不仅具有较好的柔软效果，而且还可作为起皱剂使用，特别有机硅树脂用作纸张柔软剂时除赋予纸张良好的柔软感和平滑感外，还能使纸张有良好的柔弹感和厚实感。

2 柔软剂的结构特点及作用机理

纤维素的结构是一种交错的羟基氢键键合的螺旋纤维状结构，纤维间的广泛氢键缔合及键间很强的分子间力赋予纸张强度和刚性。使用纸张柔软剂的目的就是降低纤维之间的结合力，降低纸张刚性，减少纸张对皮肤的摩擦力；润湿纤维，改善纤维的平滑性，增加纸张光滑性和细腻感。

2.1 柔软剂的结构特点[4]

柔软剂的化学结构主要由疏水性基团和亲水性基团两部分组成。疏水性基团主要是由直链脂肪烷烃结构产生的，碳原子数在C12～C22之间（一般C16～C18），例如，十六醇、十八醇、棕榈酸和硬脂酸等。亲水基团分为阳离子型、阴离子型和非离子型结构类型。起到柔软作用的主要是长链烷基（即疏水基团），亲水性基团与纤维素分子形成氢键，使柔软剂分子吸附于纤维上。合适的柔软剂要求憎水性高，而短链可溶性基团的主要作用是使柔软剂在水介质中易于溶解，与柔软性无直接关系，但它有决定烷基在纤维周围取向的作用。

柔软剂很少是由单一化学结构的一种表面活性剂组成。一般除表面活性剂外，还含有矿物油、植物油或高碳醇等油性物质，即物质的协同增效作用，以达到良好的柔软效果。

2.2 柔软剂的作用机理[3]

界面吸附：加入柔软剂后，柔软剂会在纤维表面发生定向吸附，疏水基向外整齐排列，C—C单键的自由旋转使得整齐的疏水烷基链之间能够相互滑动，降低界面张力，同时减少了纤维的摩擦系数，使纤维之间或纤维与人体间摩擦阻力减小，从而获得蓬松、柔软的手感。

化学结合：当柔软剂分子中含有能和纤维分子中羟基反应的基团时，如羟甲基、环氧基、氨基和甲氧基等。柔软剂和纤维分子间发生共价键合，提高表面柔软性的同时也较大提高了耐洗性。

物理堆积：有些柔软剂分子对纤维缺乏吸附和化学结合的性能，但能在纤维表面靠物理作用堆积成一层透气的连续性树脂薄膜，降低界面张力的作用虽然较小，但有减少纤维摩擦系数的作用，如一些非表面活性物质和聚乙烯乳液、硬脂酸和石蜡的乳液体等。

3 纸张柔软剂的添加方式

浆内添加：将柔软剂添加到浆料系统中，加入位置的范围是从碎浆机到冲浆泵。调节箱或调浆箱是常用的加入位置。

湿纸页喷涂：通过湿纸页喷涂，主要是对纤维进行表面改性。

柔软剂采用不同加入点及添加方式的优缺点比较如表1所示[5]。

表1 柔软剂不同加入点及添加方式的优缺点

4 纸张柔软剂的性能评价

纸张柔软剂的性能体现在纸页的柔软度上，而纸页的柔软度评价方法主要有专家组测试法和仪器测试法[6]。

纸页柔软度有整体柔软度和表面柔软度的区别。整体性质的测试包括纸页的可压缩性、抗张强度、伸长率、弯曲挺度和声波模数。表面性质的测试包括纸页的手感、外观特性及摩擦性。

目前国内普遍使用柔软度测试仪测定，即对纸页的弯曲挠度和表面摩擦进行综合测定。国外主要采用主观评价和客观评价相结合，主要步骤：首先专家对纸页进行主观手感认定，然后使用相关测试仪器对纸页物理性质进行定量分析（如表面摩擦性、抗挠刚度、松厚度和抗张强度等），最后用数学方法对主客观评价结果进行相关性分析，得出结论。

5 纸张柔软剂的发展方向

随着人们生活水平的提高，对各种生活用纸需求也不断提高，同时对纸张的柔软性提出了更高的要求。目前纸张柔软剂多为单组分配方，只能在某些方面效果优异，如果能够根据协同增效原理，将两种或多种柔软剂复配，或者不同功能性化学品与柔软剂进行复配，以获得比单组分更优异性能的柔软剂，将是柔软剂的发展方向之一。