造纸应用
在纸的加工过程中遇到的分散问题很多，纤 维、填料、树脂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。实现此目的的 经济、可靠、操作易行的方法，就是造纸过程中 添加分散剂。
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{zd1}，以维持悬浮液{zd0}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 里远离，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。川 良好的纤维分散剂要求有一定的热解性，即随着 温度的升高而逐渐分解，粘度也相应降低，这样 就不会留在已干燥的纸页上，不会因使用纤维分 散剂而影响纤维的原有性能。
分散剂作用的可能机理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在纤维周围形成高粘度状态，防止 纤维碰撞聚集;④表面活性剂具有良好的吸附及 悬浮特性，吸附在纤维表面，形成水滑膜，使纤 维互相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 间相互粘着的机会;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， 其可能的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 它们的加入使得浆水的粘度增高，相当于在纤维 表面附着了一层薄薄的润滑膜，起到了水溶性润 滑剂的作用，使纤维相互滑过而不致缠结;②浆 液粘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粘性介质对纤维 的粘滞液力使得许多纤维在停止搅拌时，还没有 相互接触就松驰并变成钝态，从而在减小了内应 力的悬浮液中形成纤维网络;④悬浮液粘度的增 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。
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 化学成分来分，主要有表面活性剂、无机盐和水 溶性高分子等。按照用途来分，可分为纤维分散 剂、树指分散剂和涂布分散剂。同一分散剂有时 可用于不同的场合，但有的分散剂只适用于某一 个场合。应当指出，纤维分散剂，与在湿部加工 过程中加入的树脂分散剂及涂布过程中加入的颜 料分散剂有所不同，这点在应用时应加以注意。
2.1纤维分散剂
纤维分散剂的主要作用是减少纤维絮凝，改 进纸料成形。
纤维在水中的分散情况是影响纸页匀度最重 要的因素之一。如果纤维以单根形式存在液体中 并保持均匀分散，则能抄造出组织良好的纸张。 另一方面，如果纤维趋于集聚或凝聚成浆块的形 状，则纸页会出现云彩花状不均匀状态，给纸页 成形带来困难。而纸页的特性在很大程度上取决 于纤维特性、纤维分布的均匀性及纤维间的结合 状况。这对于一些匀度要求较高的特种用纸，如 过滤纸、喇叭纸的生产尤其如此。纤维在水中的 分散状况的好坏直接决定了最终产品的好坏。
用作纤维分散剂的造纸化学品一般都具有一 定的水溶性和亲水性，以及适宜的流变学特性。
根据其作用机理一般分为三大类:
{dy}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一402)，油酸聚氧乙烯醋 (乳化剂Alo51:1)。
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 酸醋盐。
第二类为一些电解质类无机盐，包括焦磷酸 钾、六甲基磷酸钠等。
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酸胺。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飞如 对聚丙烯酞胺来讲，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。
(l)部分水解聚丙烯酸胺
它既可以由非离子聚丙烯酞胺水解制得，也 可以通过丙烯酸胺和丙烯酸以一定比例共聚得 到。作为分散剂使用的一般是它的钠盐，由于分 子链中含有部分轻基，对带负电荷的纤维素纤维 有分散效果。并且在相对分子质量为300万左右 时，能提高浆液粘度，有利于纤维悬浮，所以是一 种长纤维的高效分散剂。
(2)聚氧化乙烯(pEo)
聚氧化乙烯是目前国内外应用最多的纸浆分 散剂。用作纸浆分散剂的聚氧化乙烯，外观为白 · 色粒状或粉末聚合物，相对分子质盈大于25。 万，熔点66~70℃，热分解温度423~425℃，表 观密度0.15~0.3kg/L，水溶液pH值为6.5~7.0， 属于非离子性。
聚氧化乙烯是一种抄纸用纸浆分散剂，特别 适用于作为纤维造纸的分散剂。具有高度的粘 性、水溶性好、润滑性好等特点。产品易溶于 水，但必须使用适当的分散设备来逐渐溶解。 聚氧化乙烯除对长、短纤维均有良好的分散 作用外，还具有助留、增强作用，适应PH值范围 宽。另外，它还能改善纸张柔软度和光滑度。一 般用作分散剂时聚氧化乙烯的相对分子质量>300 万。相对分子质量低于此值时，用t会很大;相 对分子质量在50万以下时，会xx失去使纤维防 止凝聚的作用。聚氧化乙烯在高剪切力和高温下 会发生分子链降解，导致粘度降低和分散能力下 降。
聚氧化乙烯与聚乙二醇的分子式是相同的， 只是相对分子质量不同，聚氧化乙烯的相对分子 质量很高;聚乙二醇的相对分子质量只有数千。 外观为白色固体，为水溶液高分子蜡，其在乳液 聚合中可用作树脂分散及乳胶保护剂。
(3)树胶
很多树胶对纤维素纤维有{jj0}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粘度，使纤维的凝聚作用减 少。
(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，且粘度稳定，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 价格较昂贵，所以应用较少。
(5)其他纤维分散剂
甲基纤维素、梭甲基纤维素、轻乙基纤维素 等，都是典型的高分子表面活性剂，可作为纤维 分散剂。
2.2树脂分散剂
造纸原料中除纤维素、木质素和半纤维素这 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 肪酸及其醋外，还含有非皂化物如菇稀、高碳醇 等。在制浆过程中，木浆所含树脂在漂白过程中 析出，如不及时分离，会形成粘性淤积物，粘凝 于设备、输送带、纸机的毛毡或烘缸上。淤积物 受撞击而脱落，混入浆料，造成抄成的纸出现疵 斑。阔叶木浆最容易出现这种现象，针叶木浆也 时有出现。此外，在生产过程中由于PH值、温度 或生产系统中的料流突然变化，也会引起树脂凝 聚物出现。在木浆碱抽提过程中添加表面活性剂 可使树脂析出，但析出的树脂通过水洗不可能全 部除去，解决这个问题必须使用分散剂。
常用的树脂分散剂有无机分散剂、表面活性 剂和高分子分散剂。通常的方法是把分散剂加入 漂液中，添加量为每吨木浆0.l~0.3kg。
(l)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，所以可以将僧水性的树脂粒子吸附在表 面上，减低树脂的貂度和勃着性，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)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，使树脂由憎 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的趋势。 这一类效果{zh0}的树脂分散剂有:脂肪醇聚 氧乙稀醚、烷基酚聚氧乙稀醚、丁基蔡磺酸钠及 甲醛与蔡磺酸的缩合物。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稀醚， 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 {zh0}的分散剂有:脂肪醇聚氧乙稀醚、聚氧乙稀 木糖醇单硬脂酸醋、十八烷基三甲基氯化按、十 八烷基二甲基节基氯化铁、油酸钠等。
(3)高分子分散剂
用的最多的是聚氧化乙烯，其他的如甲基纤 维素、梭甲基纤维素、经乙基纤维素、聚丙烯酸 钠等都可作为树脂分散剂。
2.3涂布分散剂
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)在粒子周围形成高粘度状态，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 证涂料中的颜料不发生絮凝和沉降现象，并使涂 料的粘度尽可能低，具有良好的流动性和涂布适 应性，提高胶粘剂与颜料的混合性，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、蔡磺酸与甲醛的缩合物(分散剂P八- 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，它们在白土表面以离子电荷结 合，使粒子周围形成阳电荷，互相排斥，起到分 散作用。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 白土绝干量的0.1~3.0%，以0.25%~1.2%为最 佳，过多或过少均会增粘。
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。为提高车速和节能， 需使用高含固量的涂料，通常采用高分子有机分 散剂，如聚丙烯酸钠溶液、聚甲基丙烯酸钠及其 衍生物，或二异丁烯与马来酸醉共聚物的二钠盐 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 数颜料可得到低粘度和高含固量的涂料，能提高颜料的细度，分散体系的稳定性，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、xx、无腐蚀等特点。 一般宜选用较高HLB值(10~2。)的表面活性 剂，它们的用量通常0.1%~3·0%。
涂布所用的颜料和涂料应具有良好的 稳定性和较低的粘度，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 孚L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粘度。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一401、匀染剂。或乳化剂oP，也能明显 降低涂料的粘度和提高涂料的稳定性。