제지 습부에서의 응용

사이징용 계면활성제는 종이와 판지에 내수성을 부여하는 중요한 습식 화학 물질입니다. 주로 필기구, 인쇄, 포장, 건축용 종이 및 판지에 사용됩니다.

사이징제의 주요 종류는 로진 기반 사이징제와 합성 기반 사이징제입니다. 분산된 로진 사이징의 제조는 고체 로진이 열을 흡수하여 액체 로진이 되는 물리적, 화학적 과정입니다. 로진 액체와 물 사이에는 강한 계면장력이 존재하며, 이 계면장력을 낮추려면 계면활성제를 첨가해야 합니다. 로진 검을 분산시키는 유화제와 분산제는 모두 계면활성제입니다. 분산된 로진 검을 제조하는 데 있어 적절한 계면활성제를 선택하는 것이 핵심이며, 일반적으로 사용되는 계면활성제로는 음이온계, 양이온계, 그리고 양쪽이온계가 있습니다. 중국에서 가장 일반적으로 사용되는 유화제는 음이온 분산 로진 검이며, 일반적으로 사용되는 유화제는 지방 알코올 폴리옥시에틸렌 에테르 인산염, 2-히드록시-3-(스티렌 글리콜) 아크릴 설포네이트 나트륨, 2-히드록시-3-(노닐페녹시 폴리옥시에틸렌) 아크릴 설포네이트 등과 같은 폴리옥시에틸렌 유형입니다. 양이온 폴리아크릴아미드, 폴리아미드 폴리아미드 에피클로로히드린 및 양이온 전분과 같은 일부 양이온 유화제는 양이온 분산 로진 사이즈를 제조하는 데 사용됩니다.

합성 사이징제로는 주로 알킬 케텐 다이머(AKD)와 알킬 숙신산 무수물(ASA)이 있습니다. 이 두 가지 사이징제는 섬유의 히드록실기와 반응하여 섬유에 잔류하는 활성 작용기를 포함하고 있기 때문에 반응성 사이징제라고도 합니다. 높은 pH 조건(pH=7.5-8.5)에서도 잘 견디는 이 사이징제는 저렴한 탄산칼슘을 충전제로 사용하여 종이의 강도, 백색도 및 제지 성능을 향상시킬 수 있어 제지 산업에서 널리 사용됩니다. 현재 선진국 고급 종이의 50% 이상이 중알칼리성 제지 기술을 달성했습니다. AKD와 ASA는 물에 녹지 않으며, 폴리옥시에틸렌계 비이온성 계면활성제를 유화제로 ​​사용하여 안정적인 AKD 로션을 제조할 수 있습니다.

수지 제어를 위해 계면활성제로 처리한 펄프의 표백 과정에서 잔류 수지가 침전됩니다. 적시에 분리하지 않으면 점성 침전물이 형성되어 장비, 초지기 구리망, 모직포, 건조 실린더 등에 부착되어 제지 공정을 방해하고 정상적인 제지 공정에 영향을 미치며, 종이의 질병을 유발합니다. 또한, 오늘날 폐지 사용이 널리 보급됨에 따라, 폐지에 함유된 접착제, 잉크 바인더, 코팅 접착제와 같은 수지 기반 물질 또한 제지 공정에 영향을 미치는 수지 장벽을 형성할 수 있습니다. 따라서 수지 장벽 제어제 연구 개발의 중요성이 점차 커지고 있습니다.

일반적으로 사용되는 수지 배리어 조절제로는 무기 충전제(예: 활석 분말), 살균제, 계면활성제, 킬레이트제, 양이온성 중합체, 리파제, 막 분리제가 있습니다. 가장 일반적으로 사용되는 계면활성제는 음이온성 계면활성제로, 현재 가장 널리 사용되는 계면활성제로는 고급 알코올 황산염, 알킬벤젠 설폰산, 고급 알코올, 인산염 등이 있습니다. 양이온성 계면활성제는 주로 알킬 아민염 또는 4차 암모늄염입니다. 비이온성 계면활성제로는 주로 폴리에틸렌 글리콜과 폴리올이 있습니다. 또한 양쪽성 계면활성제와 다양한 다성분 복합체도 있습니다. 박리제는 건조기와 종이 시트 사이의 접착력을 조절하고, 스크레이퍼와 건조기를 윤활하며, 접착제의 분포를 조절하는 데 사용되는 수지 조절제입니다. 주로 폴리비닐알코올 로션과 같은 폴리아미드 중합체 로션, 미네랄 오일, 계면활성제 매칭 플랫폼 스프레이, 유기 실리콘 로션, 폴리아민 폴리아미드 양이온성 중합체가 포함됩니다.

소포제용 계면활성제

제지 공정에서 펄프에는 소량의 천연 및 인공적으로 첨가된 발포 계면활성제(기술 성분 및 지방산)와 합성 고분자 및 전분과 같은 기포 안정제가 포함됩니다. 따라서 기포가 발생하여 종이가 찢어지거나 종이에 구멍이 생기는 등의 문제가 발생합니다. 제지에 사용되는 소포제의 주요 활성 성분은 고탄소 알코올, 폴리에테르, 지방산 에스테르, 유기 실리콘 고분자 등이며, 일반적으로 유중수용액(water in oil lotion) 형태로 제조됩니다.

제지용 연화제

부드러움은 계면활성제가 섬유 표면에 소수성기를 형성하고 이를 역방향으로 흡착하여 섬유 소재의 동적 및 정적 마찰 계수를 감소시켜 매끄럽고 부드러운 감촉을 얻는 능력을 의미합니다. 황산 식초, 설폰화 피마자유, 그리고 기타 음이온성 계면활성제는 섬유 표면에 흡착되면 연화 효과를 나타냅니다.

양이온성 계면활성제의 양이온기는 음전하를 띤 섬유와 직접 결합할 수 있는 반면, 소수성기는 섬유 외부에 저에너지 표면을 형성하여 특히 우수한 유연성을 제공합니다. 지방산 비스아미드 에피클로로히드린은 주로 화장지, 주름지, 생리대, 손수건, 냅킨 등과 같이 유연성이 요구되는 종이에 사용됩니다.

양극성 이온성 계면활성제는 광범위한 용도로 사용됩니다. 양이온기는 섬유와 결합을 형성할 수 있고, 음이온기는 펄프의 폴리전해질이나 알루미늄 이온을 통해 섬유와 결합할 수 있습니다. 또한 소수성기를 바깥쪽으로 정렬시켜 표면 에너지를 크게 감소시킬 수 있습니다. 이러한 계면활성제의 예로는 1(.9'아미노에틸) 2. 17가지 알킬 이미다졸린 카르복실산 유도체가 있습니다. 또한, 양이온성 및 양쪽성 계면활성제 모두 항균 및 살균 특성을 가지고 있어 종이의 곰팡이 발생을 효과적으로 방지할 수 있습니다.

유기규소계 계면활성제는 특수 계면활성제에 속하며, 양이온성 유기규소 4차 암모늄염이 주로 연화제로 사용됩니다. 스테아르산 폴리옥시에틸렌 에스테르, 폴리옥시에틸렌 라놀린, 유화 왁스 등 다양한 종류의 연화제가 있습니다.

제지용 연화제

부드러움은 계면활성제가 섬유 표면에 소수성기를 형성하고 이를 역방향으로 흡착하여 섬유 소재의 동적 및 정적 마찰 계수를 감소시켜 매끄럽고 부드러운 감촉을 얻는 능력을 의미합니다. 황산 식초, 설폰화 피마자유, 그리고 기타 음이온성 계면활성제는 섬유 표면에 흡착되면 연화 효과를 나타냅니다.

양이온성 계면활성제의 양이온기는 음전하를 띤 섬유와 직접 결합할 수 있는 반면, 소수성기는 섬유 외부에 저에너지 표면을 형성하여 특히 우수한 유연성을 제공합니다. 지방산 비스아미드 에피클로로히드린은 주로 화장지, 주름지, 생리대, 손수건, 냅킨 등과 같이 유연성이 요구되는 종이에 사용됩니다.

양극성 이온성 계면활성제는 광범위한 용도로 사용됩니다. 양이온기는 섬유와 결합을 형성할 수 있고, 음이온기는 펄프의 폴리전해질이나 알루미늄 이온을 통해 섬유와 결합할 수 있습니다. 또한 소수성기를 바깥쪽으로 정렬시켜 표면 에너지를 크게 감소시킬 수 있습니다. 이러한 계면활성제의 예로는 1(.9'아미노에틸) 2. 17가지 알킬 이미다졸린 카르복실산 유도체가 있습니다. 또한, 양이온성 및 양쪽성 계면활성제 모두 항균 및 살균 특성을 가지고 있어 종이의 곰팡이 발생을 효과적으로 방지할 수 있습니다.

유기규소 계면활성제는 특수 계면활성제에 속하며, 양이온성 유기규소 4차 암모늄염은 주로 연화제로 사용됩니다.

또한 스테아르산 폴리옥시에틸렌 에스테르, 폴리옥시에틸렌 라놀린, 유화 왁스 등 다양한 유형의 연화제가 있습니다.

정전기 방지제

특수 가공지 생산 시, 간혹 정전기 방지 문제가 발생할 수 있습니다. 계면활성제를 사용하여 액체를 처리하면 친수성 표면을 형성할 수 있습니다. 즉, 정전기 방지제로서 계면활성제는 재료 표면에 양성 흡착을 형성하여 소수성기를 형성합니다. 친수성기는 공간으로 확장되어 섬유의 이온 전도도와 수분 흡수율을 증가시켜 방전 현상을 유발하고 표면 저항을 감소시켜 정전기 축적을 방지합니다. 정전기 방지제로 사용되는 계면활성제는 소수성기가 크고 친수성기가 강합니다. 양이온성 계면활성제가 가장 많이 사용되고 성능이 우수하며, 그 다음으로 양쪽성 계면활성제가 사용됩니다.

섬유 분산제

섬유 분산제의 주요 기능은 섬유 응집을 줄이고 종이 형성을 개선하는 것입니다. 섬유 분산제는 섬유 표면에 이중층 구조를 형성할 수 있습니다. 바깥쪽 분산제의 극성 말단은 물과 강한 친화력을 가지고 있어 물에 의한 습윤도를 높이고 정전기를 밀어내어 분산을 달성합니다. 일반적으로 사용되는 섬유 분산제로는 부분 가수분해 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리에틸렌 옥사이드(PlEO) 등이 있습니다. PEO는 점도가 높고 수용성이 좋으며 윤활성이 우수합니다. 고급 화장지에 0.05% 미만으로 첨가하면 우수한 분산 효과를 얻을 수 있습니다.

제지에서의 표면 사이징 및 코팅의 적용

표면 사이징과 코팅은 모두 종이 표면에 화학 물질을 도포하는 과정으로, 주로 표면 특성 개선, 인쇄 성능 향상, 그리고 전반적인 무결성 향상을 위해 이루어집니다. 하지만 두 공정 사이에는 많은 차이점이 있는데, 가장 큰 차이점은 표면 접착은 접착제만 사용하는 반면, 코팅은 접착제와 안료를 모두 사용한다는 것입니다. 표면 코팅에 사용되는 접착제는 종이에 압착되고, 안료는 종이 표면에 도포됩니다.

표면 사이징을 위한 계면활성제

재료에 따라 천연 및 개질 제품과 합성 제품으로 나눌 수 있습니다.이온 특성에 따라 음이온, 양이온 및 비이온 유형으로 나눌 수 있습니다.제품 형태에 따라 수용액 유형과 로션 유형으로 나눌 수 있습니다.일반적으로 사용되는 표면 접착제는 소수성 및 친수성 그룹을 가지고 있으므로 광의로 모두 계면활성제입니다.주요 표면 사이징제로는 변성 전분, 폴리비닐 알코올(PVA), 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC), 폴리아크릴아미드(PAM)가 있습니다.다양한 표면 사이징제는 다양한 요구에 따라 선택할 수 있습니다.예: ① 내수성을 향상시키기 위해 AKD, 분산 로진, 파라핀, 염화크롬 스테아레이트, 스티렌 말레산 무수물 공중합체 및 기타 합성 수지 라텍스를 사용할 수 있습니다. ② 내유성 향상을 위해 퍼플루오로알킬 아크릴레이트 공중합체, 퍼플루오로옥탄산 크롬 착물, 퍼플루오로알킬 인산염 등의 유기 불소 화합물을 첨가할 수 있습니다. 실리콘 수지를 첨가하여 접착력을 향상시킵니다. ④ 주로 변성 전분, CMC, PVA 등을 사용하여 인쇄 성능을 향상시킵니다. PAM 변성 전분 등을 첨가하여 건습 강도를 향상시킵니다. 인쇄 광택 향상을 위해 CMC, 알긴산나트륨 등의 소재를 주로 사용합니다. 표면 사이징 효과를 향상시키기 위해 두 가지 이상의 사이징제를 병용하는 것이 일반적이며, 그 효과는 매우 큽니다.

코팅 계면활성제

코팅 가공용 코팅의 구성은 주로 접착제, 안료 및 기타 첨가제로 구성됩니다. 코팅 자체는 복잡한 화합물이며, 특정 종이 요구 사항 및 제형 구성에 따라 달라집니다. 계면활성제는 종이 코팅의 조성에 중요한 역할을 하며, 주로 코팅 분산제, 소포제, 윤활제, 방부제, 정전기 방지제 및 합성 라텍스를 포함합니다.

코팅 분산제: 코팅에서 가장 중요한 첨가제로, 대부분 계면활성제입니다. 코팅 분산제의 역할은 ① 안료 입자에 전하를 부여하여 서로 반발력을 발생시키고, ② 안료 입자 표면을 덮어 보호 콜로이드 역할을 하며, ③ 입자 주변에 고점도 상태를 형성하여 여러 입자가 응집되는 것을 방지하는 것입니다. 초기에 사용된 분산제로는 인산염, 폴리실리케이트, 인산수소이암모늄, 벤젠설폰산과 포름알데히드의 축합 생성물, 카제인, 아라비아 수지 등이 있습니다. 저고형분 코팅에는 헥사메타인산나트륨, 피로인산나트륨, 사인산나트륨이 일반적으로 사용됩니다. 고고형분 코팅에는 폴리아크릴산나트륨 용액, 폴리메타크릴산나트륨 및 그 유도체, 디이소부틸렌말레산무수물 공중합체의 이나트륨염 용액, 알킬페놀폴리옥시에틸렌에테르, 지방알코올폴리옥시에틸렌에테르와 같은 고분자량 유기 분산제가 일반적으로 사용됩니다.

소포제: 코팅 준비 및 코팅 과정에서 거품이 자주 발생하므로 소포제를 첨가해야 합니다. 주로 고급 알코올, 지방산 에스테르, 트리부틸포스페이트, 트리프로필포스페이트 등이 사용됩니다.

윤활제: 종이 코팅의 유동성과 윤활성을 향상시키고, 접착력을 강화하며, 종이 코팅의 매끄러움과 광택을 부여하고, 가소성을 높이고, 균열을 방지하고, 코팅지의 인쇄성을 향상시키기 위해 윤활제를 첨가할 수 있습니다. 현재 가장 널리 사용되는 윤활제는 스테아르산칼슘으로 대표되는 수용성 금속 비누 계면활성제이며, 스테아르산나트륨 수용성 윤활제 또한 상당한 효과를 나타냅니다. 파라핀 탄화수소와 지방산 아민도 윤활제로 사용할 수 있습니다.

방부제: 일부 천연 접착제는 분해 및 곰팡이 발생에 취약하므로 종이 코팅에 부식 방지용 스파인을 첨가해야 합니다. 4차 암모늄 양이온 계면활성제, 불소화 고리형 화합물, 유기 브롬 및 황 화합물, N-(2-벤즈이미다졸릴)카바메이트(카벤다짐) 등이 종이 코팅에 널리 사용되고 있습니다.

정전기 방지제: 코팅 조성물에 옥타데실트리메틸암모늄플루오라이드, 폴리옥시에틸렌소르비탄에스테르, 알킬페놀폴리옥시에틸렌에테르인산염, 폴리스티렌설포네이트 등을 첨가함으로써 종이에 정전기 방지 특성을 부여할 수 있다.

합성 라텍스: 합성 라텍스는 중요한 코팅 접착제입니다. 합성 라텍스 제조 과정에서 계면활성제는 유화제, 분산제, 안정제 등으로 중요한 역할을 합니다.
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