Anwendung im Nassteil der Papierherstellung

Tenside zur Leimung sind wichtige Chemikalien für die Nassbearbeitung, die Papier und Karton wasserfest machen. Sie werden hauptsächlich für Schreib-, Druck-, Verpackungs- und Konstruktionspapier und -karton verwendet.

Die wichtigsten Leimungsmitteltypen sind Leimungsmittel auf Kolophoniumbasis und Leimungsmittel auf synthetischer Basis. Die Herstellung von dispergiertem Kolophoniumleim ist ein physikalischer und chemischer Prozess, bei dem festes Kolophonium Wärme absorbiert und zu flüssigem Kolophonium wird. Zwischen flüssigem Kolophonium und Wasser besteht eine hohe Grenzflächenspannung, die nur durch die Zugabe von Tensiden reduziert werden kann. Sowohl Emulgatoren als auch Dispergiermittel zur Dispergierung von Kolophoniumgummi sind Tenside. Die Wahl des richtigen Tensids ist entscheidend für die Herstellung von dispergiertem Kolophoniumgummi. Zu den häufig verwendeten Tensiden gehören anionische, kationische und zwitterionische Tenside. Der in China am häufigsten verwendete Emulgator ist anionisches dispergiertes Kolophoniumgummi. Die am häufigsten verwendeten Emulgatoren sind vom Polyoxyethylentyp, wie etwa Fettalkoholpolyoxyethylenetherphosphat, Natrium-2-hydroxy-3-(Styrolglykol)-acrylsulfonat, Natrium-2-hydroxy-3-(Nonylphenoxypolyoxyethylen)-acrylsulfonat usw. Einige kationische Emulgatoren, wie etwa kationisches Polyacrylamid, Polyamid-Polyamid-Epichlorhydrin und kationische Stärke, werden zur Herstellung von kationischem dispergiertem Kolophoniumleim verwendet.

Zu den synthetischen Leimungsmitteln gehören hauptsächlich Alkylketendimer (AKD) und Alkylbernsteinsäureanhydrid (ASA). Diese beiden Arten von Leimungsmitteln werden auch als reaktive Leimungsmittel bezeichnet, da sie aktive funktionelle Gruppen enthalten, die mit den Hydroxygruppen der Fasern reagieren und auf den Fasern verbleiben können. Aufgrund ihrer Fähigkeit, hohe pH-Werte (pH = 7,5–8,5) zu verkraften, sind diese Leimungsmittel in der Papierindustrie beliebt, da sie kostengünstiges Calciumcarbonat als Füllstoff verwenden können, um die Festigkeit, den Weißgrad und die Papierherstellungsleistung des Papiers zu verbessern. Derzeit wird bei über 50 % des hochwertigen Papiers in Industrieländern ein mittel- bis alkalisches Verfahren zur Papierherstellung erreicht. AKD und ASA sind wasserunlöslich und eine stabile AKD-Lotion kann durch Verwendung eines nichtionischen Tensids vom Polyoxyethylen-Typ als Emulgator hergestellt werden.

Beim Bleichen von Zellstoff, der mit Tensiden zur Harzkontrolle behandelt wurde, fällt Restharz aus. Wird es nicht rechtzeitig abgetrennt, bildet es viskose Ablagerungen, die an Geräten, Kupfergeweben, Wolltüchern und Trockenzylindern der Papiermaschine haften bleiben. Dies kann die Papierherstellung behindern, die normale Papierherstellung beeinträchtigen und sogar Papierkrankheiten verursachen. Da Altpapier heutzutage weit verbreitet ist, können harzbasierte Substanzen wie Klebstoffe, Tintenbindemittel und Beschichtungsklebstoffe im Altpapier zudem Harzbarrieren bilden, die die Papierherstellung beeinträchtigen. Daher gewinnt die Forschung und Entwicklung von Harzbarrierekontrollmitteln zunehmend an Bedeutung.

Zu den üblicherweise verwendeten Harzbarrierekontrollmitteln gehören anorganische Füllstoffe (wie Talkumpuder), Fungizide, Tenside, Chelatbildner, kationische Polymere, Lipasen und Membrantrennmittel. Die am häufigsten verwendeten Tenside sind anionische Tenside, die derzeit am häufigsten eingesetzt werden, darunter höhere Alkoholsulfate, Alkylbenzolsulfonsäuren und höhere Alkohole, Phosphate usw. Kationische Tenside sind hauptsächlich Alkylaminsalze oder quartäre Ammoniumsalze. Nichtionische Tenside umfassen hauptsächlich Polyethylenglykol und Polyole. Darüber hinaus gibt es auch amphotere Tenside und verschiedene Mehrkomponentenkomplexe. Abziehmittel sind auch Harzkontrollmittel, die verwendet werden, um die Haftung zwischen Trockner und Papierblatt zu kontrollieren, Schaber und Trockner zu schmieren und die Klebstoffverteilung zu kontrollieren. Dazu gehören hauptsächlich Polyamidpolymerlotionen wie Polyvinylalkohollotionen, Mineralöl und tensidhaltige Plattformsprays, organische Silikonlotionen und kationische Polyaminpolyamidpolymere.

Tensid zur Entschäumung

Bei der Papierherstellung enthält der Zellstoff geringe Mengen natürlicher und künstlich zugesetzter schaumbildender Tenside wie technische Elemente und Fettsäuren sowie Schaumstabilisatoren wie synthetische Polymere und Stärke. Dadurch bildet sich Schaum, der Probleme wie Papierrisse oder Löcher im Papier verursachen kann. Die wichtigsten Wirkstoffe der bei der Papierherstellung verwendeten Entschäumer sind hochkohlenstoffhaltige Alkohole, Polyether, Fettsäureester, organische Siliziumpolymere usw. Sie werden üblicherweise in Wasser-in-Öl-Lotionen verarbeitet.

Weichmacher für die Papierherstellung

Weichheit bezeichnet die Fähigkeit von Tensiden, hydrophobe Gruppen auf der Faseroberfläche zu bilden und diese in umgekehrter Richtung zu adsorbieren. Dadurch verringern sich die dynamischen und statischen Reibungskoeffizienten des Fasermaterials und ein glattes und weiches Gefühl entsteht. Schwefelsäureessig, sulfoniertes Rizinusöl und andere anionische Tenside wirken weichmachend, wenn sie auf der Faseroberfläche adsorbiert werden.

Die kationischen Gruppen in kationischen Tensiden können sich direkt mit negativ geladenen Fasern verbinden, während hydrophobe Gruppen an der Außenseite der Fasern niederenergetische Oberflächen bilden, was zu einer besonders guten Flexibilität führt. Fettsäurebisamid-Epichlorhydrin wird hauptsächlich für Papier mit hohen Flexibilitätsanforderungen verwendet, wie z. B. Toilettenpapier, Knitterpapier, Damenbinden, Taschentücher, Servietten usw.

Bipolare ionische Tenside haben ein breites Anwendungsspektrum. Ihre kationischen Gruppen können eine Bindung mit Fasern eingehen, während ihre anionischen Gruppen über Polyelektrolyte oder Aluminiumionen im Zellstoff an Fasern binden können. Sie können auch dazu führen, dass hydrophobe Gruppen nach außen gerichtet sind, wodurch die Oberflächenenergie stark reduziert wird. Beispiele für solche Tenside sind 1(9'-Aminoethyl)-2-Alkylimidazolincarbonsäurederivate. Darüber hinaus haben sowohl kationische als auch amphotere Tenside antibakterielle und bakterizide Eigenschaften, die Papierschimmel wirksam verhindern können.

Organosilicium-Tenside gehören zu den Spezialtensiden, und kationische quartäre Organosilicium-Ammoniumsalze werden hauptsächlich als Weichmacher verwendet. Es gibt auch viele andere Arten von Weichmachern, wie z. B. Stearinsäurepolyoxyethylenester, Polyoxyethylenlanolin, emulgiertes Wachs usw.

Weichmacher für die Papierherstellung

Weichheit bezeichnet die Fähigkeit von Tensiden, hydrophobe Gruppen auf der Faseroberfläche zu bilden und diese in umgekehrter Richtung zu adsorbieren. Dadurch verringern sich die dynamischen und statischen Reibungskoeffizienten des Fasermaterials und ein glattes und weiches Gefühl entsteht. Schwefelsäureessig, sulfoniertes Rizinusöl und andere anionische Tenside wirken weichmachend, wenn sie auf der Faseroberfläche adsorbiert werden.

Die kationischen Gruppen in kationischen Tensiden können sich direkt mit negativ geladenen Fasern verbinden, während hydrophobe Gruppen an der Außenseite der Fasern niederenergetische Oberflächen bilden, was zu einer besonders guten Flexibilität führt. Fettsäurebisamid-Epichlorhydrin wird hauptsächlich für Papier mit hohen Flexibilitätsanforderungen verwendet, wie z. B. Toilettenpapier, Knitterpapier, Damenbinden, Taschentücher, Servietten usw.

Bipolare ionische Tenside haben ein breites Anwendungsspektrum. Ihre kationischen Gruppen können eine Bindung mit Fasern eingehen, während ihre anionischen Gruppen über Polyelektrolyte oder Aluminiumionen im Zellstoff an Fasern binden können. Sie können auch dazu führen, dass hydrophobe Gruppen nach außen gerichtet sind, wodurch die Oberflächenenergie stark reduziert wird. Beispiele für solche Tenside sind 1(9'-Aminoethyl)-2-Alkylimidazolincarbonsäurederivate. Darüber hinaus haben sowohl kationische als auch amphotere Tenside antibakterielle und bakterizide Eigenschaften, die Papierschimmel wirksam verhindern können.

Organosiliciumtenside gehören zu den Spezialtensiden, wobei kationische siliciumorganische quartäre Ammoniumsalze vor allem als Weichmacher eingesetzt werden.

Es gibt auch viele andere Arten von Weichmachern, wie Stearinsäurepolyoxyethylenester, Polyoxyethylenlanolin, emulgiertes Wachs usw.

Antistatikum

Bei der Herstellung von Spezialpapier können manchmal Probleme mit der Antistatik auftreten. Durch die Behandlung der Flüssigkeit mit Tensiden kann eine hydrophile Oberfläche erzeugt werden. Als Antistatikum adsorbiert das Tensid positiv auf der Materialoberfläche und bildet dort hydrophobe Gruppen. Hydrophile Gruppen dehnen sich aus und erhöhen die Ionenleitfähigkeit und die Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit der Fasern. Dies führt zu Entladungen und einem verringerten Oberflächenwiderstand, wodurch die Ansammlung statischer Elektrizität verhindert wird. Tenside, die als Antistatika eingesetzt werden, haben große hydrophobe und stark hydrophile Gruppen. Kationische Tenside werden am häufigsten verwendet und erzielen die beste Leistung, gefolgt von amphoteren Tensiden.

Faserdispergiermittel

Die Hauptfunktion von Faserdispergiermitteln besteht darin, die Faserflockung zu reduzieren und die Papierformung zu verbessern. Faserdispergiermittel können auf der Faseroberfläche eine Doppelschichtstruktur bilden. Das polare Ende des äußeren Dispergiermittels hat eine starke Affinität zu Wasser, wodurch die Benetzung durch Wasser erhöht und statische Elektrizität abgestoßen wird, um eine Dispersion zu erreichen. Häufig verwendete Faserdispergiermittel sind beispielsweise partiell hydrolysiertes Polyacrylamid (PAM) und Polyethylenoxid (PlEO). PEO hat eine hohe Viskosität, gute Wasserlöslichkeit und gute Gleitfähigkeit. Eine Zugabe von weniger als 0,05 % zu hochwertigem Toilettenpapier kann eine gute Dispersionswirkung erzielen.

Anwendung von Oberflächenleimung und -beschichtung bei der Papierherstellung

Sowohl beim Leimen als auch beim Beschichten werden Chemikalien auf die Papieroberfläche aufgetragen, um in erster Linie die Oberflächeneigenschaften zu verbessern, die Druckeigenschaften zu optimieren und die Gesamtintegrität zu erhöhen. Es gibt jedoch viele Unterschiede zwischen beiden Verfahren. Der Hauptunterschied besteht darin, dass beim Leimen oft nur Klebstoffe verwendet werden, während beim Beschichten sowohl Klebstoffe als auch Pigmente zum Einsatz kommen. Der Klebstoff für die Oberflächenbeschichtung wird in das Papier gepresst, während das aufgetragene Pigment auf die Papieroberfläche aufgetragen wird.

Tenside zur Oberflächenleimung

Je nach Material kann in natürliche, modifizierte und synthetische Produkte unterschieden werden; je nach ionischer Eigenschaft in anionische, kationische und nichtionische Typen; je nach Produktform in wässrige Lösungen und Lotionen. Die üblicherweise verwendeten Oberflächenklebstoffe haben hydrophobe und hydrophile Gruppen und sind daher im Großen und Ganzen Tenside. Zu den wichtigsten Oberflächenleimungsmitteln zählen modifizierte Stärke, Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC) und Polyacrylamid (PAM). Je nach Bedarf können unterschiedliche Oberflächenleimungsmittel ausgewählt werden. Beispiel: 1 Zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit können AKD, dispergiertes Kolophonium, Paraffin, Chromchloridstearat, Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer und andere Kunstharzlatex verwendet werden; 2. Zur Verbesserung der Ölbeständigkeit können organische Fluorverbindungen wie Perfluoralkylacrylat-Copolymere, Perfluoroctansäure-Chromkomplexe, Perfluoralkylphosphate usw. hinzugefügt werden. Die Antihaftwirkung kann durch Zugabe von Silikonharz erhöht werden. 3. Die Druckleistung kann hauptsächlich durch die Verwendung von modifizierter Stärke, CMC, PVA usw. verbessert werden. Die Trocken- und Nassfestigkeit kann durch die Zugabe von PAM-modifizierter Stärke usw. verbessert werden. Zur Verbesserung des Druckglanzes werden hauptsächlich CMC, Natriumalginat und andere Materialien verwendet. Um die Oberflächenleimung zu verbessern, werden häufig zwei oder mehr Leimungsmittel zusammen verwendet, was einen sehr signifikanten Effekt hat.

Beschichtungstenside

Die Zusammensetzung von Beschichtungen für die Beschichtungsverarbeitung umfasst hauptsächlich Klebstoffe, Pigmente und andere Additive. Die Beschichtung selbst ist eine komplexe Verbindung und variiert je nach den spezifischen Papieranforderungen und der Zusammensetzung der Rezeptur. Tenside spielen eine wichtige Rolle bei der Formulierung von Papierbeschichtungen, darunter hauptsächlich Beschichtungsdispergiermittel, Entschäumer, Schmiermittel, Konservierungsmittel, Antistatika und synthetischer Latex.

Beschichtungsdispergiermittel: Dies ist der wichtigste Zusatzstoff in Beschichtungen, von denen die meisten Tenside sind. Seine Funktion besteht darin, 1. Pigmentpartikel mit Ladungen auszustatten, sodass diese gegenseitig abstoßende Kräfte erzeugen; 2. die Oberfläche der Pigmentpartikel zu bedecken und als Schutzkolloid zu wirken; 3. einen Zustand hoher Viskosität um die Partikel herum zu bilden, um die Aggregation mehrerer Partikel zu verhindern. Die ersten verwendeten Dispergiermittel waren Phosphate, Polysilikate, Diammoniumhydrogenphosphat, das Kondensationsprodukt aus Benzolsulfonsäure und Formaldehyd, Kasein, arabisches Harz usw. Natriumhexametaphosphat, Natriumpyrophosphat und Natriumtetraphosphat sind häufig verwendete Dispergiermittel in Beschichtungen mit niedrigem Feststoffgehalt. In Beschichtungen mit hohem Feststoffgehalt werden häufig organische Dispergiermittel mit hohem Molekulargewicht verwendet, wie z. B. Natriumpolyacrylatlösung, Natriumpolymethacrylat und seine Derivate, Dinatriumsalzlösung eines Diisobutylenmaleinsäureanhydrid-Copolymers sowie Alkylphenolpolyoxyethylenether und Fettalkoholpolyoxyethylenether.

Entschäumer: Bei der Beschichtungsvorbereitung und -beschichtung entsteht häufig Schaum, der mit einem Entschäumer versetzt werden muss. Dabei handelt es sich hauptsächlich um höhere Alkohole, Fettsäureester, Tributylphosphat, Tripropylphosphat usw.

Schmiermittel: Um die Fließfähigkeit und Gleitfähigkeit von Papierbeschichtungen zu verbessern, die Haftung zu erhöhen, der Papierbeschichtung Glätte und Glanz zu verleihen, die Plastizität zu erhöhen, Rissbildung zu verhindern und die Bedruckbarkeit von beschichtetem Papier zu verbessern, können Schmiermittel zugesetzt werden. Die derzeit am häufigsten verwendeten Schmiermittel sind wasserlösliche Metallseifentenside, beispielsweise Calciumstearat. Auch wasserlösliche Natriumstearat-Schmiermittel haben eine signifikante Wirkung. Paraffinkohlenwasserstoffe und Fettsäureamine können ebenfalls als Schmiermittel verwendet werden.

Konservierungsmittel: Einige natürliche Klebstoffe neigen zum Abbau und zur Schimmelbildung, daher sollten Papierbeschichtungen mit Korrosionsschutzmitteln versetzt werden. Quaternäre Ammonium-Kationtenside, fluorierte zyklische Verbindungen, organische Brom- und Schwefelverbindungen, N-(2-Benzimidazolyl)carbamat (Carbendazim) usw. werden häufig in Papierbeschichtungen verwendet.

Antistatikmittel: Durch Zugabe von Octadecyltrimethylammoniumfluorid, Polyoxyethylensorbitanester, Alkylphenolpolyoxyethylenetherphosphat, Polystyrolsulfonat usw. zur Beschichtungsformel kann Papier mit antistatischen Eigenschaften ausgestattet werden.

Synthetischer Latex: Synthetischer Latex ist ein wichtiger Beschichtungsklebstoff. Bei der Herstellung von synthetischem Latex spielen Tenside eine wichtige Rolle als Emulgatoren, Dispergiermittel, Stabilisatoren usw.
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