表面活性物质在纸餐盒上的应用

e事超纸 ■皿圈—岫 面活性物质在纸餐盒上的应用 魏兰刘忠 (天津科技大学，天津，300222) r⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一摘 要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯—。· 本文综述了表面活性物质的定义、含氟表面活性荆的结构与性能以及 纸餐盒的防油防水机理。 关键词：表面活性物质纸餐盒防油防水 一fj? 侈 L一一一．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一．．．．一一一一．．一一一一．．．．．．一一一一一．．．．一一一一一一一一一j 1 定义和意义 表面活性物质是带有极性基团和非极性 肇团，溶人少许就可显著地改变溶液的表面 张力的物质。 一次性快餐盒之类的塑料制品都是由石 油化工副产品生产的聚苯乙烯、聚丙烯或聚 氯乙烯制成。它们不易回收，且在自然界中的 降解周期为200～400年。若掩埋在土壤中， 将大大地影响土地的透酸性，妨碍农作物生 艮，被牲畜误食，轻者消化系统得病，重者死 亡；若焚烧，则释放出大量有毒、有害气体。由 于大量使用，日积月累，这些废弃物造成了日 趋严重的生态环境污染，并且以越来越快的 速度增长，已经成为一种“白色污染”和全球 胜公害。据估计，即使能够处理这些垃圾，每 年耗资萤要几{’亿元以上，因此限制使用发 泡餐具且推广使用纸餐盒不失为一种有效方 收槁日19{：2002．10．24 法。 含氟表面活性物质能使纸餐具和纸板抗 高温和水。由于纸餐盒的原料大都是草本浆， 所以必须加人含氟化学助剂而赋予其良好的 防高温油和水的功能。参照一次性快餐盒生 产，用防油剂配以防水剂处理国产草本 浆的纸餐盒，可以取得良好效果。 2研究方法 2．1 表面活性剂的结构与性质 表面活性剂分于是由两部分组成的，其 一端是由一个较长的非极性烃键，称为疏水 基；另一端是一个较短的极性基团，称为亲水 摹。由于表面活性剂分子这种不对称的两亲 结构，所以决定于表面活性剂分子定向吸附 在水溶液同其它相的界面上，大大地改善了 体系的物理性质。 表面活性剂分为离子型与非离子型，离 27 万方数据 乏e幸连■匝——_ 子型表面活性剂又分为阴离子、阳离子及两 性离子型。不同类型的表面活性剂因结构不 同所显示出的物理、化学性质也不同。即使 同一种类的表面活性剂，也因其疏水基与亲 水基结构不同而具有不同的性质。 阴离子表面活性剂主要是羧酸盐类 R．cooM、磺酸盐类R．so，、硫酸酯盐类 R0s0，M和磷酸酯盐类ROPO，M，这一类活 性分子在电离时基团均带负电荷离子 R—C00一。 阳离子表面活性剂主要有： 伯胺盐R．NH2·Hcl 仲胺盐R一(cH，)NH。Hcl 叔胺盐R．(cH3)zN—HCl 季胺盐R．(cH3)，N·Cl一． 这一类活性分子电离后，基团均带正电 荷，如R．NH3+。 两性表面活性剂主要有： 氨基酸型RNHCHzCH2．c00H 甜菜碱型R．(cH，)：N+．cOO一 这一类活性基团本身带负电荷。 非离子表面活性剂主要有： 聚氧乙烯型R0(cH：cHz0)。H 多元醇型R．c00CHz．C(CH20H)s 2．2防油防水机理 由于表面活性呈现离子型具有亲水的活 性基团，而纤维本身在水溶液中由于电负性 的差异也带有电荷，并且纤维上具有多羟基、 羧基等活性基团，所以表面活性剂不仅有影 响界面张力这一重要物理作用，更重要的是 还存在着活性基团之间键合化学作用。基于 以上原理，若纤维素上的许多羟基与表面活 性剂反应，就使纤维上的亲水基团被疏水基 团取代，体现为疏水性。 纸餐盒之所以拒油是由于氟碳表面剂改 变其纸表面性能所致。具体阐述如下：当一 滴油滴在固体表面上，由于液体和固体的表 面张力(分别用吼和1。表示)以及液固间的 表面张力(1u)相互作用的结果，会形成各种 不同的形式(从完全湿润到完全铺展)。当液 滴滴在固体表面上处于平衡态时，A点受到 有三种力的作用，并且满足下列方程： 1L5+1Lcos021s cose=j芷』L 叮o (1) (2) 了了7丌_玎『了7FI：s1日，⋯。j 固体 图l 液滴在固体表面平衡状态示意图 如图1所示，o称为接触角，当e=180。 时，液滴为圆珠形，是一种完全不润湿状态。 当o=0。时，即为固体被液体完全润湿的极 限状态，在此可将液体(油)的表面张力看作 常数。因此液体能否润湿固体表面，决定于 固体的表面张力¨和液固的界面张力1m 从拒油要求来说，接触角0越大，越有利于油 滴的滚动滚失，也就是说's．1Ls越小越好，最 佳防油剂通常是由全氟烷基化合物组成，氟 原子的原子半径小，极化率小，再加上电负性 最高，因此含有大量碳氟键化合物的分子间 凝聚力小，结果其表面自由能也降低，形成对 各种液体很难润湿的特有性能。 20世纪50年代由zism∞等人首先提 出一个固体的可润湿性在很大程度上取决此 时表面上的原子基团的表面张力大小及各种 表面的临界张力，参见表l～表3。 由表1可见，一个完全用cF3基团涂盖 的物质表面能非常低，低到6mN／m。当某液 体表面能量在6mN／m时，液体才能完全润 万方数据 表1表面上化学基团的表面张力 表面上的化学基团l 7(mN／m) CR 6 CF2H 15 cF2cF2 18．5 。。翕M 要(cH2cH)M 3l 表2一些液体的表面张力 液 体 7(mN／m) 水 72 花生油 40 橄榄油 32 汽油 26 正辛烷 22 氟碳化合物 10一15 表3一些固体的表面张力 液 体 7(mN／m) 纤维膜 694 酸性浆 474 碱性浆 40．1 羊毛 45．O 棉 “0 湿其表面，而事实上这种液体是不存在的。 从表l中得知将其中一个氟原子换成氢原 子能使其1至少增大一倍。由此可推断，要 获得良好的拒油性，必须使烷基化合物上疏 水基团上的氯原子被氟原子置换成全氟烷 f翠型织圄瞳■圈咖 基，饱和的伞氟烷基化合物完全无毒无害。 根据表面物理化学的润湿理论，当含氟表面 活性基的紧水基因吸附在纸纤维卜，f『|j氟碳 的疏水基团cF。朝外排列时，形成的纸表面 不为油所润湿。 生产氟化物需要专门技术，方法有： 用四氟乙烯作原料进行调聚作，H： cF2=CF2—-CF(CF2CF2)—，CFlCF2I主￡!斗 CnCF2(CF2CF2)。Im=3，4，5 全氟乙基碘是许多氟衍生物和憎油水 剂的原料，上述化合物具有覆盖纤维的能 力，含氟化合物至少要有4个碳原子和1个 cn基团，且要均匀分布和使其最佳化定向， 方能发挥最佳防油防水性能。 3 研究结果 3．1 目前国内纸餐盒生产厂的主要流 程可大致抵括如下： a．打浆一加添加剂一成型一热压整形 一模切一消毒一包装 b打浆一加添加荆一成型一烘道烘十 一热压一模切一消毒一包裟 3．2 含氟化合物浆内施胶法 用F32l作浆内施胶可获得优良的抗油 性，氟化共聚物可均匀分布在纸餐盒和防油 纸上。 3．3 用量 F32l用量与选用的浆料、设备与工艺条 件有关，其用量与浆料的性能、餐盒生产设 备类型及工艺条件有关。 3．4浆料选择 现在国内生产厂主要选用术浆、苇浆和 蔗渣浆等草浆，其主要组分是纤维素、半纤 维素和木素等，而纤维是主要有效组分必须 保留，木素等杂质应尽量除去，以免消耗化 学助剂，草浆、蔗渣浆的白度高，但脆性大， 而苇浆纤维韧性好，麦草甘蔗浆的纤维比稻 草长但纤维比较宽。实验证明，用全木浆、全 万方数据 乏e辜连圈田■■皿 蔗渣浆、全苇浆或混合浆使用都町以。 3．5 矿物填料 矿物填料增加纸的表面积，故降低F321 的效果，但这种影响可以通过增加其刚量来 克服。 3．6 胶粘剂 习用的明矾一松香系统不适用此系统。 3．7 打浆度 高度打浆的纸张由J二纤维比表面积增 加，需要更多的F32l以达到一定的抗油性， 建议打浆度控制在20．38。sR之J刊。 3．8其它助剂的影响 r}1于草浆中含有短小纤维易流失在浆池 中，加入一些助剂以提高纤维得率，但不能采 用硫酸铝作助留剂，围其多价金属离子容易 与含氟表而活性剂形成络合物而凝聚造成吸 附不匀的现象，影响防油效果。此外加入湿 强剂町以提高餐盒强度。 39成型池的浓度 浆的浓度对助剂的性能发挥有一定的影 响，建议控制在10．8％～1．0％的浓度内。 3．10温度 化学动力学证明当化学反应的温度提高 10气，其反应速度将提高一倍以上，而若温度 小足，含氟产品其性能就发挥不出，建议烘道 的温度不必太高，以免餐盒太干，热压时餐盒 破裂，建议控制其含水量在70％～80％左 右。 从艮远来看，环境保护是我国的一项长 期的基本国策。因此用纸餐具等取代塑料餐 具是大势所趋，指甘可待，其市场潜力大，推 广应用前景十分广阔。 参考文献 1 含氟表面活性剐在纸餐盒上的运用．上海造纸，1999(¨) 2 纸质餐具的生产及推广应用．上海造纸，1997～1998(1J) 3 表面活性剂用于制浆造纸纸和造纸，2000(26) 4 无污染快餐盒的现状和展望．广东造纸，1997(12) 5 发展纸模快餐盒的前景．四川造纸，1998(7) 2003年《造纸化学品》征订、征稿、发布广告启事 中同造纸化学“工业协会会俐《造纸化学品》足H内外公”发行的争面报道造纸用化学品的全蹦性科技 期刊。是《中国学术期T1j(光盘版)》的入编刊物。 书刊集学术研究、经营管理、技术信包、市场商情为·体，主要报道造纸用精细化学品的研制、开发、应用 及国内外发展动向等。改有专题综述、科学实验、应用技术、经验交流、国内外动态、新产品、新技术、市场与信 息、产品介绍、技术成果转让、造纸与化学品商情等栏只．=它足沟通造纸和造纸化学品两大行、Jk经济技术合作 的技术信息类j}I{刊。本刊以造纸界、化I．界、科研机构、事、肛单位从事科研生J怔的广大科技人员、技术工人、管 理干部及大々院校相天专业的师牛为服务对象一 《造纸化学品》还将以·定的篇幅发布造纸化学品、造纸机械殴备仪表、化工机械设备仪表、技术转让和人 才供求方面的广告。、 本刊为季刊(刊号cN33一1124／TQ，IssNl007—2225)，大16开本，全年订费为30元(包括邮费)，自办发行， 欢迎单位和个凡汀鼬I。需订阅者将款从由B局汇来，并请注明订剧《造纸化学品》厦收件人详细地址。 本部尚有少量1999年、2000年《造纸化学品》精装本，订价为40元／年．需要者町将款从邮局亍L束。 联系地址：浙江省杭州市湖鞑石灰坝7号《造纸化学品》编辑部 邮编：310014 联系人：陈根荣电话(传真)：0571—8831556lE_m8il：p8pe川Ilemj@mailhz叫cn 30 万方数据 表面活性物质在纸餐盒上的应用 作者： 魏兰， 刘忠 作者单位： 天津科技大学,天津,300222 刊名： 天津造纸 英文刊名： TIANJIN PAPER MAKING 年，卷(期)： 2002，24(4) 引用次数： 0次 参考文献(5条) 1.含氟表面活性剂在纸餐盒上的运用 1999(11) 2.韩志诚 纸质餐具的生产及推广应用[期刊论文]-上海造纸 1997(4) 3.黄方 表面活性剂用于制浆造纸[期刊论文]-纸和造纸 2000(6) 4.无污染快餐盒的现状和展望 1997(12) 5.发展纸模快餐盒的前景 1998(7) 相似文献(0条) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_tjzz200204006.aspx 下载时间：2010年4月10日