1.表面活性劑用作涂布填料分散劑

分散劑是紙張涂料中最重要的助劑，其中大多是表面活性劑，其作用為：

·賦予各個顏料粒子電荷，使其相互產生斥力；

    ·覆蓋各個顏料粒子表面，起到保護性膠體的作用；·在粒子周圍形成高粘度狀態，防止各個粒子凝集。分散劑總的作用是保證涂料中的顏色不發生絮凝和沉降現象，并使涂料的粘度盡可能低，具有良好的流動性和涂布適應性，提高膠粘劑與顏料的混合性，以達到提高涂布紙表面強度和印刷適應性的效果。使用時，先將分散劑溶在水中，然后再加入顏料。

    最早使用的分散劑為磷酸鹽、聚硅酸鹽、磷酸氫二氨、萘磺酸與甲醛的縮合物、干酪素、阿拉伯樹膠等。六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、四聚磷酸鈉等是低含置量涂料中經常使用的分散劑，它們在白土表面以離子電荷結合，使粒子周圍形成陽電荷，互相排斥，起到分散作用。這類分散劑通常單獨使用，但漿料在放置一段時間以后往往會增稠而影響使用，如果聚磷酸鹽與氫氧化鈉復配使用，.將漿料調至堿性，其流動性和穩定性得到改進。該類分散劑用量為白土絕干量的0.1％～3.0％，以0.25％～l.2％為最佳，過多或過少均會增粘。

    隨著刀片式或光棒式涂布機的使用，為提高車速和節能，需使用高含固量的涂料，通常采用高分子有機分散劑，如聚丙烯酸鈉溶液(商品名稱為SN—Dispersant5040、Dispex N-40、PolysaltS、SP-61、DC-854)、聚甲基丙烯酸鈉及其衍生物，或二異丁烯與馬來酸酐共聚物的二鈉鹽溶液，以及烷基酚聚氧乙烯醚(OP型產品)、脂肪醇聚氧乙烯醚(平平加型)等。一般宜選用較高HLB值(10～20)的表面活性劑，它們的用量通常在0.1％～3.0％(對顏料用量)。各種分散劑及其適用對象列于表1。

表1    表面活性劑作為分散劑及其適用對象

    涂布所用的顏料分散液和涂料應具有良好的穩定性和較低的粘度對高濃度紙張涂料的制備尤為重要。由顏料、淀粉、聚苯乙烯-丁基乙烯乳液組成的紙張涂料，添加聚醚型非離子表面活性劑L623％～5％(按涂料固形物量計)，能起到穩定作用，并可顯著降低涂料的粘度。在制備高濃度的紙張涂料時，添加非離子表面活性劑如平平加或0P，也能明顯降低涂料的粘度和提高涂料的穩定性。

在紙張勻染過程中，表面活性劑還可用做染料分散劑或增溶劑。用做分散劑時，一般是將其配制成1％的溶液、pH調至6～8左右，使之具有最佳擴散能力，將集聚的固體染料粒配使用，陽離子表面活性劑僅能單獨使用。紙和紙漿染色時，用烷基硫酸鈉、烷基酚聚氧乙烯(7)醚(OP一7)、脂肪醇聚氧乙烯醚(DG)做增溶劑，可顯著改進染色效果。當所用表面活性劑濃度接近臨界膠柬濃度時，染料被增溶量最大，色牢度也最好。

2.表面活性劑用作涂料消泡劑

    紙張涂料制備以后，在泵、篩和涂布過程中尤其是氣刀涂布時，往往會產生泡沫，引起涂料增稠并使涂布面上產生針孔，從而降低紙張的質量。通常是在涂料循環時采取靜置的辦法，或利用真空方式予以消泡。但在起泡嚴重時，必須預加入防、消泡劑，一般加入量為總固體量的0.3％～0.02％。涂料中使用的防泡、消泡劑，一般為水不溶性。最簡單的防、消泡劑是極性有機化合物，如高級醇、脂肪酸酯類、磷酸三丙酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯等以及某些烴類(如煤油、柴油等)。目前，大多采用聚醚型、有機硅氧高分子表面活性劑高效消泡劑。這些表面活性劑具有優良的降表面張力性能，尤其是在不同溫度范圍內均能表現出良好消泡性。但是，有機硅類表面活性劑只宜在中性介質中使用，用量不宜過多，否則易產生油斑。吉林省石油化工設計院開發的SP-851消泡劑是以有機硅、二氧化硅、脂肪醇、高碳醇、環氧化物等為原料制得的產品，適用于制漿、抄造銅版紙、自紙板生產過程中的消泡，也可用于水性涂料和油性涂料生產過程中消泡，消泡效率達90％～96％，抑泡效率達70％～80％。

    為了取得最佳效果，一般應在涂料制備的初始加人防腐、消泡劑，以便通過充分攪拌，使之均勻分散，如果分散不均勻或加量過多，均會在涂層上出現斑點以及“魚眼”現象。最佳加量應視配方、涂料制備設備和涂布設備的具體情況而調整確定。在使用中還應注意，即使是同一配方的涂料，但隨濃度和粘度的降低，產生斑點及“魚眼”的傾向也會增加。關于消泡劑的作用機理、選用原理、主要種類及使用等可參考消泡劑一章內容。

    3.表面活性劑與涂布防腐劑

    某些天然膠粘劑易降解和發霉，常使紙張涂料的粘度和pH值以及色澤發生變化，并產生氣味，更嚴重的是涂布適應性劣化，從而導致涂層表面強度下降。因此，在紙張涂料中要添加防腐劑，以防止上述情況發生。季銨鹽類陽離子表面活性劑、含氮環狀化合物、有機溴化合物、有機硫化合的、N-(2-苯并咪唑基)一氨基甲酸甲酯(多菌靈)等，由于具有高效、低毒、生物降解性好的優點，已廣泛應用于紙張涂料中。具體內容可參考表面活性劑在紙漿防腐中的應用一章內容。

    4.表面活性劑用作抗靜電劑

    由于紙基通常的表面電阻在1010～1015Ω左右，作為某些特殊要求的涂布紙是不適應用，所以要進行抗靜電處理，使之達到一定的表面電阻和體積電阻率，例如靜電系列的記錄紙或氧化鐸靜電復印紙、氧化鋅靜電復印版紙等，紙基處理后的表面電阻最好在109～107Ω。常見的表面活性劑作為抗靜電劑有：十八烷基三甲基氯化銨、聚氧乙烯失水山梨醇油酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯鹽、聚苯乙烯磺酸鹽、聚乙烯芐基氯化銨等。后兩種為高分子類抗靜電劑，除可單獨使用外，還可與甘油、無機鹽和白色顏料一起配制成涂料使用，再經超級壓光。對于靜電型普通復印紙，一般是利用表面施膠的辦法涂布適量抗靜電劑。

    5.表面活性劑用作涂布潤滑劑

    紙張涂布潤滑劑也稱增塑劑，其作用和功效一般用涂料的流動性、涂布紙的性能光澤度、平滑度、吸油度，主要有兩種作用：一種是具有特殊功能的如粘度調節劑、改進濕摩擦劑、增塑劑等特性；另一類是用作潤滑劑的添加劑，可以起到十余種功能。一個理想的涂布潤滑劑必須具備某些明顯的特性，如具有均勻的組成、不攪拌可使用、與顏料混合時穩定，能留著在涂層中便于壓光操作時起作用，而不遷移到原紙中，對于整個操作過程必須有效。

    至今為止，用于涂布潤滑劑的化學品基本屬于表面活性劑或乳液類，可歸納成下述8大類：①不溶性金屬皂分散體；②水溶性皂類；③硫酸化或磺化油類；④脂肪酸酯類；⑤蠟、聚乙烯蠟或其他碳氫化合物乳液類；⑥脂肪胺或酰胺；⑦聚L--醇和聚乙=醇醚類；⑧大豆卵磷酯一油脂混合體。

    上述各類潤滑劑中金屬皂水性分散體、蠟乳液、含硬脂酸鈣高固含量潤滑混合體，是涂料涂布中最常用的潤滑劑；礦物油硫酸化或磺化油及其他一些天然或合成蠟分散體，主要用于無顏料系統如一些紙張或紙板表面需要單一增滑特性的場合；大豆卵磷酯油脂混合體則是目前最新的一種涂布潤滑劑。

    潤滑劑可以改進紙張涂料的流平性和潤滑性，并增進粘合性，賦予紙張涂層以平滑和光澤，增加可塑性，防止龜裂，改善涂布紙的印刷適應性。此外，還可以在超級壓光時防止粘輥，在切紙和印刷時防止掉粉。這種掉粉情況以淀粉系涂布紙最為敏感。在涂布時，尤其對于輥式、刀片式、光棒式涂布機以及鑄涂方式，在給料輥將涂料施加于紙時，輥與紙面之間由于潤滑劑的添加，可以減少涂料的張力，涂布面可以得到很大的改善。在干燥過程中，還可減少由于導輥在紙幅滑動而在輥上產生的掉粉現象。  

    目前使用最廣泛的潤滑劑是以硬脂酸鈣為代表的水不溶性金屬皂類表面活性劑，將其制成40％～50％的水懸浮分散液，以顏料絕干量的0.5％～l.5％加到涂料中。硬脂酸鈉類水溶性潤滑劑作用也很明顯，并可防止結塊，但它容易使涂料粘度提高或引起膠凝。此外，石蠟族烴類也可賦予濕涂層的輥上或缸上以優良的脫膜性，并賦予涂層以可塑性。使用時需要用乳化劑將其制成乳狀液。脂肪酸胺也可做潤滑劑。

潤滑劑用在熱敏記錄紙、傳真紙中，可以提高運行適性，減輕使用過程中的“糊頭”現象；用在鑄涂紙上可成為良好的脫膜劑，防止“粘缸”現象；用在磁性記錄卡片上，可以大大減少信號干擾，提高使用效果。此外，潤滑劑也可應用在壓感復寫紙的活性白土顯色層上，提高書寫效果，甚至可用在淀粉施膠壓榨涂布中，作為脫膜劑一抗結塊劑。   

總之，表面活性劑作為潤滑劑，使用簡便，在涂料中易于混勻，混合后的涂料穩定，對涂布、壓光以及印刷等工序中都能在涂層中發揮作用。目前多數國內國外的潤滑劑均以硬脂酸鈣為主。

    1)不溶性金屬皂分散體

    不溶性或低溶解度金屬皂由金屬堿或氧化物與脂肪酸或其鹽反應而成。堿金屬皂包括鈣、錳、鎂、鋁、鋅的硬脂酸、棕櫚酸、蓖麻油及其脂肪酸鹽。其中硬脂酸鈣在潤滑劑領域長期占據重要地位。

    典型硬脂酸鈣制備是將CaO制成Ca(OH)₂，與來自動物或海洋生物或其他植物脂肪或油中的硬脂酸反應制得。市場上獲得的硬脂酸除了十八酸之外，成分中包含著從十二酸至二十二酸混合飽和酸及油酸等不飽和酸，生成的鹽中存在著月桂酸鹽、棕櫚酸鹽和油酸鹽。

    用于制備涂布潤滑劑的硬脂酸原料來源于牛油，通常含65％十八酸、29％棕櫚酸和4％的肉豆蔻酸，1.5％十七烷酸和0.5％十五烷酸及微量不飽和油酸和亞油酸。最典型的當屬硬脂酸鈣，其熔點在136～158℃之間。

    硬脂酸鈣的制造同樣可以用氫氧化鈣從溶解性皂(如硬脂酸鈉)中析出。用此方法制得的硬脂酸鈣，其規格和形狀(片晶體)能得到控制，而用硬脂酸直接與Ca0熔融方法制得的硬脂酸鈣則由于需要用物理剪切來破碎成細小可用的粒子，其形狀是任意規格是非結晶形的。硬脂酸鈣是水不溶性的，除非借助強烈的剪切否則很難分散予水基涂料中。這不僅會改變其自然形狀和粒度分布，而且有阻礙其移動至涂料表面的趨向。正因為上述原因硬脂酸鈣分散液被紙張涂布界普遍地認可，很少工廠應用干燥狀態的硬脂酸鈣。硬脂酸鈣分散液制造者已經改進其產品，現在可以出售具有低粘度、固含量高達57％，通過325目篩，篩余物低至小于0.01％的穩定產品。

硬脂酸鈣分散液通常用剪切設備制造。在成品中用3％～5％非離子或陰離子型表面活性劑作為分散劑。為了保證低殘留物，通常此分散液必須經過剪切和碾磨過程，又為了達到一定要求粒子分布，碾磨也是重要的。粒子分布也與Ca(oH)₂和硬脂酸的反應有關。如果按標準順序將Ca(OH)₂加入硬脂酸中，將得到分布比較紊亂的粒徑分布分散液}如果采用逆轉法，硬脂酸加入水性Ca(OH)₂中，可得到相對優良粒徑分布的分散液；硬脂酸鈣分散液的粒徑對涂布流動性影響是不同的。     

硬脂酸鈣分散液多年來一直保持其作為主要涂料潤滑劑的地位。從制備上來說，應歸因于其經濟、實用。鈣是一種最有效和價廉的金屬，硬脂酸又是一種農副產品，可再生資源，其制備工藝十分簡單又可控制。從應用性能來說，它在抗掉毛掉粉性能方面表現出卓越的性能。這是由于其具有高的熔點使其易在干燥時移動至涂布表面，潤滑未粘合顏料的作用等。大部分其他的潤滑劑具有較低的熔點并趨向于保持完全分散在整個涂布中而起增塑作用。

    2)硫酸化和磺化油類

    磺化涉及一種將磺酸基團(-S0₂OH)與1個碳原子直接連接的方法或步驟。另一方面，硫酸化或硫酸鹽化包含在1個碳原子上配置l個(-OS0₂OH)基團。磺化或硫酸化產物二者一般都可溶或可分散水中。由于磺化物是兩性的，能在比較廣的pH值范圍內產生穩定的溶液。

    通常用于紙張涂布的產品，包括硫酸化油類，由不飽和脂肪酸或脂類與硫酸反應而成，如土耳其紅油(硫酸化蓖麻油)、硫酸化紅油(硫酸化油酸)、硫酸鯨蠟油等等。硫酸化油類在室溫下為液體，是一種熔點很低的物料。據此，它們僅僅是中等效果涂布潤滑劑，且和水溶物皂類一樣，在干燥狀態下保持分散在整個涂料中并有遷移入原紙的傾向。其主要作用是增塑、耐折和均涂作用。有時在某些蛋白質粘合涂料和膠乳涂料中也用來降低粘度。以上這些產品都是強的潤濕劑，因此在許多需要高耐濕磨的涂布場合，它們的使用受到限制。

  3)脂肪酸酯類

  用于涂料中的脂肪酸酯的主要類型是由脂肪酸或脂肪酸甘油酯與聚乙二醇式環氧乙烷反應生成的。這些產品通常稱為PEG(聚乙二醇)酯類。其熔點和水溶性隨聚乙二醇的用量增加而提高。通常具有低熔點(94.4℃)，且親水性強，所得到的粘度效應和溶解性皂類相似。由于是非離子型的，一般在pH為中性和堿性涂料

中很穩定。其主要功能是起增塑和耐折性改進劑作用，但也能略微起點潤滑作用。

    4)蠟乳液類

    水分散性乳液作為潤滑劑已被廣泛用于涂布紙的制造中。對于淀粉表面施膠劑和其他成膜材料，蠟乳液能起到改善平滑度提高抗耐擦性、印刷性和表面潤滑性及耐折性。用于制造水性分散液的蠟材料的熔點范圍從液態烴油到高熔點(>140℃)氧化聚乙烯。根據涂布紙或紙板制者商的需要，選用合適的蠟類材料，包括石蠟、微晶蠟、氧化聚乙烯蠟及這些蠟的復配物。

    聚乙烯通過輕微的氧化及制得的分散液，能提供廣泛范圍的性能改善，包括改善滑移性、耐磨擦性以及典型的與蠟應用有關的阻隔性。在顏料涂布中，氧化聚乙烯蠟的應用能給予很好的涂料塑性、耐折性以及良好的光澤。但這在抗塵埃方面比金屬皂的效果差。這類商品的固體含量一般在30％～60％。高固含量的產品中含脂肪酸酯聚氧乙烯醚及脲以及PE蠟。通常水性分散液中采用較低分子質量的蠟。

    蠟類乳液的制造通常是利用乳化劑使其在水中具有可分散性。按照乳化劑的類型，，蠟能制成陽離子型、陰離子型和非離子型的蠟乳液。

    近年來，蠟乳液的使用被局限在大部分的施膠壓榨和壓光施膠中，用在非顏料涂布改善印刷適用性的特種涂布。此類潤滑劑的最大特點是具有良好的可塑性和耐折性。它也有遷移入原紙的趨向，因此其抗掉毛掉粉性和抗粘性的效果低。烴類乳液在粘度調節方面效率很低，不能用作均涂劑。氧化聚乙烯蠟通過噴淋，降低烘缸表面的摩擦因數，大大提高紙張起皺效率則是一個特例。

    5)脂肪胺類和酰胺類

這些產品是由胺類和乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺與脂肪酸反應而成的，其溶點范圍從室溫的流體到高熔點的固體(138.9℃)，視所反應的胺和脂肪酸而定。高熔點類型的通常叫合成石蠟。這類化學品一般具有水不溶性，但可通過季胺化反應(陽離子化)或用乳化劑或分散劑將其分散在水中#作為潤滑劑，具有明顯改善光澤的作用，而在增進抗掉毛、掉粉性方面則不如不溶性皂類。其粘度效應視乳化劑或所選用乳化分散工藝而定，一般介于蠟乳液與水溶性皂之間。

6)聚乙二醇類和聚乙二醇醚類  

聚乙二醇類包括從低分子質量的乙烯乙二醇類(液體)到高分子質量的聚乙烯乙二醇(固體)。丙烯乙二醇單體與乙烯乙二醇制成相似的產品或乙烯乙二醇混合物。乙烯乙二醇及其聚合體都是水溶性的且易于形成溶液，而丙烯乙二醇則隨鏈長增加而失去水溶性，與乙二醇式甲醇、乙醇、丁醇等反應而生成醚，這些醚的水溶性也隨鏈長及乙二醇單體不同而不同。聚乙二醇和聚乙二醇醚能使顏料涂布具有良好的光澤性能，但在抗掉毛掉粉抗粘性能方面作用則很小。盡管在某些淀粉粘合劑涂料中發現了某些聚乙二醇能降低粘度，但在許多涂布配方中，它在粘度調節方面的功能很小。由于它們具高度水溶性，聚乙烯乙二醇具有一些潤濕劑的性質并有助于涂料的可塑性，無疑這種性質比任何原有的潤滑性質更為明顯。

    7)含硬脂酸鈣的潤滑混合液

    目前，基于硬脂酸鈣的高濃涂料分散劑發展很快。典型的產品是混合液中含有不同量的硬脂酸鈣，脂肪酸聚氧乙烯醚、乙二醇酯脲，固含量最高可達65％。一些通用的配合如下：

    硬脂酸鈣一聚乙烯分散液；硬脂酸鈣一聚乙二醇分散液；硬脂酸鈣一石蠟分散液；硬脂酸鈣一石蠟分散液；硬脂酸鈣一硫酸化油分散液。這類混合物，通過二種或二種以上潤滑劑的配合使用，在一個產品中發生協同作用，達到多種使用目的。混合產品的設計根據應用的場合而定。