الاستخدام في نهاية صناعة الورق الرطبة

المواد الخافضة للتوتر السطحي المستخدمة في تحديد الحجم هي مواد كيميائية مهمة تُستعمل في الأغراض الرطبة، حيث تُوفر مقاومة للماء للورق والكرتون. تُستخدم هذه المواد غالبًا في الكتابة والطباعة والتغليف وورق البناء والكرتون.

الأنواع الرئيسية لعوامل التحجيم هي عوامل التحجيم القائمة على الصمغ وعوامل التحجيم الاصطناعية. يُعد تحضير صمغ الصمغ المشتت عملية فيزيائية وكيميائية، حيث يمتص الصمغ الصلب الحرارة ويتحول إلى صمغ سائل. يوجد توتر سطحي كبير بين سائل الصمغ والماء، ولا يمكن تقليل هذا التوتر السطحي إلا بإضافة عوامل خافضة للتوتر السطحي. تُعتبر المستحلبات والمشتتات المستخدمة في تشتيت صمغ الصمغ من العوامل الخافضة للتوتر السطحي. يُعد اختيار العامل الخافض للتوتر السطحي المناسب مفتاح تحضير صمغ الصمغ المشتت، ومن بين العوامل الشائعة الاستخدام العوامل الأنيونية والكاتيونية والزويتيريونية. المستحلب الأكثر شيوعًا في الصين هو صمغ الصمغ الأنيوني المشتت، والمستحلبات الأكثر شيوعًا هي بولي أوكسي إيثيلين، مثل فوسفات إيثر بولي أوكسي إيثيلين الكحولي الدهني، وسلفونات أكريليك 2-هيدروكسي-3- (ستيرين جليكول)، وسلفونات أكريليك 2-هيدروكسي-3- (نونيل فينوكسي بولي أوكسي إيثيلين)، وغيرها. تُستخدم بعض المستحلبات الكاتيونية، مثل بولي أكريلاميد الكاتيوني، وبولي أميد بولي أميد إبيكلوروهيدرين، والنشا الكاتيوني، لتحضير حجم صمغ الصمغ المشتت الكاتيوني.

تشمل عوامل التحجيم الاصطناعية بشكل رئيسي ثنائي كيتين الألكيل (AKD) وأنهيدريد السكسينيك الألكيل (ASA). يُعرف هذان النوعان من عوامل التحجيم أيضًا بعوامل التحجيم التفاعلية لاحتوائهما على مجموعات وظيفية نشطة تتفاعل مع مجموعات الهيدروكسيل في الألياف وتبقى عليها. ونظرًا لقدرتهما على تحمل درجات الحموضة العالية (pH=7.5-8.5)، يُعد هذا النوع من عوامل التحجيم شائعًا في صناعة الورق، إذ يُمكنه استخدام كربونات الكالسيوم منخفضة التكلفة كمادة مالئة لتحسين متانة الورق وبياضه وأدائه في صناعة الورق. حاليًا، تُحقق أكثر من 50% من الورق عالي الجودة في الدول المتقدمة درجة متوسطة إلى قلوية في صناعة الورق. لا يذوب كل من AKD وASA في الماء، ويمكن تحضير محلول AKD مستقر باستخدام مادة خافضة للتوتر السطحي غير أيونية من نوع بولي أوكسي إيثيلين كمستحلب.

أثناء عملية تبييض اللب المعالج بمواد خافضة للتوتر السطحي للتحكم في الراتنج، يترسب الراتنج المتبقي. إذا لم يُفصل في الوقت المناسب، فسيُشكل رواسب لزجة تلتصق بالمعدات، وشبكة النحاس المستخدمة في آلات الورق، وقماش الصوف، وأسطوانات التجفيف، مما يُعيق عملية صناعة الورق، ويؤثر على عملية التصنيع التقليدية، ويُسبب أمراضًا للورق. بالإضافة إلى ذلك، ومع انتشار استخدام نفايات الورق اليوم، يُمكن للمواد القائمة على الراتنج، مثل المواد اللاصقة، ومثبتات الحبر، ومواد الطلاء اللاصقة، أن تُشكل حواجز راتنجية تؤثر على صناعة الورق. لذلك، ازدادت أهمية البحث والتطوير في مجال عوامل التحكم في حواجز الراتنج.

تشمل عوامل التحكم في حاجز الراتنج الشائعة الاستخدام الحشوات غير العضوية (مثل بودرة التلك)، ومبيدات الفطريات، والمواد الخَلاَّبة، والبوليمرات الكاتيونية، والليبازات، وعوامل فصل الأغشية. أكثر المواد الخافضة للتوتر السطحي شيوعًا هي المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية، وهي حاليًا أكثر المواد الخافضة للتوتر السطحي استخدامًا، بما في ذلك كبريتات الكحول العالية، وأحماض ألكيل بنزين سلفونيك، والكحولات العالية، والفوسفات، إلخ. تتكون المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية بشكل رئيسي من أملاح ألكيل أمين أو أملاح أمونيوم رباعية. تشمل المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية بشكل رئيسي بولي إيثيلين جليكول والبوليولات. بالإضافة إلى ذلك، توجد أيضًا مواد خافضة للتوتر السطحي أمفوتيرية ومعقدات متعددة المكونات متنوعة. يُعد عامل التجريد أيضًا عامل تحكم في الراتنج يُستخدم للتحكم في الالتصاق بين المجفف وورقة الورق، وتزييت المكشطة والمجفف، والتحكم في توزيع المادة اللاصقة. وهي تشمل بشكل أساسي غسول البولي أميد البوليمري، مثل غسول الكحول البولي فينيل، وزيت معدني ومنصة مطابقة للسطح لرش غسول السيليكون العضوي وبوليمر كاتيوني بولي أمين بولي أميد.

مادة فعالة سطحية لإزالة الرغوة

في عملية صناعة الورق، يحتوي اللب على كمية قليلة من المواد الخافضة للتوتر السطحي الرغوية الطبيعية والمضافة صناعيًا، مثل العناصر التقنية والأحماض الدهنية، بالإضافة إلى مثبتات الرغوة مثل البوليمرات الصناعية والنشا. نتيجةً لذلك، تظهر الرغوة، مسببةً مشاكل مثل تكسر الورق أو ثقوبه. المكونات النشطة الرئيسية لمزيلات الرغوة المستخدمة في صناعة الورق هي الكحولات عالية الكربون، والبولي إيثرات، وإسترات الأحماض الدهنية، وبوليمرات السيليكون العضوية، وغيرها. تُحضّر هذه المواد عادةً في الماء في محلول زيتي.

مُليّن لصناعة الورق

النعومة هي قدرة المواد الخافضة للتوتر السطحي على تكوين مجموعات كارهة للماء على سطح الألياف وامتصاصها في الاتجاه المعاكس، مما يقلل من معاملات الاحتكاك الديناميكي والساكن لمادة الألياف، ويمنحها ملمسًا ناعمًا. يُظهر خل حمض الكبريتيك، وزيت الخروع المُسلفن، وغيرها من المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية تأثيرًا مُنعمًا عند امتصاصها على سطح الألياف.

يمكن للمجموعات الكاتيونية في المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية أن ترتبط مباشرةً بالألياف ذات الشحنة السالبة، بينما تُشكل المجموعات الكارهة للماء أسطحًا منخفضة الطاقة على السطح الخارجي للألياف، مما يُعطي مرونةً فائقة. يُستخدم حمض بيساميد إبيكلوروهيدرين الدهني بشكل رئيسي في الورق ذي متطلبات المرونة العالية، مثل ورق التواليت، وورق التجاعيد، والفوط الصحية، والمناديل، وغيرها.

للمواد الخافضة للتوتر السطحي الأيونية ثنائية القطب استخدامات واسعة. إذ يمكن لمجموعاتها الكاتيونية أن تُكوّن رابطة مع الألياف، بينما يمكن لمجموعاتها الأنيونية أن ترتبط بها من خلال بولي إلكتروليتات أو أيونات الألومنيوم في اللب. كما يمكنها أن تُسبب اصطفاف المجموعات الكارهة للماء للخارج، مما يُقلل بشكل كبير من طاقة السطح. من أمثلة هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي: 1 (.9 'أمينو إيثيل). 2. سبعة عشر مشتقًا من حمض الألكيل إيميدازولين الكربوكسيلي. بالإضافة إلى ذلك، تتميز كل من المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية والأمفوتيرية بخصائص مضادة للبكتيريا والجراثيم، مما يمنع تعفن الورق بفعالية.

تُصنف مواد التنشيط السطحي العضوية السيليكونية ضمن مواد التنشيط السطحي الخاصة، وتُستخدم أملاح الأمونيوم الرباعية العضوية السيليكونية الكاتيونية بشكل رئيسي كمُنعمات. كما توجد أنواع أخرى عديدة من المُنعمات، مثل إستر بولي أوكسي إيثيلين بحمض الستياريك، وبولي أوكسي إيثيلين لانولين، والشمع المستحلب، وغيرها.

مُليّن لصناعة الورق

النعومة هي قدرة المواد الخافضة للتوتر السطحي على تكوين مجموعات كارهة للماء على سطح الألياف وامتصاصها في الاتجاه المعاكس، مما يقلل من معاملات الاحتكاك الديناميكي والساكن لمادة الألياف، ويمنحها ملمسًا ناعمًا. يُظهر خل حمض الكبريتيك، وزيت الخروع المُسلفن، وغيرها من المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية تأثيرًا مُنعمًا عند امتصاصها على سطح الألياف.

يمكن للمجموعات الكاتيونية في المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية أن ترتبط مباشرةً بالألياف ذات الشحنة السالبة، بينما تُشكل المجموعات الكارهة للماء أسطحًا منخفضة الطاقة على السطح الخارجي للألياف، مما يُعطي مرونةً فائقة. يُستخدم حمض بيساميد إبيكلوروهيدرين الدهني بشكل رئيسي في الورق ذي متطلبات المرونة العالية، مثل ورق التواليت، وورق التجاعيد، والفوط الصحية، والمناديل، وغيرها.

للمواد الخافضة للتوتر السطحي الأيونية ثنائية القطب استخدامات واسعة. إذ يمكن لمجموعاتها الكاتيونية أن تُكوّن رابطة مع الألياف، بينما يمكن لمجموعاتها الأنيونية أن ترتبط بها من خلال بولي إلكتروليتات أو أيونات الألومنيوم في اللب. كما يمكنها أن تُسبب اصطفاف المجموعات الكارهة للماء للخارج، مما يُقلل بشكل كبير من طاقة السطح. من أمثلة هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي: 1 (.9 'أمينو إيثيل). 2. سبعة عشر مشتقًا من حمض الألكيل إيميدازولين الكربوكسيلي. بالإضافة إلى ذلك، تتميز كل من المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية والأمفوتيرية بخصائص مضادة للبكتيريا والجراثيم، مما يمنع تعفن الورق بفعالية.

تنتمي المواد الخافضة للتوتر السطحي العضوية السيليكونية إلى المواد الخافضة للتوتر السطحي الخاصة، وتستخدم أملاح الأمونيوم الرباعية العضوية السيليكونية الكاتيونية بشكل أساسي كملينات.

هناك أيضًا العديد من الأنواع الأخرى من المنعمات، مثل إستر بولي أوكسي إيثيلين حمض الستياريك، وبولي أوكسي إيثيلين لانولين، والشمع المستحلب، وما إلى ذلك.

عامل مضاد للكهرباء الساكنة

في إنتاج الورق المُعالج خصيصًا، قد تُواجه أحيانًا مشاكل تتعلق بمقاومة الكهرباء الساكنة. يمكن أن يُنتج استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي لمعالجة السائل سطحًا خارجيًا مُحبًا للماء. أي أن المادة الخافضة للتوتر السطحي، كعامل مُقاوم للكهرباء الساكنة، تُشكل امتصاصًا إيجابيًا على سطح المادة، مُشكلةً مجموعة كارهة للماء. تمتد المجموعات المُحبة للماء في الفراغ، مما يزيد من موصلية الأيونات وموصلية امتصاص الرطوبة للألياف، مما يُؤدي إلى ظاهرة تفريغ وانخفاض في مقاومة السطح، وبالتالي منع تراكم الكهرباء الساكنة. تحتوي المواد الخافضة للتوتر السطحي المُستخدمة كعوامل مُقاومة للكهرباء الساكنة على مجموعات كارهة للماء كبيرة ومجموعات مُحبة للماء قوية. تتميز المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية بأعلى استخدام وأفضل أداء، تليها المواد الخافضة للتوتر السطحي الأمفوتيرية.

مُشتت الألياف

الوظيفة الرئيسية لمشتتات الألياف هي تقليل تكتل الألياف وتحسين عملية تشكيل الورق. تُشكل هذه المشتتات بنية ثنائية الطبقات على سطح الألياف. يتميز الطرف القطبي للمشتت الخارجي بتقارب قوي مع الماء، مما يزيد من درجة تبليله بالماء ويطرد الكهرباء الساكنة، مما يُحقق التشتت. من بين مشتتات الألياف الشائعة الاستخدام: بولي أكريلاميد مُحلل جزئيًا (PAM)، وأكسيد البولي إيثيلين (PlEO)، وغيرها. يتميز بولي أكريلاميد PEO بلزوجة عالية، وذوبان جيد في الماء، وانزلاقية جيدة. إضافة أقل من 0.05% منه إلى ورق التواليت عالي الجودة يُحقق تأثير تشتت جيد.

تطبيق تحديد حجم السطح والطلاء في صناعة الورق

يتضمن كلٌّ من تحديد حجم السطح والطلاء تطبيق مواد كيميائية على سطح الورق، وذلك أساسًا لتحسين خصائصه السطحية، وتعزيز أدائه في الطباعة، وضمان سلامته العامة. ولكن هناك العديد من الاختلافات بينهما، أهمها أن لصق السطح غالبًا ما يستخدم المواد اللاصقة فقط، بينما يستخدم الطلاء كلًا من المواد اللاصقة والأصباغ؛ إذ يُضغط اللاصق المستخدم في طلاء السطح على الورق، بينما تُوضع الصبغة على سطحه.

المواد الخافضة للتوتر السطحي لتحديد حجم السطح

وفقًا للمادة، يمكن تقسيمها إلى منتجات طبيعية ومعدلة ومنتجات صناعية؛ وفقًا للخاصية الأيونية، يمكن تقسيمها إلى أنواع أنيونية وكاتيونية وغير أيونية؛ وفقًا لشكل المنتج، يمكن تقسيمها إلى نوع المحلول المائي ونوع المستحضر. تحتوي المواد اللاصقة السطحية الشائعة الاستخدام على مجموعات كارهة للماء ومحبة للماء، لذا فهي جميعها مواد فعالة سطحية بشكل عام. تشمل عوامل تحديد حجم السطح الرئيسية النشا المعدل، وكحول البولي فينيل (PVA)، وكربوكسيميثيل السليلوز (CMC)، وبولي أكريلاميد (PAM). يمكن اختيار عوامل تحديد حجم السطح المختلفة وفقًا للاحتياجات المختلفة. على سبيل المثال: ① لتحسين مقاومة الماء، يمكن استخدام AKD، والراتنج المشتت، والبارافين، وستيرات كلوريد الكروم، وبوليمر ستايرين ماليك أنهيدريد، واللاتكس الراتنجي الاصطناعي الآخر؛ ② لتحسين مقاومة الزيت، يمكن إضافة مركبات عضوية مفلورة، مثل كوبوليمرات أكريلات بيرفلورو ألكيل، ومجمعات كروم حمض بيرفلورو أوكتانويك، وفوسفات بيرفلورو ألكيل، وما إلى ذلك. لزيادة مقاومة الالتصاق، يمكن إضافة راتنج السيليكون. ④ لتحسين أداء الطباعة، يمكن استخدام النشا المعدل، وCMC، وPVA، وما إلى ذلك. يمكن تحسين المتانة الجافة والرطبة بإضافة نشا PAM المعدل. لتحسين لمعان الطباعة، يمكن استخدام CMC، وألجينات الصوديوم، ومواد أخرى بشكل أساسي. لتحسين تأثير تحجيم السطح، من الشائع استخدام عاملين أو أكثر من عوامل التحجيم معًا، ويكون التأثير ملحوظًا للغاية.

مواد الطلاء الخافضة للتوتر السطحي

تتكون تركيبة الطلاءات المستخدمة في معالجة الطلاء بشكل أساسي من مواد لاصقة وأصباغ ومواد مضافة أخرى. الطلاء بحد ذاته مركب معقد، ويختلف باختلاف متطلبات الورق وتركيبة التركيبة. تلعب المواد الخافضة للتوتر السطحي دورًا هامًا في تركيب طلاءات الورق، وتشمل بشكل رئيسي مشتتات الطلاء، ومزيلات الرغوة، ومواد التشحيم، والمواد الحافظة، ومضادات الكهرباء الساكنة، واللاتكس الصناعي.

مُشتت الطلاء: يُعدّ أهم مادة مضافة في الطلاءات، ومعظمها مواد خافضة للتوتر السطحي. وظيفته: 1. تزويد جزيئات الصبغة بشحنات، مما يُؤدي إلى توليد قوى تنافر بينها؛ 2. تغطية سطح جزيئات الصبغة، حيث يعمل كمادة غروانية واقية؛ 3. تكوين حالة لزوجة عالية حول الجزيئات لمنع تجمع جزيئات متعددة. كانت أقدم المُشتتات المستخدمة هي الفوسفات، والبولي سيليكات، وفوسفات الهيدروجين ثنائي الأمونيوم، وناتج تكثيف حمض البنزين سلفونيك والفورمالديهايد، والكازين، والراتنج العربي، وغيرها. أما مُشتتات هيكساميتافوسفات الصوديوم، وبيروفوسفات الصوديوم، ورباعي فوسفات الصوديوم، فهي شائعة الاستخدام في الطلاءات منخفضة المحتوى الصلب. في الطلاءات ذات المحتوى الصلب العالي، يتم استخدام المشتتات العضوية ذات الوزن الجزيئي العالي مثل محلول بولي أكريلات الصوديوم، وبولي ميثاكريلات الصوديوم ومشتقاته، ومحلول ملح ثنائي الصوديوم من كوبوليمر ثنائي إيزوبوتيلين ماليك أنهيدريد، بالإضافة إلى ألكيل فينول بولي أوكسي إيثيلين إيثر وبولي أوكسي إيثيلين إيثر الكحول الدهني بشكل شائع.

مزيل الرغوة: غالبًا ما تُنتَج الرغوة أثناء تحضير الطلاء وطلاءه، ويلزم إضافة مزيل الرغوة. يحتوي هذا المنتج بشكل أساسي على كحولات عالية التركيز، وإسترات أحماض دهنية، وفوسفات ثلاثي بوتيل، وفوسفات ثلاثي بروبيل، وغيرها.

مواد التشحيم: لتحسين سيولة وتشحيم طلاءات الورق، وتعزيز الالتصاق، ومنحها نعومة ولمعانًا، وزيادة مرونتها، ومنع تشققها، وتحسين قابلية طباعة الورق المطلي، يمكن إضافة مواد التشحيم. أكثر مواد التشحيم شيوعًا حاليًا هي مواد التشحيم الصابونية المعدنية القابلة للذوبان في الماء، والممثلة بستيرات الكالسيوم، كما أن مواد التشحيم القابلة للذوبان في الماء، مثل ستيرات الصوديوم، لها تأثير كبير. كما يمكن استخدام هيدروكربونات البارافين وأمينات الأحماض الدهنية كمواد تشحيم.

المواد الحافظة: بعض المواد اللاصقة الطبيعية عرضة للتحلل ونمو العفن، لذا يجب إضافة شوكات مقاومة للتآكل إلى طلاءات الورق. استُخدمت على نطاق واسع في طلاءات الورق مواد خافضة للتوتر السطحي كاتيونية رباعية الأمونيوم، ومركبات حلقية مفلورة، ومركبات البروم والكبريت العضوية، وكاربامات N-(2-بنزيميدازوليل) (كاربندازيم)، وغيرها.

عامل مضاد للكهرباء الساكنة: عن طريق إضافة فلوريد أوكتاديسيل ثلاثي ميثيل أمونيوم، وإستر بولي أوكسي إيثيلين سوربيتان، وفوسفات ألكيل فينول بولي أوكسي إيثيلين إيثر، وبوليسترين سلفونات، وما إلى ذلك إلى تركيبة الطلاء، يمكن منح الورق خصائص مضادة للكهرباء الساكنة.

اللاتكس الصناعي: يُعدّ اللاتكس الصناعي لاصقًا طلاءً مهمًا. في عملية تحضير اللاتكس الصناعي، تلعب المواد الخافضة للتوتر السطحي دورًا هامًا كمستحلبات، ومشتتات، ومثبتات، وغيرها.
#الشركة المصنعة للمواد الكيميائية#
#مساعد النسيج#
#المواد الكيميائية النسيجية#
#منعم السيليكون#
#شركة تصنيع السيليكون#