製紙のウェットエンドでの応用

サイズ剤用界面活性剤は、紙や段ボールに耐水性を与える重要なウェットエンドケミカルです。主に筆記用紙、印刷用紙、包装用紙、画用紙、段ボールに使用されます。

サイズ剤には主にロジン系サイズ剤と合成系サイズ剤があります。分散ロジンサイズ剤の製造は、固体ロジンが熱を吸収して液体ロジンに変化する物理化学的プロセスです。ロジン液と水の間には大きな界面張力があり、この界面張力を低減するには界面活性剤を添加するしかありません。ロジンガムを分散させるための乳化剤と分散剤はどちらも界面活性剤です。分散ロジンガムを製造するには、適切な界面活性剤を選択することが重要です。一般的に使用される界面活性剤には、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性イオン性界面活性剤などがあります。中国で最も一般的に使用されている乳化剤はアニオン性分散ロジンガムであり、一般的に使用されている乳化剤は、脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルホスフェート、2-ヒドロキシ-3-（スチレングリコール）アクリルスルホン酸ナトリウム、2-ヒドロキシ-3-（ノニルフェノキシポリオキシエチレン）アクリルスルホン酸ナトリウムなどのポリオキシエチレンタイプです。カチオン性ポリアクリルアミド、ポリアミドポリアミドエピクロロヒドリン、カチオン性デンプンなどの一部のカチオン性乳化剤は、カチオン性分散ロジンサイズの製造に使用されます。

合成サイズ剤には、主にアルキルケテンダイマー（AKD）とアルキルコハク酸無水物（ASA）が含まれます。これらの2種類のサイズ剤は、繊維のヒドロキシル基と反応して繊維上に留まる活性官能基を含むため、反応性サイズ剤とも呼ばれます。高pH条件（pH = 7.5〜8.5）に適応できるため、このタイプのサイズ剤は、安価な炭酸カルシウムを充填剤として使用して紙の強度、白色度、および製紙性能を向上させることができるため、製紙業界で人気があります。現在、先進国の高級紙の50％以上が中アルカリ性からアルカリ性の製紙を実現しています。AKDとASAは水に不溶性であり、ポリオキシエチレン型非イオン界面活性剤を乳化剤として使用することで、安定したAKDローションを調製できます。

樹脂抑制のために界面活性剤で処理されたパルプの漂白工程では、残留樹脂が沈殿します。適時に分離されない場合、粘性の沈殿物となり、機器、抄紙機の銅メッシュ、ウールクロス、乾燥シリンダーなどに付着し、製紙障害を引き起こし、正常な製紙に影響を与えるだけでなく、紙病も引き起こします。さらに、今日では古紙が広く使用されるようになり、古紙に含まれる接着剤、インクバインダー、コーティング接着剤などの樹脂系物質も樹脂バリアを形成し、製紙に悪影響を及ぼす可能性があります。そのため、樹脂バリア制御剤の研究開発はますます重要になっています。

一般的に使用される樹脂バリア制御剤には、無機充填剤（タルク粉末など）、防カビ剤、界面活性剤、キレート剤、カチオン系ポリマー、リパーゼ、膜分離剤などがあります。最も一般的に使用される界面活性剤は陰イオン界面活性剤で、現在最も広く使用されている界面活性剤には、高級アルコール硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸、高級アルコール、リン酸塩などがあります。陽イオン界面活性剤は主にアルキルアミン塩または第四級アンモニウム塩です。非イオン界面活性剤は主にポリエチレングリコールとポリオールを含みます。さらに、両性界面活性剤や様々な多成分複合体もあります。剥離剤は、乾燥機と紙シートの接着を制御し、スクレーパーと乾燥機を潤滑し、接着剤の分布を制御するために使用される樹脂制御剤でもあります。主にポリビニルアルコールローションなどのポリアミドポリマーローション、ミネラルオイルと界面活性剤を配合したプラットフォームスプレー有機シリコンローション、ポリアミンポリアミドカチオンポリマーが含まれます。

消泡用界面活性剤

製紙工程では、パルプに微量の天然および人工添加の発泡性界面活性剤（工業用元素、脂肪酸など）と、合成ポリマーやデンプンなどの整泡剤が含まれています。そのため、泡が発生し、紙が破れたり、紙に穴が開いたりするなどの問題が発生します。製紙工程で使用される消泡剤の主な有効成分は、高炭素アルコール、ポリエーテル、脂肪酸エステル、有機ケイ素ポリマーなどです。これらは通常、油中水型ローションに調製されます。

製紙用柔軟剤

柔軟効果とは、界面活性剤が繊維表面に疎水基を形成し、それを逆方向に吸着することで、繊維素材の動摩擦係数と静摩擦係数を低下させ、滑らかで柔らかな風合いを実現する能力を指します。硫酸酢、スルホン化ヒマシ油などの陰イオン界面活性剤は、繊維表面に吸着すると柔軟効果を発揮します。

カチオン界面活性剤のカチオン基は負に帯電した繊維と直接結合し、疎水基は繊維の外側に低エネルギー表面を形成することで、優れた柔軟性を実現します。脂肪酸ビスアミドエピクロロヒドリンは、トイレットペーパー、リンクルペーパー、生理用ナプキン、ハンカチ、ナプキンなど、高い柔軟性が求められる紙に主に使用されています。

両極性イオン界面活性剤は幅広い用途を有しています。陽イオン基は繊維と結合し、陰イオン基はパルプ中の高分子電解質やアルミニウムイオンを介して繊維と結合します。また、疎水基を外側に配向させることで表面エネルギーを大幅に低下させる効果もあります。このような界面活性剤の例としては、1（9'アミノエチル）や2. 17アルキルイミダゾリンカルボン酸誘導体などが挙げられます。さらに、陽イオン界面活性剤と両性界面活性剤はどちらも抗菌・殺菌作用を有し、紙のカビの発生を効果的に防ぎます。

有機ケイ素界面活性剤は特殊界面活性剤に属し、カチオン性有機ケイ素四級アンモニウム塩は主に柔軟剤として使用されます。その他、ステアリン酸ポリオキシエチレンエステル、ポリオキシエチレンラノリン、乳化ワックスなど、様々な種類の柔軟剤があります。

製紙用柔軟剤

柔軟効果とは、界面活性剤が繊維表面に疎水基を形成し、それを逆方向に吸着することで、繊維素材の動摩擦係数と静摩擦係数を低下させ、滑らかで柔らかな風合いを実現する能力を指します。硫酸酢、スルホン化ヒマシ油などの陰イオン界面活性剤は、繊維表面に吸着すると柔軟効果を発揮します。

カチオン界面活性剤のカチオン基は負に帯電した繊維と直接結合し、疎水基は繊維の外側に低エネルギー表面を形成することで、優れた柔軟性を実現します。脂肪酸ビスアミドエピクロロヒドリンは、トイレットペーパー、リンクルペーパー、生理用ナプキン、ハンカチ、ナプキンなど、高い柔軟性が求められる紙に主に使用されています。

両極性イオン界面活性剤は幅広い用途を有しています。陽イオン基は繊維と結合し、陰イオン基はパルプ中の高分子電解質やアルミニウムイオンを介して繊維と結合します。また、疎水基を外側に配向させることで表面エネルギーを大幅に低下させる効果もあります。このような界面活性剤の例としては、1（9'アミノエチル）や2. 17アルキルイミダゾリンカルボン酸誘導体などが挙げられます。さらに、陽イオン界面活性剤と両性界面活性剤はどちらも抗菌・殺菌作用を有し、紙のカビの発生を効果的に防ぎます。

有機ケイ素界面活性剤は特殊界面活性剤に属し、カチオン性有機ケイ素第四級アンモニウム塩は主に柔軟剤として使用されます。

柔軟剤には他にもステアリン酸ポリオキシエチレンエステル、ポリオキシエチレンラノリン、乳化ワックスなど多くの種類があります。

帯電防止剤

特殊加工紙の製造において、静電気防止の問題が発生する場合があります。界面活性剤を用いて液体を処理することで、親水性の外表面を生成できます。つまり、帯電防止剤として、界面活性剤は材料表面に正の吸着を形成し、材料表面に疎水基を形成します。親水基は空間に広がり、繊維のイオン伝導性と吸湿伝導性を高め、放電現象を引き起こし、表面抵抗を低下させ、静電気の蓄積を防ぎます。帯電防止剤として使用される界面活性剤は、大きな疎水基と強い親水基を有しています。カチオン界面活性剤は最も多く使用され、最高の性能を示し、次に両性界面活性剤が続きます。

繊維分散剤

繊維分散剤の主な機能は、繊維の凝集を抑制し、抄紙性を向上させることです。繊維分散剤は繊維表面に二重構造を形成します。外側の分散剤の極性末端は水との親和性が強く、水濡れ性を高め、静電気をはじくことで分散を実現します。一般的に使用される繊維分散剤には、部分加水分解ポリアクリルアミド（PAM）、ポリエチレンオキシド（PlEO）などがあります。PEOは粘度が高く、水溶性が高く、潤滑性に優れています。高級トイレットペーパーに0.05%未満を添加することで、良好な分散効果が得られます。

製紙における表面サイズ剤とコーティングの応用

表面サイズ加工とコーティング加工はどちらも、紙の表面に化学薬品を塗布する加工で、主に表面特性の改善、印刷性能の向上、そして全体的な品質向上を目的としています。しかし、この2つには多くの違いがあります。主な違いは、表面接着加工では接着剤のみが使用されることが多いのに対し、コーティング加工では接着剤と顔料の両方が使用されることです。表面コーティング加工に使用される接着剤は紙に圧着されますが、塗布される顔料は紙の表面に塗布されます。

表面サイズ剤

材質によって天然・改質・合成品に分けられます。イオン性によってアニオン性、カチオン性、ノニオン性に分けられます。製品形態によって水溶液型とローション型に分けられます。一般的に使用される表面接着剤は疎水基と親水基を持っているため、広義ではすべて界面活性剤です。主な表面サイズ剤としては、加工デンプン、ポリビニルアルコール（PVA）、カルボキシメチルセルロース（CMC）、ポリアクリルアミド（PAM）などがあります。さまざまなニーズに応じて、異なる表面サイズ剤を選択できます。例えば、①耐水性を向上させるために、AKD、分散ロジン、パラフィン、塩化クロムステアレート、スチレン無水マレイン酸コポリマー、その他の合成樹脂ラテックスを使用できます。 ②耐油性を向上させるために、パーフルオロアルキルアクリレートコポリマー、パーフルオロオクタン酸クロム錯体、パーフルオロアルキルホスフェートなどの有機フッ素化合物を添加することができます。シリコーン樹脂を添加することで、接着防止性を高めます。 ④印刷性能を向上させるために、主に変性デンプン、CMC、PVAなどを使用します。PAM変性デンプンなどを添加することで、乾燥強度と湿潤強度を向上させます。印刷光沢を向上させるために、主にCMC、アルギン酸ナトリウムなどが使用されます。表面サイズ効果を向上させるために、2種類以上のサイズ剤を併用するのが一般的であり、その効果は非常に顕著です。

コーティング界面活性剤

コーティング加工用塗料の成分は、主に接着剤、顔料、その他の添加剤で構成されています。塗料自体は複雑な化合物であり、紙の具体的な要件や配合組成によって異なります。界面活性剤は紙コーティングの配合において重要な役割を果たしており、主にコーティング分散剤、消泡剤、潤滑剤、防腐剤、帯電防止剤、合成ラテックスなどが含まれます。

コーティング分散剤：コーティングにおいて最も重要な添加剤であり、その多くは界面活性剤です。その作用は、（1）顔料粒子に電荷を与え、粒子間に反発力を発生させる、（2）顔料粒子の表面を覆い、保護コロイドとして作用する、（3）粒子周囲に高粘度状態を形成し、複数の粒子が凝集するのを防ぐ、です。最も古くから使用されている分散剤は、リン酸塩、ポリケイ酸塩、リン酸水素二アンモニウム、ベンゼンスルホン酸とホルムアルデヒドの縮合物、カゼイン、アラビア樹脂などです。低固形分コーティングでは、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、四リン酸ナトリウムが一般的に使用されています。高固形分コーティングでは、ポリアクリル酸ナトリウム溶液、ポリメタクリル酸ナトリウムおよびその誘導体、ジイソブチレン無水マレイン酸共重合体の二ナトリウム塩溶液、アルキルフェノールポリオキシエチレンエーテル、脂肪族アルコールポリオキシエチレンエーテルなどの高分子有機分散剤が一般的に使用されています。

消泡剤：塗料の調製および塗装工程では泡が発生することが多く、消泡剤を添加する必要があります。主な消泡剤としては、高級アルコール、脂肪酸エステル、トリブチルリン酸、トリプロピルリン酸などがあります。

潤滑剤：紙コーティングの流動性と潤滑性を向上させ、接着性を高め、紙コーティングに滑らかさと光沢を与え、可塑性を高め、ひび割れを防止し、コート紙の印刷適性を向上させるために、潤滑剤を添加することができます。現在最も広く使用されている潤滑剤は、ステアリン酸カルシウムに代表される水溶性金属石鹸界面活性剤であり、ステアリン酸ナトリウム水溶性潤滑剤も大きな効果を発揮します。パラフィン系炭化水素や脂肪酸アミンも潤滑剤として使用できます。

防腐剤：天然接着剤の中には劣化やカビの発生しやすいものもあるため、紙コーティングには防腐剤を添加する必要があります。紙コーティングには、第四級アンモニウムカチオン界面活性剤、フッ素化環状化合物、有機臭素化合物および有機硫黄化合物、N-(2-ベンゾイミダゾリル)カルバメート（カルベンダジム）などが広く使用されています。

帯電防止剤：オクタデシルトリメチルアンモニウムフルオリド、ポリオキシエチレンソルビタンエステル、アルキルフェノールポリオキシエチレンエーテルホスフェート、ポリスチレンスルホン酸塩などをコーティング処方に添加することにより、紙に帯電防止性を付与することができます。

合成ラテックス：合成ラテックスは重要なコーティング接着剤です。合成ラテックスの製造工程において、界面活性剤は乳化剤、分散剤、安定剤などとして重要な役割を果たします。
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