淺析造紙用消泡劑

劉德明，朱明琴

（安徽鑾威化工科技開發(fā)有限公司，馬鞍山市消泡劑工程技術(shù)研究中心，安徽馬鞍山 243000）

1 泡沫的危害

泡沫是造紙行業(yè)經(jīng)常遇到的一個(gè)重要且嚴(yán)重的問題，其主要存在于造紙制漿工藝、抄紙過程、造紙涂布、廢水處理工藝中。

紙漿中常含有樹脂酸、堿皂、硫酸鹽、木質(zhì)素、脂肪酸、樹脂酸皂和脫墨劑等化學(xué)品及部分溶解固體，這些物質(zhì)在泵送過程中和白水循環(huán)時(shí)卷入空氣易形成穩(wěn)定的泡沫。而在抄紙過程中，因?yàn)閺闹茲{工序中夾帶的天然與人工添加的起泡性表面活性劑、合成高分子、淀粉等可使泡沫穩(wěn)定的物質(zhì)，使纖維組分及微細(xì)纖維組分含有氣泡，對纖維間的結(jié)合帶來一定的影響，嚴(yán)重時(shí)使紙頁濕強(qiáng)度降低引起斷紙，形成泡沫斑等紙病。泡沫的存在會(huì)給生產(chǎn)過程帶來不良的影響，如果不適當(dāng)?shù)乜刂婆菽?，它就?huì)影響到制漿造紙工藝條件的有效執(zhí)行，導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的降低，危及造紙廢水的處理效果并帶來環(huán)保問題[1]。

隨著造紙工業(yè)的迅速發(fā)展，寬幅與高速紙機(jī)的應(yīng)用，制漿造紙過程中遇到的泡沫障礙問題也越來越突出，給企業(yè)的生產(chǎn)和周圍環(huán)境帶來不利的影響。因此，最大限度地減輕和消除生產(chǎn)過程中的泡沫已引起造紙企業(yè)的高度重視。

2 控制泡沫的方法

泡沫的危害已經(jīng)被造紙企業(yè)認(rèn)識(shí)并日益重視起來，造紙工作者和造紙化學(xué)品工作者對控制泡沫的方法也進(jìn)行了研究和探索。

一般來說，造紙行業(yè)消除或減輕泡沫的方法有2種。一種方法是機(jī)械除泡法，即利用真空離心分離機(jī)或噴水設(shè)備等來控制泡沫，此方法會(huì)給企業(yè)增加大量的設(shè)備投入和設(shè)備維修等負(fù)擔(dān)；另一種方法是化學(xué)除泡法，即通過添加消泡劑來控制泡沫，此方法不需要企業(yè)增加設(shè)備投入和設(shè)備維修，不會(huì)改變生產(chǎn)工藝，使用簡單，易于操作，深受造紙企業(yè)的歡迎。

3 消泡劑的介紹

3.1 消泡劑的定義及基本特性

消泡劑是一種消除泡沫或脫除氣泡的功能性助劑。消泡劑具有“不溶于或微溶于起泡介質(zhì)”和“表面張力比起泡介質(zhì)更低”的特性，它在起泡介質(zhì)中是以細(xì)小微粒分散存在的[2]。

3.2 消泡劑的工作原理

消泡劑的工作原理有多種說法，較常見的一種解釋是由于消泡劑低的表面張力和良好的滲透性，其吸附在泡膜表面時(shí)使局部表面張力降低，干擾被消泡物質(zhì)氣液界的表面張力，因泡膜表面張力不均勻而破泡，產(chǎn)生消泡效果。當(dāng)消泡劑加到泡沫介質(zhì)中時(shí)，消泡粒子分散到泡的表面時(shí)，有效地降低接觸點(diǎn)的表面張力，在泡外皮形成一個(gè)薄弱點(diǎn)，受力失衡，從而引起泡沫破裂，擠在一起的泡沫由于臨近處泡沫破裂而引起不穩(wěn)定態(tài)，產(chǎn)生加快連續(xù)破泡的效果，至最后達(dá)到穩(wěn)定態(tài)。

3.3 消泡劑的評估

消泡劑的評估一般涉及到消泡性能、抑泡性能、稀釋穩(wěn)定性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性、離心穩(wěn)定性、抗剪切性能和相容性等，但不同消泡劑的評價(jià)重點(diǎn)不同。

消泡劑具有很強(qiáng)的選擇適用性，不具有通用性，只有適用性和針對性；不同的行業(yè)不同的工序要選用不同的消泡劑，消泡劑具有多樣性；因此，如何更準(zhǔn)確和更接近生產(chǎn)實(shí)際地評估消泡劑的性能是消泡劑生產(chǎn)方和使用方都關(guān)心的問題[3]。

4 造紙用消泡劑的類型及應(yīng)用

4.1 油性或溶劑型消泡劑

油性或溶劑型消泡劑是制漿造紙工業(yè)早期所采用的消泡劑，如動(dòng)物油、植物油、煤油、柴油和石油等。這類消泡劑密度比水小，不溶于起泡介質(zhì)，不能均勻地分散在起泡介質(zhì)中，相容性差，所以此類消泡劑消除泡沫或脫除氣泡的功能不能有效發(fā)揮。此類消泡劑的工作效率低，容易使紙面產(chǎn)生油污，會(huì)影響施膠效果，造成施膠度的不穩(wěn)定，有時(shí)也會(huì)有氣味，影響車間的環(huán)境，給工人的身體帶來不良后果。但此類消泡劑來源容易，一些小型企業(yè)還在使用。

4.2 有機(jī)硅類消泡劑

隨著造紙工業(yè)的發(fā)展，造紙化學(xué)品企業(yè)研發(fā)、試制、生產(chǎn)出了新一代的有機(jī)硅類消泡劑，此類消泡劑在造紙制漿工序和污水處理工序得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，并逐步取代了油性消泡劑，提高了消泡劑的工作效率，改善了紙張的質(zhì)量，降低了環(huán)境污染和對工人身體的影響。

有機(jī)硅類消泡劑是由硅油、乳化劑、增效劑和聚醚等組分通過乳化的方式來制備的一種乳液型液體，根據(jù)所用原料和乳化方式的不同，其又分為水包油型和油包水型2類。

有機(jī)硅類消泡劑具有良好的相容性，能均勻地分散在起泡介質(zhì)中。有機(jī)硅類消泡劑是亞穩(wěn)定體系，所以它受到高溫或暴曬、暴凍、剪切和絮凝等時(shí)，其狀態(tài)就會(huì)變差甚至破乳[4]。

有機(jī)硅類消泡劑是造紙企業(yè)目前在制漿工序和廢水處理工序使用較多的一類消泡劑。在制漿工序中，洗漿時(shí)會(huì)出現(xiàn)泡沫，洗漿產(chǎn)生的黑液也會(huì)產(chǎn)生泡沫，因此這2個(gè)起泡點(diǎn)都需要添加消泡劑。

根據(jù)造紙企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用得知，洗漿工序?qū)ο輨┑囊蟛桓撸胀ǖ挠袡C(jī)硅類消泡劑即可。產(chǎn)生黑液的工序?qū)ο輨┑囊筝^高，黑液的pH較高，堿性比較高，而且其溫度也高（50～100℃），一般黑液工序必須選用耐高溫耐強(qiáng)堿型有機(jī)硅類消泡劑，否則有機(jī)硅類消泡劑會(huì)破乳或析出油性組分，從而降低消泡劑的工作效率并導(dǎo)致紙張出現(xiàn)油污現(xiàn)象。廢水處理工序?qū)ο輨┑囊蟛桓撸胀ǖ挠袡C(jī)硅類消泡劑即可。

4.3 造紙濕部抄紙用消泡劑

隨著造紙工業(yè)的發(fā)展，造紙化學(xué)品企業(yè)從節(jié)能環(huán)保的觀點(diǎn)出發(fā)，大力研發(fā)、試制、生產(chǎn)出了新型的抄紙專用消泡劑，大大降低了紙張出現(xiàn)油污的概率，提高了紙張的成品率和美觀性。在造紙濕部抄紙用消泡劑被研發(fā)出來之前，由于造紙企業(yè)在造紙濕部工序中使用油性消泡劑和有機(jī)硅類消泡劑而引起的紙張的油污問題特別嚴(yán)重，降低了紙張的成品率和美觀性。

造紙濕部抄紙用消泡劑主要分為脂肪醇類和聚醚類二大類。脂肪醇類又分為低級(jí)脂肪醇（低碳醇）和高級(jí)脂肪醇（高碳醇）2類。聚醚類消泡劑又分為純聚醚和聚醚酯2類。造紙濕部抄紙用消泡劑又稱脫氣劑，有別于傳統(tǒng)意義上的消泡劑，其先把起泡介質(zhì)中的氣體脫除到起泡介質(zhì)表面，然后再消除泡沫。

脂肪醇類消泡劑是由脂肪醇、乳化劑和增效劑等組分通過乳化的方式來制備的一種乳液型液體，其與有機(jī)硅類消泡劑同屬亞穩(wěn)定體系。

根據(jù)造紙企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)得知，脂肪醇類消泡劑受冬夏氣溫的影響較大。夏季時(shí)，溫度高，脂肪醇類消泡劑的活性高，工作效率較高，控制泡沫的效果較好；冬季時(shí)，溫度低，脂肪醇類消泡劑的活性低，工作效率較低，控制泡沫的效果較差，用量會(huì)增加，導(dǎo)致成本上升。聚醚類消泡劑不會(huì)受冬夏氣溫的影響。一般的，在不受冬夏氣溫影響的情況下，車速在350 m/min以下時(shí)脂肪醇類消泡劑的實(shí)際應(yīng)用效果要好于聚醚類消泡劑，車速在350 m/min以上時(shí)聚醚類消泡劑的實(shí)際應(yīng)用效果要好于脂肪醇類消泡劑。

4.4 造紙涂布和造紙涂料用消泡劑

隨著造紙工業(yè)的發(fā)展和市場對不同性能和種類紙張的大量需求，紙張的種類也越來越多，如文化紙、新聞紙、香煙紙和曬圖紙等。紙張生產(chǎn)出來以后，要對其進(jìn)行后續(xù)加工，如施膠、涂布等，以提高紙張的強(qiáng)度、美觀性等性能，所以就對造紙化學(xué)品企業(yè)生產(chǎn)的消泡劑提出了特殊的要求，如消泡劑的相容性、對施膠效果的影響等。造紙化學(xué)品企業(yè)根據(jù)這些要求，研發(fā)出了有針對性的消泡劑。

造紙涂布和造紙涂料用消泡劑分為礦物油類和聚醚類二大類。礦物油類又分為礦物油型和礦物油復(fù)合型2類。

礦物油型消泡劑主要是由礦物油、聚醚酯、乳化劑和特效劑乳化而成的一種淡黃色油狀液體，有良好的自乳化性。礦物油復(fù)合型消泡劑主要是由礦物油、改性聚醚、脂肪酸、硅聚醚、乳化劑和特效劑乳化而成的一種白色乳液型液體，有良好的自乳化性，其與有機(jī)硅類消泡劑同屬亞穩(wěn)定體系。

根據(jù)造紙企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)得知，礦物油類消泡劑控制泡沫的效果要好于聚醚類消泡劑，聚醚類消泡劑的相容性會(huì)好于礦物油類消泡劑，而且礦物油類消泡劑對施膠效果的影響會(huì)更大一些。

5 造紙用消泡劑的現(xiàn)狀及研究重點(diǎn)

現(xiàn)階段，造紙用消泡劑已經(jīng)得到了良好的發(fā)展及應(yīng)用，消泡劑的類型和種類也越來越多，由于消泡劑的使用，造紙企業(yè)的生產(chǎn)效率、紙張質(zhì)量和工作環(huán)境等得到提高。目前，造紙用消泡劑的發(fā)展主要存在二大問題：車速對消泡劑選型和工作效率的影響、冬季和夏季氣溫的變化對消泡劑活性和工作效率的影響，以上問題的存在嚴(yán)重制約著消泡劑的發(fā)展及應(yīng)用，并對造紙化學(xué)品工作者研究、開發(fā)消泡劑提出了更高的要求。

為了更好地為造紙企業(yè)服務(wù)，今后造紙用消泡劑的研究開發(fā)應(yīng)重點(diǎn)解決以下問題：消除或降低車速對消泡劑工作效率的影響、消除或降低冬季和夏季氣溫變化對消泡劑活性和工作效率的影響。如果以上問題得到解決，造紙企業(yè)的工作效率和紙張質(zhì)量會(huì)得到更大的提高。

6 結(jié)束語

本文就泡沫的產(chǎn)生和泡沫對造紙行業(yè)的影響及危害進(jìn)行了探討，介紹了消泡劑的基本特性和工作原理，介紹了造紙用消泡劑的類型和應(yīng)用，分析了目前嚴(yán)重制約造紙用消泡劑發(fā)展及應(yīng)用的主要問題及今后造紙用消泡劑的研發(fā)重點(diǎn)，以此來提高造紙企業(yè)對解決泡沫問題重要性的認(rèn)識(shí)，提高了造紙企業(yè)對造紙用消泡劑的了解、選擇和應(yīng)用等各方面的認(rèn)知。