随着造纸工业的发展及产品质量的不断提高造纸机的车速不断提高,湿部添加助剂的种类增多造纸过程中泡沫的产生及其对成纸质量的影响越来越受到人们的重视,而现阶段各种造纸应用的消泡剂种类繁多,特点各异,所以一种消泡剂只能对某一种或几种体系有效。现就造纸过程中泡沫的产生及造纸用消泡剂在造纸过程中的使用情况做初步探讨。

1　泡沫的产生

当含有起泡物质的溶液被搅动或混入气体时气体分散在液体中的状态称为气泡。许多气泡相互结合在一起,彼此之间以很薄的液膜隔开,这种状态称为泡沫。纯净的液体并不产生泡沫,产生泡沫的液体必须有两种以上的成分。

造纸工业中的浆料是多种物质的混和体,在浆料的贮存和流送过程中,由于搅拌、湍流、振荡、喷射等操作形式的存在,所以大量的空气被带入浆料中。进入浆料中的空气被周围的浆料包围形成气泡,在气泡的表面吸附着定向排列的表面活性剂分子,其疏水基伸向气泡的内部、亲水基向着浆料而产生一层薄膜。形成的气泡由于浆料的浮力而上升,在上升到浆料的表面时,又把浆料表面上的表面活性剂分子吸附上去,第二层表面活性剂分子的疏水基都是朝向空气的。因此,当气泡暴露于空气时,情况与其在浆料中时不同,气泡表面的液膜吸附有两层表面活性剂分子,即形成双分子膜。气泡之间由于向外的疏水基之间存在引力而使气泡聚集到一起形成泡沫。

2　消除泡沫的方法

2.1　物理消泡

改变温度,过滤除去漂浮物,将容器做成敞口式,除去机械发泡因素(避免强沸、振荡、减压、溅落),除去易起泡的溶质等。

2.2　化学消泡

添加抑泡剂,送入消泡性气体,利用吸附、沉淀、化学反应除去起泡性物质,调节pH值及HLB值, 加入能消除泡沫稳定性的物质等。

3　消泡剂的消泡机理

3.1　泡沫局部表面张力降低导致泡沫破灭

该种机理的起源是将高级醇或植物油撒在泡沫上,当其溶入泡沫液,会显著降低该处的表面张力。因为这些物质一般对水的溶解度较小,表面张力的降低仅限于泡沫的局部,而泡沫周围的表面张力几乎没有变化。表面张力降低的部分被强烈地向四周牵引、延伸,最后破裂。

3.2　消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭消泡剂添加到泡沫体系中,会向气液界面扩散, 使具有稳泡作用的表面活性剂难以发生恢复膜弹性的能力。

3.3　消泡剂能促使液膜排液,因而导致气泡破灭泡沫排液的速率可以反映泡沫的稳定性,添加一种加速泡沫排液的物质,也可以起到消泡作用。

3.4　添加疏水固体颗粒可导致气泡破灭

在气泡表面疏水固体颗粒会吸引表面活性剂的疏水端,使疏水颗粒产生亲水性并进入水相,从而起到消泡的作用。

3.5　增溶助泡表面活性剂可导致气泡破灭

某些能与溶液充分混合的低分子物质,可以使助泡表面活性剂被增溶、使其有效浓度降低。有这种作用的低分子物质如辛醇、乙醇、丙醇等醇类,不仅可减少表面层的表面活性剂浓度,而且还会溶入表面活性剂吸附层,降低表面活性剂分子间的紧密程度,从而减弱了泡沫的稳定性。

3.6　电解质瓦解表面活性剂双电层而导致气泡破灭

对于借助泡沫的表面活性剂双电层互相作用, 产生稳定性的起泡液,加入普通的电解质即可瓦解表面活性剂的双电层起消泡作用。

4　造纸工业常用的消泡剂

4.1　烃类消泡剂

烃类一般不单独作为消泡剂使用,而是与乳化剂以及蜡类配制成W/O型乳液使用,其扩散能力强,消泡速度快,但抑泡效果一般,多用于制浆工段, 如果与疏水颗粒如胶体二氧化硅配合使用,效果则更好。

4.2　聚醚类消泡剂

常用的消泡剂,有“敌泡”之称,实际应用时,常常将这些表面活性剂与硅油及矿物油配合使用,以降低成本,并达到抑泡和消泡的综合效果。

4.3　有机硅表面活性剂乳液消泡剂

一般有机化合物,如烃类、醚类、醇类及磷酸脂类铺展系数较大,因此破坏作用很强,而抑泡作用较差。有机硅铺展系数很小,单纯的有机硅高分子如二甲基聚硅氧烷无消泡作用,但将其乳化后,表面张力迅速降低,使用很少量即能达到很强的消泡和抑泡作用,作为优秀的消泡剂必须同时兼顾消泡、抑泡作用,因此有机硅型消泡剂在各类消泡剂中的综合效果最好。

4.4　造纸用消泡剂

丁醇、辛醇、异丙醇等小分子醇类可直接用作消泡剂,也可与其它组分配合使用以提高消泡能力。造纸用消泡剂的原理是利用醇类加入后可降低液体的表面张力,使得泡沫容易破裂,从而达到消泡的作用。

4.5　表面活性剂类消泡剂

一般在制浆造纸各个工段中,由于原料在蒸煮过程中产生的大量有机皂类,属于阴离子表面活性剂类,浆液中产生的泡沫都是由此引起的。所以,可通过加入阳离子等与阴离子具有反电荷的表面活性剂,利用两种相反电荷的表面活性剂作用来消除。如季铵盐类阳离子表面活性剂、脂肪酸及其酯类消泡剂等。

5　造纸用消泡剂在实际生产中的试验实例

在我公司的13#纸机和11#纸机分别使用 PW6065和PW6050造纸用消泡剂来控制系统的泡沫问题。

5.1　造纸用消泡剂PW6065和PW6050的特点

PW 6065适用于纸机白水系统温度在35~ 55℃时,具有极其出色的浆内脱气能力;PW 6050 适用于纸机白水系统温度在35℃以下时,具有极其出色的浆内脱气能力;

抑泡性能好,一个添加点即可控制整个系统的泡沫;

极易分散在水中,所以不会造成沉积;

相容性极佳,无需现场稀释,可以直接添加。

5.2　消泡剂添加量

PW6065和PW6050造纸用消泡剂,添加量为原用量50%。

5.3　试验过程

13#纸机网下白水温度35℃,含气量1.4圈 (EGT空气含量检测仪),现用产品ST消泡剂,加药浓度2%,加入量900mL/min,添加点:网下接水盘传动侧,纸机运行平稳,成纸产品质量稳定。切换消泡剂,停掉了现用ST消泡剂,由于13# 纸机系统温度符合PW6065的最佳工作区间,故选用PW6065在13#纸机上进行试机。PW6065的加入量、加入点、稀释浓度均同之前保持一致,采取等量替换的方式进行试验。

保持PW6065加药浓度2%,加入量900mL/ min,添加点:网下接水盘传动侧,与之前条件相同。纸机一直运行平稳,成纸产品质量稳定。将PW6065加药浓度减低到1.5%,其他加入条件均保持不变,进行试验,此时PW6065单位时间的加入量仅为之前ST消泡剂加入量的3/4。纸机一直运行平稳,成纸产品质量稳定。

将消泡剂PW6065加药浓度进一步减低到 1·0%,其他加入条件均保持不变,进行试验,此时消泡剂PW6065单位时间的加入量仅为之前ST消泡剂加入量的1/2。纸机一直运行平稳,成纸产品质量稳定。其间测含气量1.1圈(EGT空气含量检测仪),浆内空气含量也有所下降。

5.4　试验结果

通过试验可以达到同样的消泡效果(11#纸机更佳),空气含量有所下降,13#纸机空气含量从0.24% 降低到0.06%,11#纸机空气含量从0.12%降低到0. 06%,纸机系统空气含量下降可以明显改善网部滤水,改善纸页成型匀度,有利纸机顺利运行。

6　结论

6.1　温度对造纸用消泡剂的使用效果有影响,因此使用造纸用消泡剂应选择适合造纸系统温度的型号;

6.2　使用温度匹配的消泡剂可以使消泡剂的添加量下降了50%,降低了吨纸成本;

6.3　使用温度匹配的消泡剂可以使消泡剂纸机系统空气含量有所下降