蒙 玲 郭秀強(qiáng)

(1．中國(guó)輕工集團(tuán)上海海誠(chéng)化工技術(shù)有限公司，上海，200032;2．廣東省科學(xué)技術(shù)廳，廣東廣州，510033)

消泡劑在造紙過程中的應(yīng)用

蒙 玲1郭秀強(qiáng)2

(1．中國(guó)輕工集團(tuán)上海海誠(chéng)化工技術(shù)有限公司，上海，200032;2．廣東省科學(xué)技術(shù)廳，廣東廣州，510033)

主要討論了造紙白水中泡沫產(chǎn)生的原理和危害以及常見消泡劑的類型，并對(duì)比了不同類型消泡劑的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，在施膠紙生產(chǎn)或中低車速紙機(jī)上，添加醇類消泡劑后施膠效果良好，生產(chǎn)成本較低;在非施膠紙生產(chǎn)或高速紙機(jī)上，醚類消泡劑效果更佳，消泡速度更快。

泡沫;消泡劑;造紙

造紙白水中的泡沫，是由于漿料中的木素、脂肪酸、樹脂酸以及表面活性劑在漿料不斷擴(kuò)散中受到氣體的不斷作用而產(chǎn)生的，而且由于其他化學(xué)助劑、淀粉等穩(wěn)泡劑的作用，使得氣泡難以快速消除。在生產(chǎn)中，漿料和白水中的泡沫危害很大，它不僅引起成紙中出現(xiàn)孔斑、針眼等問題，還會(huì)引起斷紙，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備損壞［1-3］。

目前，在生產(chǎn)中通過物理方法或者化學(xué)方法來消除白水中的泡沫，物理方法主要通過脫氣器、防濺落的設(shè)備改變漿料溫度、系統(tǒng)壓力、管路流向、物流混合或攪拌的速度等完成;化學(xué)方法主要通過添加化學(xué)助劑來完成。本文主要探討了不同消泡劑在造紙生產(chǎn)過程中的應(yīng)用情況，以供參考。

1 泡沫的產(chǎn)生過程、類型及危害

造紙過程中泡沫的產(chǎn)生過程如圖1所示。泡沫形態(tài)見圖2。

圖1 泡沫產(chǎn)生的過程

在造紙白水循環(huán)系統(tǒng)中，經(jīng)過沖擊、攪拌等過程，空氣混入白水中形成泡沫，并且在造紙過程中添加的相關(guān)化學(xué)助劑 (如施膠劑、硫酸鋁、紙張干強(qiáng)劑等)的殘留物質(zhì)，在白水中形成一些較小的氣泡，可穩(wěn)定地分散在白水中，上升至白水表面后也不容易破裂。

白水中水面上的泡沫，溢流影響操作環(huán)境，附著于紙表面會(huì)引起斷頭和紙病。水中的氣泡會(huì)引起紙張定量變動(dòng)，疏水性物質(zhì)在氣液表面 (如流漿箱)的聚集，引起斷頭和紙病，降低生產(chǎn)效率。

泡沫類型可分為2種:

(1)表面泡沫，指最容易看見的泡沫，主要聚集于漿料和白水表面。此類泡沫的主要危害是容易在聚集后沉積，在紙張表面形成痕跡和孔洞，嚴(yán)重時(shí)造成紙漿凝聚，引起斷紙。

(2)內(nèi)部泡沫，指以游離或結(jié)合狀態(tài)存在于水中、纖維之間或吸附在纖維上以及纖維細(xì)胞腔中的空氣。此類泡沫的主要危害是影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，浪費(fèi)設(shè)備容量，降低設(shè)備運(yùn)行效率，影響產(chǎn)品質(zhì)量。流漿箱中氣泡含量如果超過1%，將影響脫水效率。其中一部分是靜態(tài)泡沫，易導(dǎo)致紙漿聚集形成沉積物，為微生物生長(zhǎng)提供場(chǎng)所，引起腐漿［4-6］。

2 消泡原理

目前，市場(chǎng)上的消泡劑有很多種，但消泡原理基本一致，主要是通過消泡劑進(jìn)入泡沫的雙分子定向膜，破壞其力學(xué)平衡，降低膜強(qiáng)度，從而引起泡沫破裂?；蛘咄ㄟ^造成膜的局部張力之間差異，達(dá)到消泡或抑泡目的［1-3］。消泡原理示意圖見圖3。

消泡劑消除氣泡，是通過消泡劑核心組分中分散的粒子發(fā)生作用，這種粒子先附著于氣泡薄膜，然后滲透進(jìn)入氣泡薄膜，不斷擴(kuò)張，最終破泡、消泡。消泡粒子的最佳粒徑是要大于氣泡薄膜厚度，而且粒徑越大，效果越好，消泡越快。

3 常用消泡劑的特點(diǎn)

(1)有機(jī)硅類:分為水性和油性兩種，外觀通常為乳白色。此類消泡劑持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，分散性好，漿中附著少，可減少樹脂障礙。但是如果乳化技術(shù)不過關(guān)，會(huì)產(chǎn)生硅油凝聚，產(chǎn)生斑點(diǎn)，附著于漿中，會(huì)引起施膠不良和其他紙病。目前該類產(chǎn)品主要應(yīng)用于制漿。

(2)醇類:外觀為白色乳液，呈微負(fù)離子性，pH值偏中堿性。此類消泡劑只用水作為載體，沒有油，產(chǎn)品更容易與水混合。此外，沉積物較少，不會(huì)影響施膠和紙張強(qiáng)度，為綠色環(huán)保產(chǎn)品。但醇類產(chǎn)品對(duì)溫度比較敏感，如果系統(tǒng)溫度超過55℃，則嚴(yán)重影響其消泡效果。

(3)醚類:外觀為琥珀色液體，此類消泡劑屬于疏水性非離子型界面活性劑，遇水很快乳化，對(duì)高溫、酸堿系統(tǒng)都能適應(yīng)。該類產(chǎn)品破泡性很強(qiáng)，成本較低。但在貯存中易發(fā)生降解，導(dǎo)致性能劣化。此外，在生產(chǎn)中過度添加該類產(chǎn)品會(huì)影響施膠效果［7-8］。

4 消泡劑在造紙過程的實(shí)際應(yīng)用

目前市場(chǎng)上有機(jī)硅消泡劑單價(jià)約為1．2萬～1．8萬元/t，醇類消泡劑單價(jià)約為2．0萬 ～2．5萬元/t，醚類消泡劑單價(jià)為2．5萬～3．0萬元/t。在本文核算成本時(shí)，選擇中間值，即有機(jī)硅消泡劑單價(jià)為1．50萬元/t，醇類消泡劑單價(jià)為2．25萬元/t，醚類消泡劑單價(jià)為 2．75 萬元/t。

4.1 消泡劑的添加

消泡劑一般以原液用計(jì)量泵直接添加在網(wǎng)下白水處，用量根據(jù)泡沫情況進(jìn)行調(diào)整，也可根據(jù)白水空氣含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。消泡劑添加示意圖見圖4。

4.2 在中低車速灰紙板生產(chǎn)中的應(yīng)用

(1)紙機(jī)A

產(chǎn)品為灰紙板，定量300～600 g/m2。原料為80%國(guó)產(chǎn)廢紙+20%美國(guó)廢紙，紙機(jī)幅寬5500 mm，車速380 m/min，5層網(wǎng)。圖5～圖10為加入醇類和醚類消泡劑的對(duì)比情況。表1為醇類消泡劑與醚類消泡劑的用量與成本對(duì)比。

表1 紙機(jī)A使用醇類消泡劑和醚類消泡劑的對(duì)比

從圖5和圖6可以看出，加入醇類消泡劑的白水池中泡沫直徑大，且泡沫中帶著黑色的油墨，顏色明顯很深;加入醚類消泡劑的白水池中，泡沫由直徑為4～7 cm的大泡變成0～2 cm的小泡，色度變淺。

從圖7和圖8觀察白水池壁，對(duì)比白水池泡沫高度，加入醇類消泡劑的白水池，泡沫在第二階，加入醚類消泡劑的白水池，泡沫高度下降了10 cm左右，泡沫在第三階。

對(duì)比圖9和圖10，發(fā)現(xiàn)加入醚類消泡劑白水出水泡沫明顯比加入醇類消泡劑白水出水泡沫少很多。

從圖5～圖10及表1可以看出，使用醚類消泡劑明顯比使用醇類消泡劑效果明顯，并且醚類消泡劑的成本更具有優(yōu)勢(shì)。

(2)紙機(jī)B

產(chǎn)品為灰紙板，定量500～600 g/m2。原料為100%國(guó)產(chǎn)廢紙，紙機(jī)幅寬2800 mm，車速120 m/min，圓網(wǎng)。圖11～圖14為加入有機(jī)硅消泡劑和醚類消泡劑的對(duì)比情況。表2為有機(jī)硅消泡劑與醚類消泡劑的用量與成本對(duì)比。

表2 紙機(jī)B使用有機(jī)硅消泡劑和醚類消泡劑的對(duì)比

圖4 消泡劑添加示意圖

由圖11和圖12可以看出，加入有機(jī)硅消泡劑的網(wǎng)下接水盤中的泡沫多，加入醚類消泡劑的網(wǎng)下接水盤除了噴淋濺起的水花外幾乎看不到泡沫。

如圖13和圖14所示，有機(jī)硅消泡劑的加入位置泡沫很多，很明顯，醚類消泡劑的加入位置未見到明顯泡沫。

從圖11～圖14及表2可知，使用醚類消泡劑明顯比使用有機(jī)硅類消泡劑效果好很多，并且醚類消泡劑的成本更具有優(yōu)勢(shì)。在試驗(yàn)過程中，使用有機(jī)硅消泡劑時(shí)，停機(jī)清洗周期2天，紙面黑斑較多，抄造低定量紙板時(shí)出現(xiàn)孔眼，但是試用醚類消泡劑后停機(jī)清洗周期增至4天，紙面黑斑較少，抄造低定量紙板時(shí)未出現(xiàn)孔眼。

4.3 在高車速灰底白紙板生產(chǎn)中的應(yīng)用

紙機(jī)C:產(chǎn)品為灰底白紙板，定量250～500 g/m2，原料為40%國(guó)產(chǎn)廢紙+40%美國(guó)廢紙+20%木漿，紙機(jī)幅寬4600 mm，車速700 m/min，5層網(wǎng)。表3為加入醚類消泡劑和醇類消泡劑的對(duì)比。

從表3可以看出，在此工藝條件下，在消泡效果(即白水中空氣含量)相近的情況下，醚類消泡劑比醇類消泡劑更具成本優(yōu)勢(shì)。

4.4 在高車速新聞紙生產(chǎn)中的應(yīng)用

紙機(jī)D:產(chǎn)品為新聞紙，定量50～80 g/m2，原料為60%國(guó)產(chǎn)廢紙+40%美國(guó)廢紙，紙機(jī)幅寬5600 mm，車速 1600 m/min，單網(wǎng)。表4為加入醚類消泡劑和醇類消泡劑的效果對(duì)比。

從表4可以看出，消泡效果(即在白水中空氣含量)接近的情況下，醚類消泡劑更具有成本優(yōu)勢(shì)。因此在此工藝條件下，更適合選擇醚類消泡劑進(jìn)行使用。

4.5 在中低車速高強(qiáng)瓦楞原紙生產(chǎn)中的應(yīng)用

紙機(jī)E:產(chǎn)品為高強(qiáng)瓦楞原紙，定量90～140 g/m2，原料為92%國(guó)產(chǎn)廢紙+8%廢渣 (造紙廢水經(jīng)過物理沉降或者化學(xué)處理后的固體廢棄物)，紙機(jī)幅寬4500 mm，車速500 m/min，單網(wǎng)。表5為加入有機(jī)硅、醇類和醚類消泡劑的效果對(duì)比。

從表5可以看出，在消泡效果 (即網(wǎng)下白水空氣含量)接近的情況下，醚類消泡劑用量最小，消泡速度最快，醇類消泡劑成本最低，抑泡效果最好，并且不會(huì)對(duì)成品紙其他指標(biāo)造成影響，但是使用醚類消泡劑后，紙張的平滑度、吸水性、耐破度都有所下降，施膠度下降，表面施膠劑用量需要加大。因此在同類紙種的抄造過程中，醇類消泡劑在成本、消泡效果和適用性方面更具有優(yōu)勢(shì)。

表3 紙機(jī)C使用醚類消泡劑和醇類消泡劑的效果對(duì)比

表4 紙機(jī)D使用醚類消泡劑和醇類消泡劑的效果對(duì)比

表5 紙機(jī)E使用有機(jī)硅、醇類和醚類消泡劑的效果對(duì)比

5 結(jié)論

消泡劑的合理使用能快速消除泡沫，控制泡沫的再生成，減少漿和白水內(nèi)的氣體含量，改善和提高漿料脫水性能，減少紙病，提高產(chǎn)品品質(zhì)，降低生產(chǎn)的綜合成本和現(xiàn)場(chǎng)的管理成本。長(zhǎng)期的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，在施膠紙生產(chǎn)或中低車速紙機(jī)的系統(tǒng)中，添加醇類消泡劑更易于控制，不會(huì)影響到施膠效果，同時(shí)價(jià)格較低，符合成本優(yōu)先的原則。在非施膠紙生產(chǎn)或高速紙機(jī)的系統(tǒng)中，添加醚類消泡劑效果更佳，消泡更快。而有機(jī)硅消泡劑一般在制漿應(yīng)用較多，根據(jù)筆者以往的經(jīng)驗(yàn)，不建議在白水中使用。

［1］ 沈一丁．造紙化學(xué)品的制備和作用機(jī)理［M］．北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999．

［2］ 徐江偉．消泡劑的復(fù)合及其消泡機(jī)理探討［J］．中國(guó)甜菜糖業(yè)，2002(4):31．

［3］ 都業(yè)壯．淺談造紙過程中泡沫的產(chǎn)生與消除［J］．西南造紙，2006，35(3):46．

［4］ 劉機(jī)勇．造紙過程中氣泡的形成、影響及處理［J］．中國(guó)造紙，2008，27(1):31．

［5］ 徐 娜，戴紅旗，翟華敏．造紙工業(yè)生產(chǎn)過程中泡沫的控制［J］．江蘇造紙，2011，3(1):34．

［6］ 朱冬華，李王芳．紙機(jī)上漿系統(tǒng)中氣泡的控制［J］．中國(guó)造紙，2001，20(1):44．

［7］ 帥亮明．醚類消泡劑代替脂肪醇消泡劑的效果［J］．紙和造紙，2012，31(3):55．

［8］ 李世彤，周國(guó)偉，韓金梅．高效復(fù)配消泡劑在造紙工業(yè)中的應(yīng)用［J］．中國(guó)造紙，2005，24(11):50．

Discussion on the Application of Defoaming Agents in Papermaking Process

MENG Ling1，*GUO Xiu-qiang2
(1．Shanghai Haisum Chemical Technology Co．，Ltd．，Sinolight Corporation，Shanghai，200032;2．Guangdong Provincial Department of Science and Technology，Guangzhou，Guangdong Province，510033)

The forming principle and disservice of the froth as well as different types of the defoaming agent were discussed，and the applications of different defoaming agents in papermaking process were compared．The results indicated that alcohols defoaming agent is easier to control in low speed paper machines or producing sized papers，the cost is low and the products have good sizing efficiency．On the contrary，in high speed paper machines or producing unsized papers，ethers defoaming agent is better and defoaming effect is faster．

froth;defoaming agent;papermaking

TS727+．2

B

0254-508X(2012)11-0051-05

蒙 玲女士，工程師;主要從事制漿造紙和造紙化學(xué)品的開發(fā)應(yīng)用工作。

(*E-mail:mengling0117@163．com)

2012-07-17(修改稿)

(責(zé)任編輯:常 青)