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消泡剂在造纸工业中的应用和发展趋势

自进入80年代以来,世界经济飞速发展,人民生活水平不断提高,对各种产品的质量要求越来越高,纸张也不例外。但是许多因素还在制约着纸张质量的提高,其中造纸工业中遇到的泡沫问题就是其中一个重要因素。

  消泡剂在造纸工业中的用量不大,但其作用却不容忽视。在整个制浆造纸工业过程中,从蒸煮放料后的一系列操作,如洗涤、筛选、漂白、浓缩、供浆系统、表面施胶、涂布、黑液回收等,均不同程度地受到泡沫的影响,干扰正常生产,使纸张质量下降,严重时将使生产无法进行下去。泡沫的消除方法主要有化学法、物理法和机械法。化学消泡法就是在生产过程中加入化学物质(消泡剂)消除泡沫;物理消泡法利用静置、加温或减压来消除泡沫;机械消泡法就是采用机械力使泡沫破裂。物理法和机械法操作简单,但被动,只治标而不治本,且效果不理想。目前使用最广泛使用的是化学消泡法,即使用消泡剂控制造纸过程中泡沫的形成和破除已形成的泡沫。

  在造纸工业中,如果对泡沫的形成机理和消泡剂的组成等方面的知识认识不够,就会造成消泡剂的使用不当的现象,结果使生产不正常和造成浪费。另外,消泡剂能取得直接经济效益,文献报道国外某大纸厂在使用消泡剂前,生产1吨纸需消耗25kg芒硝,而使用消泡剂后降至19kg芒硝。所以,对泡沫形成原理、消泡剂的作用原理和常用消泡剂在各造纸工序中的应用等有关知识进行总结和介绍具有一定意义的。

  2 造纸过程中消泡剂消泡的原理和消泡剂的组成

  2.1 泡沫的形成和稳定

  纯液体不会起泡,二元以上混合物才具有起泡能力。在含有表面活性剂的水中搅拌时,空气进入溶液,水中的空气被周围的液体包围而形成水中气泡,此时表面活性剂在气泡周围排列,疏水基伸向气泡内部,亲水基向着液相,而形成一层膜。气泡上升至液体表面,形成双分子膜逸出液面,双分子膜对气泡具有保护作用而使泡沫稳定,如图1所示。

  泡沫的稳定性与温度有关,温度升高,泡沫稳定性降低,所以可用升温的方法来去除泡沫。水溶性的聚合物(如碳水化合物和木素的溶出物、造纸过程中的添加剂等)在水中形成胶体,增加粘度,对泡沫具有稳定作用。

  制浆造纸自始至终都是混合物体系,其中含有许多易起泡的物质,在生产过程中需加入许多种易起泡的表面活性剂,而且在混合体系中物质之间的反应也有表面活性剂生成。如碱法制浆中就有许多皂化物的生成,所以在制浆造纸生产过程中会产生大量稳定的泡沫。

  2.2 消泡剂消泡原理

  消泡剂有破泡剂和抑泡剂两种。破泡剂的使用是使已产生的泡沫破裂,是暂时性的效果,当破泡剂溶于液体后即失去作用。抑泡剂主要是抑制泡沫的生成,即使溶于液体仍能发挥作用。一种好的消泡剂应同时具有破泡和抑泡两种功能。

  对于消泡理论至今还不够清楚,但消泡剂的消泡过程应包括图2所列的几个方面。

  消泡剂首先渗入到泡沫之间的液膜上,在液膜上散布开来,然后置换起泡剂进入液膜并向四周延伸,液膜不断变薄,最后破裂。所以优良的消泡剂应具有以下性能:①具有一定的亲水性,但一般不能溶于水;②具有较强的扩散性能。

  2.3 消泡剂的组成、性能和用途

  消泡剂成品中一般含有三种物质:活性成分、分散剂和载体。

  活性成分就是具有消泡作用的物质。表1对造纸工业中常用消泡剂进行了综合。

  消泡剂一般是油性物质,亲水性不好,较难渗入泡沫之间和在泡沫表面膜层扩散开来,所以在有些消泡剂成品中需加入扩散剂以提高消泡剂的渗入和扩散能力。常用的扩散剂主要有:脂肪酸、脂肪醇、磺化脂肪酸、脂肪酸硫代琥珀酸酯、脂肪酸皂、辛基或壬基酚聚乙二醇醚等,这些物质本身就具有消泡作用。当然并不是所有消泡剂中都需要加入扩散剂,如低级醇作消泡剂时就不必使用扩散剂。

  载体的作用就是将消泡剂和扩散剂进行稀释和分散。常用水和有机溶剂作载体,用水作载体就可将成品制成水基乳剂型,用有机溶剂则可制成油基溶液型。

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