消泡剂在造纸过程中的应用

蒙 玲 郭秀强

(1．中国轻工集团上海海诚化工技术有限公司，上海，200032;2．广东省科学技术厅，广东广州，510033)

消泡剂在造纸过程中的应用

蒙 玲1郭秀强2

(1．中国轻工集团上海海诚化工技术有限公司，上海，200032;2．广东省科学技术厅，广东广州，510033)

主要讨论了造纸白水中泡沫产生的原理和危害以及常见消泡剂的类型，并对比了不同类型消泡剂的应用效果。结果表明，在施胶纸生产或中低车速纸机上，添加醇类消泡剂后施胶效果良好，生产成本较低;在非施胶纸生产或高速纸机上，醚类消泡剂效果更佳，消泡速度更快。

泡沫;消泡剂;造纸

造纸白水中的泡沫，是由于浆料中的木素、脂肪酸、树脂酸以及表面活性剂在浆料不断扩散中受到气体的不断作用而产生的，而且由于其他化学助剂、淀粉等稳泡剂的作用，使得气泡难以快速消除。在生产中，浆料和白水中的泡沫危害很大，它不仅引起成纸中出现孔斑、针眼等问题，还会引起断纸，严重时会造成设备损坏［1-3］。

目前，在生产中通过物理方法或者化学方法来消除白水中的泡沫，物理方法主要通过脱气器、防溅落的设备改变浆料温度、系统压力、管路流向、物流混合或搅拌的速度等完成;化学方法主要通过添加化学助剂来完成。本文主要探讨了不同消泡剂在造纸生产过程中的应用情况，以供参考。

1 泡沫的产生过程、类型及危害

造纸过程中泡沫的产生过程如图1所示。泡沫形态见图2。

图1 泡沫产生的过程

在造纸白水循环系统中，经过冲击、搅拌等过程，空气混入白水中形成泡沫，并且在造纸过程中添加的相关化学助剂 (如施胶剂、硫酸铝、纸张干强剂等)的残留物质，在白水中形成一些较小的气泡，可稳定地分散在白水中，上升至白水表面后也不容易破裂。

白水中水面上的泡沫，溢流影响操作环境，附着于纸表面会引起断头和纸病。水中的气泡会引起纸张定量变动，疏水性物质在气液表面 (如流浆箱)的聚集，引起断头和纸病，降低生产效率。

泡沫类型可分为2种:

(1)表面泡沫，指最容易看见的泡沫，主要聚集于浆料和白水表面。此类泡沫的主要危害是容易在聚集后沉积，在纸张表面形成痕迹和孔洞，严重时造成纸浆凝聚，引起断纸。

(2)内部泡沫，指以游离或结合状态存在于水中、纤维之间或吸附在纤维上以及纤维细胞腔中的空气。此类泡沫的主要危害是影响生产的正常进行，浪费设备容量，降低设备运行效率，影响产品质量。流浆箱中气泡含量如果超过1%，将影响脱水效率。其中一部分是静态泡沫，易导致纸浆聚集形成沉积物，为微生物生长提供场所，引起腐浆［4-6］。

2 消泡原理

目前，市场上的消泡剂有很多种，但消泡原理基本一致，主要是通过消泡剂进入泡沫的双分子定向膜，破坏其力学平衡，降低膜强度，从而引起泡沫破裂。或者通过造成膜的局部张力之间差异，达到消泡或抑泡目的［1-3］。消泡原理示意图见图3。

消泡剂消除气泡，是通过消泡剂核心组分中分散的粒子发生作用，这种粒子先附着于气泡薄膜，然后渗透进入气泡薄膜，不断扩张，最终破泡、消泡。消泡粒子的最佳粒径是要大于气泡薄膜厚度，而且粒径越大，效果越好，消泡越快。

3 常用消泡剂的特点

(1)有机硅类:分为水性和油性两种，外观通常为乳白色。此类消泡剂持续时间长，分散性好，浆中附着少，可减少树脂障碍。但是如果乳化技术不过关，会产生硅油凝聚，产生斑点，附着于浆中，会引起施胶不良和其他纸病。目前该类产品主要应用于制浆。

(2)醇类:外观为白色乳液，呈微负离子性，pH值偏中碱性。此类消泡剂只用水作为载体，没有油，产品更容易与水混合。此外，沉积物较少，不会影响施胶和纸张强度，为绿色环保产品。但醇类产品对温度比较敏感，如果系统温度超过55℃，则严重影响其消泡效果。

(3)醚类:外观为琥珀色液体，此类消泡剂属于疏水性非离子型界面活性剂，遇水很快乳化，对高温、酸碱系统都能适应。该类产品破泡性很强，成本较低。但在贮存中易发生降解，导致性能劣化。此外，在生产中过度添加该类产品会影响施胶效果［7-8］。

4 消泡剂在造纸过程的实际应用

目前市场上有机硅消泡剂单价约为1．2万～1．8万元/t，醇类消泡剂单价约为2．0万 ～2．5万元/t，醚类消泡剂单价为2．5万～3．0万元/t。在本文核算成本时，选择中间值，即有机硅消泡剂单价为1．50万元/t，醇类消泡剂单价为2．25万元/t，醚类消泡剂单价为 2．75 万元/t。

4.1 消泡剂的添加

消泡剂一般以原液用计量泵直接添加在网下白水处，用量根据泡沫情况进行调整，也可根据白水空气含量进行监测。消泡剂添加示意图见图4。

4.2 在中低车速灰纸板生产中的应用

(1)纸机A

产品为灰纸板，定量300～600 g/m2。原料为80%国产废纸+20%美国废纸，纸机幅宽5500 mm，车速380 m/min，5层网。图5～图10为加入醇类和醚类消泡剂的对比情况。表1为醇类消泡剂与醚类消泡剂的用量与成本对比。

表1 纸机A使用醇类消泡剂和醚类消泡剂的对比

从图5和图6可以看出，加入醇类消泡剂的白水池中泡沫直径大，且泡沫中带着黑色的油墨，颜色明显很深;加入醚类消泡剂的白水池中，泡沫由直径为4～7 cm的大泡变成0～2 cm的小泡，色度变浅。

从图7和图8观察白水池壁，对比白水池泡沫高度，加入醇类消泡剂的白水池，泡沫在第二阶，加入醚类消泡剂的白水池，泡沫高度下降了10 cm左右，泡沫在第三阶。

对比图9和图10，发现加入醚类消泡剂白水出水泡沫明显比加入醇类消泡剂白水出水泡沫少很多。

从图5～图10及表1可以看出，使用醚类消泡剂明显比使用醇类消泡剂效果明显，并且醚类消泡剂的成本更具有优势。

(2)纸机B

产品为灰纸板，定量500～600 g/m2。原料为100%国产废纸，纸机幅宽2800 mm，车速120 m/min，圆网。图11～图14为加入有机硅消泡剂和醚类消泡剂的对比情况。表2为有机硅消泡剂与醚类消泡剂的用量与成本对比。

表2 纸机B使用有机硅消泡剂和醚类消泡剂的对比

图4 消泡剂添加示意图

由图11和图12可以看出，加入有机硅消泡剂的网下接水盘中的泡沫多，加入醚类消泡剂的网下接水盘除了喷淋溅起的水花外几乎看不到泡沫。

如图13和图14所示，有机硅消泡剂的加入位置泡沫很多，很明显，醚类消泡剂的加入位置未见到明显泡沫。

从图11～图14及表2可知，使用醚类消泡剂明显比使用有机硅类消泡剂效果好很多，并且醚类消泡剂的成本更具有优势。在试验过程中，使用有机硅消泡剂时，停机清洗周期2天，纸面黑斑较多，抄造低定量纸板时出现孔眼，但是试用醚类消泡剂后停机清洗周期增至4天，纸面黑斑较少，抄造低定量纸板时未出现孔眼。

4.3 在高车速灰底白纸板生产中的应用

纸机C:产品为灰底白纸板，定量250～500 g/m2，原料为40%国产废纸+40%美国废纸+20%木浆，纸机幅宽4600 mm，车速700 m/min，5层网。表3为加入醚类消泡剂和醇类消泡剂的对比。

从表3可以看出，在此工艺条件下，在消泡效果(即白水中空气含量)相近的情况下，醚类消泡剂比醇类消泡剂更具成本优势。

4.4 在高车速新闻纸生产中的应用

纸机D:产品为新闻纸，定量50～80 g/m2，原料为60%国产废纸+40%美国废纸，纸机幅宽5600 mm，车速 1600 m/min，单网。表4为加入醚类消泡剂和醇类消泡剂的效果对比。

从表4可以看出，消泡效果(即在白水中空气含量)接近的情况下，醚类消泡剂更具有成本优势。因此在此工艺条件下，更适合选择醚类消泡剂进行使用。

4.5 在中低车速高强瓦楞原纸生产中的应用

纸机E:产品为高强瓦楞原纸，定量90～140 g/m2，原料为92%国产废纸+8%废渣 (造纸废水经过物理沉降或者化学处理后的固体废弃物)，纸机幅宽4500 mm，车速500 m/min，单网。表5为加入有机硅、醇类和醚类消泡剂的效果对比。

从表5可以看出，在消泡效果 (即网下白水空气含量)接近的情况下，醚类消泡剂用量最小，消泡速度最快，醇类消泡剂成本最低，抑泡效果最好，并且不会对成品纸其他指标造成影响，但是使用醚类消泡剂后，纸张的平滑度、吸水性、耐破度都有所下降，施胶度下降，表面施胶剂用量需要加大。因此在同类纸种的抄造过程中，醇类消泡剂在成本、消泡效果和适用性方面更具有优势。

表3 纸机C使用醚类消泡剂和醇类消泡剂的效果对比

表4 纸机D使用醚类消泡剂和醇类消泡剂的效果对比

表5 纸机E使用有机硅、醇类和醚类消泡剂的效果对比

5 结论

消泡剂的合理使用能快速消除泡沫，控制泡沫的再生成，减少浆和白水内的气体含量，改善和提高浆料脱水性能，减少纸病，提高产品品质，降低生产的综合成本和现场的管理成本。长期的应用发现，在施胶纸生产或中低车速纸机的系统中，添加醇类消泡剂更易于控制，不会影响到施胶效果，同时价格较低，符合成本优先的原则。在非施胶纸生产或高速纸机的系统中，添加醚类消泡剂效果更佳，消泡更快。而有机硅消泡剂一般在制浆应用较多，根据笔者以往的经验，不建议在白水中使用。

［1］ 沈一丁．造纸化学品的制备和作用机理［M］．北京:中国轻工业出版社，1999．

［2］ 徐江伟．消泡剂的复合及其消泡机理探讨［J］．中国甜菜糖业，2002(4):31．

［3］ 都业壮．浅谈造纸过程中泡沫的产生与消除［J］．西南造纸，2006，35(3):46．

［4］ 刘机勇．造纸过程中气泡的形成、影响及处理［J］．中国造纸，2008，27(1):31．

［5］ 徐 娜，戴红旗，翟华敏．造纸工业生产过程中泡沫的控制［J］．江苏造纸，2011，3(1):34．

［6］ 朱冬华，李王芳．纸机上浆系统中气泡的控制［J］．中国造纸，2001，20(1):44．

［7］ 帅亮明．醚类消泡剂代替脂肪醇消泡剂的效果［J］．纸和造纸，2012，31(3):55．

［8］ 李世彤，周国伟，韩金梅．高效复配消泡剂在造纸工业中的应用［J］．中国造纸，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，工程师;主要从事制浆造纸和造纸化学品的开发应用工作。

(*E-mail:mengling0117@163．com)

2012-07-17(修改稿)

(责任编辑:常 青)