浅析造纸用消泡剂

刘德明，朱明琴

（安徽銮威化工科技开发有限公司，马鞍山市消泡剂工程技术研究中心，安徽马鞍山 243000）

1 泡沫的危害

泡沫是造纸行业经常遇到的一个重要且严重的问题，其主要存在于造纸制浆工艺、抄纸过程、造纸涂布、废水处理工艺中。

纸浆中常含有树脂酸、碱皂、硫酸盐、木质素、脂肪酸、树脂酸皂和脱墨剂等化学品及部分溶解固体，这些物质在泵送过程中和白水循环时卷入空气易形成稳定的泡沫。而在抄纸过程中，因为从制浆工序中夹带的天然与人工添加的起泡性表面活性剂、合成高分子、淀粉等可使泡沫稳定的物质，使纤维组分及微细纤维组分含有气泡，对纤维间的结合带来一定的影响，严重时使纸页湿强度降低引起断纸，形成泡沫斑等纸病。泡沫的存在会给生产过程带来不良的影响，如果不适当地控制泡沫，它就会影响到制浆造纸工艺条件的有效执行，导致产品产量和质量的降低，危及造纸废水的处理效果并带来环保问题[1]。

随着造纸工业的迅速发展，宽幅与高速纸机的应用，制浆造纸过程中遇到的泡沫障碍问题也越来越突出，给企业的生产和周围环境带来不利的影响。因此，最大限度地减轻和消除生产过程中的泡沫已引起造纸企业的高度重视。

2 控制泡沫的方法

泡沫的危害已经被造纸企业认识并日益重视起来，造纸工作者和造纸化学品工作者对控制泡沫的方法也进行了研究和探索。

一般来说，造纸行业消除或减轻泡沫的方法有2种。一种方法是机械除泡法，即利用真空离心分离机或喷水设备等来控制泡沫，此方法会给企业增加大量的设备投入和设备维修等负担；另一种方法是化学除泡法，即通过添加消泡剂来控制泡沫，此方法不需要企业增加设备投入和设备维修，不会改变生产工艺，使用简单，易于操作，深受造纸企业的欢迎。

3 消泡剂的介绍

3.1 消泡剂的定义及基本特性

消泡剂是一种消除泡沫或脱除气泡的功能性助剂。消泡剂具有“不溶于或微溶于起泡介质”和“表面张力比起泡介质更低”的特性，它在起泡介质中是以细小微粒分散存在的[2]。

3.2 消泡剂的工作原理

消泡剂的工作原理有多种说法，较常见的一种解释是由于消泡剂低的表面张力和良好的渗透性，其吸附在泡膜表面时使局部表面张力降低，干扰被消泡物质气液界的表面张力，因泡膜表面张力不均匀而破泡，产生消泡效果。当消泡剂加到泡沫介质中时，消泡粒子分散到泡的表面时，有效地降低接触点的表面张力，在泡外皮形成一个薄弱点，受力失衡，从而引起泡沫破裂，挤在一起的泡沫由于临近处泡沫破裂而引起不稳定态，产生加快连续破泡的效果，至最后达到稳定态。

3.3 消泡剂的评估

消泡剂的评估一般涉及到消泡性能、抑泡性能、稀释稳定性、储存稳定性、离心稳定性、抗剪切性能和相容性等，但不同消泡剂的评价重点不同。

消泡剂具有很强的选择适用性，不具有通用性，只有适用性和针对性；不同的行业不同的工序要选用不同的消泡剂，消泡剂具有多样性；因此，如何更准确和更接近生产实际地评估消泡剂的性能是消泡剂生产方和使用方都关心的问题[3]。

4 造纸用消泡剂的类型及应用

4.1 油性或溶剂型消泡剂

油性或溶剂型消泡剂是制浆造纸工业早期所采用的消泡剂，如动物油、植物油、煤油、柴油和石油等。这类消泡剂密度比水小，不溶于起泡介质，不能均匀地分散在起泡介质中，相容性差，所以此类消泡剂消除泡沫或脱除气泡的功能不能有效发挥。此类消泡剂的工作效率低，容易使纸面产生油污，会影响施胶效果，造成施胶度的不稳定，有时也会有气味，影响车间的环境，给工人的身体带来不良后果。但此类消泡剂来源容易，一些小型企业还在使用。

4.2 有机硅类消泡剂

随着造纸工业的发展，造纸化学品企业研发、试制、生产出了新一代的有机硅类消泡剂，此类消泡剂在造纸制浆工序和污水处理工序得到了广泛的推广和应用，并逐步取代了油性消泡剂，提高了消泡剂的工作效率，改善了纸张的质量，降低了环境污染和对工人身体的影响。

有机硅类消泡剂是由硅油、乳化剂、增效剂和聚醚等组分通过乳化的方式来制备的一种乳液型液体，根据所用原料和乳化方式的不同，其又分为水包油型和油包水型2类。

有机硅类消泡剂具有良好的相容性，能均匀地分散在起泡介质中。有机硅类消泡剂是亚稳定体系，所以它受到高温或暴晒、暴冻、剪切和絮凝等时，其状态就会变差甚至破乳[4]。

有机硅类消泡剂是造纸企业目前在制浆工序和废水处理工序使用较多的一类消泡剂。在制浆工序中，洗浆时会出现泡沫，洗浆产生的黑液也会产生泡沫，因此这2个起泡点都需要添加消泡剂。

根据造纸企业的实际应用得知，洗浆工序对消泡剂的要求不高，普通的有机硅类消泡剂即可。产生黑液的工序对消泡剂的要求较高，黑液的pH较高，碱性比较高，而且其温度也高（50～100℃），一般黑液工序必须选用耐高温耐强碱型有机硅类消泡剂，否则有机硅类消泡剂会破乳或析出油性组分，从而降低消泡剂的工作效率并导致纸张出现油污现象。废水处理工序对消泡剂的要求不高，普通的有机硅类消泡剂即可。

4.3 造纸湿部抄纸用消泡剂

随着造纸工业的发展，造纸化学品企业从节能环保的观点出发，大力研发、试制、生产出了新型的抄纸专用消泡剂，大大降低了纸张出现油污的概率，提高了纸张的成品率和美观性。在造纸湿部抄纸用消泡剂被研发出来之前，由于造纸企业在造纸湿部工序中使用油性消泡剂和有机硅类消泡剂而引起的纸张的油污问题特别严重，降低了纸张的成品率和美观性。

造纸湿部抄纸用消泡剂主要分为脂肪醇类和聚醚类二大类。脂肪醇类又分为低级脂肪醇（低碳醇）和高级脂肪醇（高碳醇）2类。聚醚类消泡剂又分为纯聚醚和聚醚酯2类。造纸湿部抄纸用消泡剂又称脱气剂，有别于传统意义上的消泡剂，其先把起泡介质中的气体脱除到起泡介质表面，然后再消除泡沫。

脂肪醇类消泡剂是由脂肪醇、乳化剂和增效剂等组分通过乳化的方式来制备的一种乳液型液体，其与有机硅类消泡剂同属亚稳定体系。

根据造纸企业的实际应用经验得知，脂肪醇类消泡剂受冬夏气温的影响较大。夏季时，温度高，脂肪醇类消泡剂的活性高，工作效率较高，控制泡沫的效果较好；冬季时，温度低，脂肪醇类消泡剂的活性低，工作效率较低，控制泡沫的效果较差，用量会增加，导致成本上升。聚醚类消泡剂不会受冬夏气温的影响。一般的，在不受冬夏气温影响的情况下，车速在350 m/min以下时脂肪醇类消泡剂的实际应用效果要好于聚醚类消泡剂，车速在350 m/min以上时聚醚类消泡剂的实际应用效果要好于脂肪醇类消泡剂。

4.4 造纸涂布和造纸涂料用消泡剂

随着造纸工业的发展和市场对不同性能和种类纸张的大量需求，纸张的种类也越来越多，如文化纸、新闻纸、香烟纸和晒图纸等。纸张生产出来以后，要对其进行后续加工，如施胶、涂布等，以提高纸张的强度、美观性等性能，所以就对造纸化学品企业生产的消泡剂提出了特殊的要求，如消泡剂的相容性、对施胶效果的影响等。造纸化学品企业根据这些要求，研发出了有针对性的消泡剂。

造纸涂布和造纸涂料用消泡剂分为矿物油类和聚醚类二大类。矿物油类又分为矿物油型和矿物油复合型2类。

矿物油型消泡剂主要是由矿物油、聚醚酯、乳化剂和特效剂乳化而成的一种淡黄色油状液体，有良好的自乳化性。矿物油复合型消泡剂主要是由矿物油、改性聚醚、脂肪酸、硅聚醚、乳化剂和特效剂乳化而成的一种白色乳液型液体，有良好的自乳化性，其与有机硅类消泡剂同属亚稳定体系。

根据造纸企业的实际应用经验得知，矿物油类消泡剂控制泡沫的效果要好于聚醚类消泡剂，聚醚类消泡剂的相容性会好于矿物油类消泡剂，而且矿物油类消泡剂对施胶效果的影响会更大一些。

5 造纸用消泡剂的现状及研究重点

现阶段，造纸用消泡剂已经得到了良好的发展及应用，消泡剂的类型和种类也越来越多，由于消泡剂的使用，造纸企业的生产效率、纸张质量和工作环境等得到提高。目前，造纸用消泡剂的发展主要存在二大问题：车速对消泡剂选型和工作效率的影响、冬季和夏季气温的变化对消泡剂活性和工作效率的影响，以上问题的存在严重制约着消泡剂的发展及应用，并对造纸化学品工作者研究、开发消泡剂提出了更高的要求。

为了更好地为造纸企业服务，今后造纸用消泡剂的研究开发应重点解决以下问题：消除或降低车速对消泡剂工作效率的影响、消除或降低冬季和夏季气温变化对消泡剂活性和工作效率的影响。如果以上问题得到解决，造纸企业的工作效率和纸张质量会得到更大的提高。

6 结束语

本文就泡沫的产生和泡沫对造纸行业的影响及危害进行了探讨，介绍了消泡剂的基本特性和工作原理，介绍了造纸用消泡剂的类型和应用，分析了目前严重制约造纸用消泡剂发展及应用的主要问题及今后造纸用消泡剂的研发重点，以此来提高造纸企业对解决泡沫问题重要性的认识，提高了造纸企业对造纸用消泡剂的了解、选择和应用等各方面的认知。