消泡劑在造紙過程中的應用

蒙 玲 郭秀強

(1．中國輕工集團上海海誠化工技術有限公司，上海，200032;2．廣東省科學技術廳，廣東廣州，510033)

消泡劑在造紙過程中的應用

蒙 玲1郭秀強2

(1．中國輕工集團上海海誠化工技術有限公司，上海，200032;2．廣東省科學技術廳，廣東廣州，510033)

主要討論了造紙白水中泡沫產生的原理和危害以及常見消泡劑的類型，并對比了不同類型消泡劑的應用效果。結果表明，在施膠紙生產或中低車速紙機上，添加醇類消泡劑后施膠效果良好，生產成本較低;在非施膠紙生產或高速紙機上，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散中受到氣體的不斷作用而產生的，而且由于其他化學助劑、淀粉等穩泡劑的作用，使得氣泡難以快速消除。在生產中，漿料和白水中的泡沫危害很大，它不僅引起成紙中出現孔斑、針眼等問題，還會引起斷紙，嚴重時會造成設備損壞［1-3］。

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

1 泡沫的產生過程、類型及危害

造紙過程中泡沫的產生過程如圖1所示。泡沫形態見圖2。

圖1 泡沫產生的過程

在造紙白水循環系統中，經過沖擊、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化學助劑 (如施膠劑、硫酸鋁、紙張干強劑等)的殘留物質，在白水中形成一些較小的氣泡，可穩定地分散在白水中，上升至白水表面后也不容易破裂。

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

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，嚴重時造成紙漿凝聚，引起斷紙。

(2)內部泡沫，指以游離或結合狀態存在于水中、纖維之間或吸附在纖維上以及纖維細胞腔中的空氣。此類泡沫的主要危害是影響生產的正常進行，浪費設備容量，降低設備運行效率，影響產品質量。流漿箱中氣泡含量如果超過1%，將影響脫水效率。其中一部分是靜態泡沫，易導致紙漿聚集形成沉積物，為微生物生長提供場所，引起腐漿［4-6］。

2 消泡原理

目前，市場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入泡沫的雙分子定向膜，破壞其力學平衡，降低膜強度，從而引起泡沫破裂。或者通過造成膜的局部張力之間差異，達到消泡或抑泡目的［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生作用，這種粒子先附著于氣泡薄膜，然后滲透進入氣泡薄膜，不斷擴張，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

(1)有機硅類:分為水性和油性兩種，外觀通常為乳白色。此類消泡劑持續時間長，分散性好，漿中附著少，可減少樹脂障礙。但是如果乳化技術不過關，會產生硅油凝聚，產生斑點，附著于漿中，會引起施膠不良和其他紙病。目前該類產品主要應用于制漿。

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

(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，對高溫、酸堿系統都能適應。該類產品破泡性很強，成本較低。但在貯存中易發生降解，導致性能劣化。此外，在生產中過度添加該類產品會影響施膠效果［7-8］。

4 消泡劑在造紙過程的實際應用

目前市場上有機硅消泡劑單價約為1．2萬～1．8萬元/t，醇類消泡劑單價約為2．0萬 ～2．5萬元/t，醚類消泡劑單價為2．5萬～3．0萬元/t。在本文核算成本時，選擇中間值，即有機硅消泡劑單價為1．50萬元/t，醇類消泡劑單價為2．25萬元/t，醚類消泡劑單價為 2．75 萬元/t。

4.1 消泡劑的添加

消泡劑一般以原液用計量泵直接添加在網下白水處，用量根據泡沫情況進行調整，也可根據白水空氣含量進行監測。消泡劑添加示意圖見圖4。

4.2 在中低車速灰紙板生產中的應用

(1)紙機A

產品為灰紙板，定量300～600 g/m2。原料為80%國產廢紙+20%美國廢紙，紙機幅寬5500 mm，車速380 m/min，5層網。圖5～圖10為加入醇類和醚類消泡劑的對比情況。表1為醇類消泡劑與醚類消泡劑的用量與成本對比。

表1 紙機A使用醇類消泡劑和醚類消泡劑的對比

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。

對比圖9和圖10，發現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勢。

(2)紙機B

產品為灰紙板，定量500～600 g/m2。原料為100%國產廢紙，紙機幅寬2800 mm，車速120 m/min，圓網。圖11～圖14為加入有機硅消泡劑和醚類消泡劑的對比情況。表2為有機硅消泡劑與醚類消泡劑的用量與成本對比。

表2 紙機B使用有機硅消泡劑和醚類消泡劑的對比

圖4 消泡劑添加示意圖

由圖11和圖12可以看出，加入有機硅消泡劑的網下接水盤中的泡沫多，加入醚類消泡劑的網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硅類消泡劑效果好很多，并且醚類消泡劑的成本更具有優勢。在試驗過程中，使用有機硅消泡劑時，停機清洗周期2天，紙面黑斑較多，抄造低定量紙板時出現孔眼，但是試用醚類消泡劑后停機清洗周期增至4天，紙面黑斑較少，抄造低定量紙板時未出現孔眼。

4.3 在高車速灰底白紙板生產中的應用

紙機C:產品為灰底白紙板，定量250～500 g/m2，原料為40%國產廢紙+40%美國廢紙+20%木漿，紙機幅寬4600 mm，車速700 m/min，5層網。表3為加入醚類消泡劑和醇類消泡劑的對比。

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勢。

4.4 在高車速新聞紙生產中的應用

紙機D:產品為新聞紙，定量50～80 g/m2，原料為60%國產廢紙+40%美國廢紙，紙機幅寬5600 mm，車速 1600 m/min，單網。表4為加入醚類消泡劑和醇類消泡劑的效果對比。

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勢。因此在此工藝條件下，更適合選擇醚類消泡劑進行使用。

4.5 在中低車速高強瓦楞原紙生產中的應用

紙機E:產品為高強瓦楞原紙，定量90～140 g/m2，原料為92%國產廢紙+8%廢渣 (造紙廢水經過物理沉降或者化學處理后的固體廢棄物)，紙機幅寬4500 mm，車速500 m/min，單網。表5為加入有機硅、醇類和醚類消泡劑的效果對比。

從表5可以看出，在消泡效果 (即網下白水空氣含量)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，并且不會對成品紙其他指標造成影響，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勢。

表3 紙機C使用醚類消泡劑和醇類消泡劑的效果對比

表4 紙機D使用醚類消泡劑和醇類消泡劑的效果對比

表5 紙機E使用有機硅、醇類和醚類消泡劑的效果對比

5 結論

消泡劑的合理使用能快速消除泡沫，控制泡沫的再生成，減少漿和白水內的氣體含量，改善和提高漿料脫水性能，減少紙病，提高產品品質，降低生產的綜合成本和現場的管理成本。長期的應用發現，在施膠紙生產或中低車速紙機的系統中，添加醇類消泡劑更易于控制，不會影響到施膠效果，同時價格較低，符合成本優先的原則。在非施膠紙生產或高速紙機的系統中，添加醚類消泡劑效果更佳，消泡更快。而有機硅消泡劑一般在制漿應用較多，根據筆者以往的經驗，不建議在白水中使用。

［1］ 沈一丁．造紙化學品的制備和作用機理［M］．北京:中國輕工業出版社，1999．

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

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

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

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

［6］ 朱冬華，李王芳．紙機上漿系統中氣泡的控制［J］．中國造紙，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，周國偉，韓金梅．高效復配消泡劑在造紙工業中的應用［J］．中國造紙，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品的開發應用工作。

(*E-mail:mengling0117@163．com)

2012-07-17(修改稿)

(責任編輯:常 青)