淺析造紙用消泡劑

劉德明，朱明琴

（安徽鑾威化工科技開發有限公司，馬鞍山市消泡劑工程技術研究中心，安徽馬鞍山 243000）

1 泡沫的危害

泡沫是造紙行業經常遇到的一個重要且嚴重的問題，其主要存在于造紙制漿工藝、抄紙過程、造紙涂布、廢水處理工藝中。

紙漿中常含有樹脂酸、堿皂、硫酸鹽、木質素、脂肪酸、樹脂酸皂和脫墨劑等化學品及部分溶解固體，這些物質在泵送過程中和白水循環時卷入空氣易形成穩定的泡沫。而在抄紙過程中，因為從制漿工序中夾帶的天然與人工添加的起泡性表面活性劑、合成高分子、淀粉等可使泡沫穩定的物質，使纖維組分及微細纖維組分含有氣泡，對纖維間的結合帶來一定的影響，嚴重時使紙頁濕強度降低引起斷紙，形成泡沫斑等紙病。泡沫的存在會給生產過程帶來不良的影響，如果不適當地控制泡沫，它就會影響到制漿造紙工藝條件的有效執行，導致產品產量和質量的降低，危及造紙廢水的處理效果并帶來環保問題[1]。

隨著造紙工業的迅速發展，寬幅與高速紙機的應用，制漿造紙過程中遇到的泡沫障礙問題也越來越突出，給企業的生產和周圍環境帶來不利的影響。因此，最大限度地減輕和消除生產過程中的泡沫已引起造紙企業的高度重視。

2 控制泡沫的方法

泡沫的危害已經被造紙企業認識并日益重視起來，造紙工作者和造紙化學品工作者對控制泡沫的方法也進行了研究和探索。

一般來說，造紙行業消除或減輕泡沫的方法有2種。一種方法是機械除泡法，即利用真空離心分離機或噴水設備等來控制泡沫，此方法會給企業增加大量的設備投入和設備維修等負擔；另一種方法是化學除泡法，即通過添加消泡劑來控制泡沫，此方法不需要企業增加設備投入和設備維修，不會改變生產工藝，使用簡單，易于操作，深受造紙企業的歡迎。

3 消泡劑的介紹

3.1 消泡劑的定義及基本特性

消泡劑是一種消除泡沫或脫除氣泡的功能性助劑。消泡劑具有“不溶于或微溶于起泡介質”和“表面張力比起泡介質更低”的特性，它在起泡介質中是以細小微粒分散存在的[2]。

3.2 消泡劑的工作原理

消泡劑的工作原理有多種說法，較常見的一種解釋是由于消泡劑低的表面張力和良好的滲透性，其吸附在泡膜表面時使局部表面張力降低，干擾被消泡物質氣液界的表面張力，因泡膜表面張力不均勻而破泡，產生消泡效果。當消泡劑加到泡沫介質中時，消泡粒子分散到泡的表面時，有效地降低接觸點的表面張力，在泡外皮形成一個薄弱點，受力失衡，從而引起泡沫破裂，擠在一起的泡沫由于臨近處泡沫破裂而引起不穩定態，產生加快連續破泡的效果，至最后達到穩定態。

3.3 消泡劑的評估

消泡劑的評估一般涉及到消泡性能、抑泡性能、稀釋穩定性、儲存穩定性、離心穩定性、抗剪切性能和相容性等，但不同消泡劑的評價重點不同。

消泡劑具有很強的選擇適用性，不具有通用性，只有適用性和針對性；不同的行業不同的工序要選用不同的消泡劑，消泡劑具有多樣性；因此，如何更準確和更接近生產實際地評估消泡劑的性能是消泡劑生產方和使用方都關心的問題[3]。

4 造紙用消泡劑的類型及應用

4.1 油性或溶劑型消泡劑

油性或溶劑型消泡劑是制漿造紙工業早期所采用的消泡劑，如動物油、植物油、煤油、柴油和石油等。這類消泡劑密度比水小，不溶于起泡介質，不能均勻地分散在起泡介質中，相容性差，所以此類消泡劑消除泡沫或脫除氣泡的功能不能有效發揮。此類消泡劑的工作效率低，容易使紙面產生油污，會影響施膠效果，造成施膠度的不穩定，有時也會有氣味，影響車間的環境，給工人的身體帶來不良后果。但此類消泡劑來源容易，一些小型企業還在使用。

4.2 有機硅類消泡劑

隨著造紙工業的發展，造紙化學品企業研發、試制、生產出了新一代的有機硅類消泡劑，此類消泡劑在造紙制漿工序和污水處理工序得到了廣泛的推廣和應用，并逐步取代了油性消泡劑，提高了消泡劑的工作效率，改善了紙張的質量，降低了環境污染和對工人身體的影響。

有機硅類消泡劑是由硅油、乳化劑、增效劑和聚醚等組分通過乳化的方式來制備的一種乳液型液體，根據所用原料和乳化方式的不同，其又分為水包油型和油包水型2類。

有機硅類消泡劑具有良好的相容性，能均勻地分散在起泡介質中。有機硅類消泡劑是亞穩定體系，所以它受到高溫或暴曬、暴凍、剪切和絮凝等時，其狀態就會變差甚至破乳[4]。

有機硅類消泡劑是造紙企業目前在制漿工序和廢水處理工序使用較多的一類消泡劑。在制漿工序中，洗漿時會出現泡沫，洗漿產生的黑液也會產生泡沫，因此這2個起泡點都需要添加消泡劑。

根據造紙企業的實際應用得知，洗漿工序對消泡劑的要求不高，普通的有機硅類消泡劑即可。產生黑液的工序對消泡劑的要求較高，黑液的pH較高，堿性比較高，而且其溫度也高（50～100℃），一般黑液工序必須選用耐高溫耐強堿型有機硅類消泡劑，否則有機硅類消泡劑會破乳或析出油性組分，從而降低消泡劑的工作效率并導致紙張出現油污現象。廢水處理工序對消泡劑的要求不高，普通的有機硅類消泡劑即可。

4.3 造紙濕部抄紙用消泡劑

隨著造紙工業的發展，造紙化學品企業從節能環保的觀點出發，大力研發、試制、生產出了新型的抄紙專用消泡劑，大大降低了紙張出現油污的概率，提高了紙張的成品率和美觀性。在造紙濕部抄紙用消泡劑被研發出來之前，由于造紙企業在造紙濕部工序中使用油性消泡劑和有機硅類消泡劑而引起的紙張的油污問題特別嚴重，降低了紙張的成品率和美觀性。

造紙濕部抄紙用消泡劑主要分為脂肪醇類和聚醚類二大類。脂肪醇類又分為低級脂肪醇（低碳醇）和高級脂肪醇（高碳醇）2類。聚醚類消泡劑又分為純聚醚和聚醚酯2類。造紙濕部抄紙用消泡劑又稱脫氣劑，有別于傳統意義上的消泡劑，其先把起泡介質中的氣體脫除到起泡介質表面，然后再消除泡沫。

脂肪醇類消泡劑是由脂肪醇、乳化劑和增效劑等組分通過乳化的方式來制備的一種乳液型液體，其與有機硅類消泡劑同屬亞穩定體系。

根據造紙企業的實際應用經驗得知，脂肪醇類消泡劑受冬夏氣溫的影響較大。夏季時，溫度高，脂肪醇類消泡劑的活性高，工作效率較高，控制泡沫的效果較好；冬季時，溫度低，脂肪醇類消泡劑的活性低，工作效率較低，控制泡沫的效果較差，用量會增加，導致成本上升。聚醚類消泡劑不會受冬夏氣溫的影響。一般的，在不受冬夏氣溫影響的情況下，車速在350 m/min以下時脂肪醇類消泡劑的實際應用效果要好于聚醚類消泡劑，車速在350 m/min以上時聚醚類消泡劑的實際應用效果要好于脂肪醇類消泡劑。

4.4 造紙涂布和造紙涂料用消泡劑

隨著造紙工業的發展和市場對不同性能和種類紙張的大量需求，紙張的種類也越來越多，如文化紙、新聞紙、香煙紙和曬圖紙等。紙張生產出來以后，要對其進行后續加工，如施膠、涂布等，以提高紙張的強度、美觀性等性能，所以就對造紙化學品企業生產的消泡劑提出了特殊的要求，如消泡劑的相容性、對施膠效果的影響等。造紙化學品企業根據這些要求，研發出了有針對性的消泡劑。

造紙涂布和造紙涂料用消泡劑分為礦物油類和聚醚類二大類。礦物油類又分為礦物油型和礦物油復合型2類。

礦物油型消泡劑主要是由礦物油、聚醚酯、乳化劑和特效劑乳化而成的一種淡黃色油狀液體，有良好的自乳化性。礦物油復合型消泡劑主要是由礦物油、改性聚醚、脂肪酸、硅聚醚、乳化劑和特效劑乳化而成的一種白色乳液型液體，有良好的自乳化性，其與有機硅類消泡劑同屬亞穩定體系。

根據造紙企業的實際應用經驗得知，礦物油類消泡劑控制泡沫的效果要好于聚醚類消泡劑，聚醚類消泡劑的相容性會好于礦物油類消泡劑，而且礦物油類消泡劑對施膠效果的影響會更大一些。

5 造紙用消泡劑的現狀及研究重點

現階段，造紙用消泡劑已經得到了良好的發展及應用，消泡劑的類型和種類也越來越多，由于消泡劑的使用，造紙企業的生產效率、紙張質量和工作環境等得到提高。目前，造紙用消泡劑的發展主要存在二大問題：車速對消泡劑選型和工作效率的影響、冬季和夏季氣溫的變化對消泡劑活性和工作效率的影響，以上問題的存在嚴重制約著消泡劑的發展及應用，并對造紙化學品工作者研究、開發消泡劑提出了更高的要求。

為了更好地為造紙企業服務，今后造紙用消泡劑的研究開發應重點解決以下問題：消除或降低車速對消泡劑工作效率的影響、消除或降低冬季和夏季氣溫變化對消泡劑活性和工作效率的影響。如果以上問題得到解決，造紙企業的工作效率和紙張質量會得到更大的提高。

6 結束語

本文就泡沫的產生和泡沫對造紙行業的影響及危害進行了探討，介紹了消泡劑的基本特性和工作原理，介紹了造紙用消泡劑的類型和應用，分析了目前嚴重制約造紙用消泡劑發展及應用的主要問題及今后造紙用消泡劑的研發重點，以此來提高造紙企業對解決泡沫問題重要性的認識，提高了造紙企業對造紙用消泡劑的了解、選擇和應用等各方面的認知。