自進(jìn)入80年代以來,世界經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,人民生活水平不斷提高,對(duì)各種產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高,紙張也不例外。但是許多因素還在制約著紙張質(zhì)量的提高,其中造紙工業(yè)中遇到的泡沫問題就是其中一個(gè)重要因素。
消泡劑在造紙工業(yè)中的用量不大,但其作用卻不容忽視。在整個(gè)制漿造紙工業(yè)過程中,從蒸煮放料后的一系列操作,如洗滌、篩選、漂白、濃縮、供漿系統(tǒng)、表面施膠、涂布、黑液回收等,均不同程度地受到泡沫的影響,干擾正常生產(chǎn),使紙張質(zhì)量下降,嚴(yán)重時(shí)將使生產(chǎn)無法進(jìn)行下去。泡沫的消除方法主要有化學(xué)法、物理法和機(jī)械法?；瘜W(xué)消泡法就是在生產(chǎn)過程中加入化學(xué)物質(zhì)(消泡劑)消除泡沫;物理消泡法利用靜置、加溫或減壓來消除泡沫;機(jī)械消泡法就是采用機(jī)械力使泡沫破裂。物理法和機(jī)械法操作簡單,但被動(dòng),只治標(biāo)而不治本,且效果不理想。目前使用最廣泛使用的是化學(xué)消泡法,即使用消泡劑控制造紙過程中泡沫的形成和破除已形成的泡沫。
在造紙工業(yè)中,如果對(duì)泡沫的形成機(jī)理和消泡劑的組成等方面的知識(shí)認(rèn)識(shí)不夠,就會(huì)造成消泡劑的使用不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象,結(jié)果使生產(chǎn)不正常和造成浪費(fèi)。另外,消泡劑能取得直接經(jīng)濟(jì)效益,文獻(xiàn)報(bào)道國外某大紙廠在使用消泡劑前,生產(chǎn)1噸紙需消耗25ｋｇ芒硝,而使用消泡劑后降至19ｋｇ芒硝。所以,對(duì)泡沫形成原理、消泡劑的作用原理和常用消泡劑在各造紙工序中的應(yīng)用等有關(guān)知識(shí)進(jìn)行總結(jié)和介紹具有一定意義的。
2 造紙過程中消泡劑消泡的原理和消泡劑的組成
2.1 泡沫的形成和穩(wěn)定
純液體不會(huì)起泡,二元以上混合物才具有起泡能力。在含有表面活性劑的水中攪拌時(shí),空氣進(jìn)入溶液,水中的空氣被周圍的液體包圍而形成水中氣泡,此時(shí)表面活性劑在氣泡周圍排列,疏水基伸向氣泡內(nèi)部,親水基向著液相,而形成一層膜。氣泡上升至液體表面,形成雙分子膜逸出液面,雙分子膜對(duì)氣泡具有保護(hù)作用而使泡沫穩(wěn)定,如圖1所示。
泡沫的穩(wěn)定性與溫度有關(guān),溫度升高,泡沫穩(wěn)定性降低,所以可用升溫的方法來去除泡沫。水溶性的聚合物(如碳水化合物和木素的溶出物、造紙過程中的添加劑等)在水中形成膠體,增加粘度,對(duì)泡沫具有穩(wěn)定作用。
制漿造紙自始至終都是混合物體系,其中含有許多易起泡的物質(zhì),在生產(chǎn)過程中需加入許多種易起泡的表面活性劑,而且在混合體系中物質(zhì)之間的反應(yīng)也有表面活性劑生成。如堿法制漿中就有許多皂化物的生成,所以在制漿造紙生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量穩(wěn)定的泡沫。
2.2 消泡劑消泡原理
消泡劑有破泡劑和抑泡劑兩種。破泡劑的使用是使已產(chǎn)生的泡沫破裂,是暫時(shí)性的效果,當(dāng)破泡劑溶于液體后即失去作用。抑泡劑主要是抑制泡沫的生成,即使溶于液體仍能發(fā)揮作用。一種好的消泡劑應(yīng)同時(shí)具有破泡和抑泡兩種功能。
對(duì)于消泡理論至今還不夠清楚,但消泡劑的消泡過程應(yīng)包括圖2所列的幾個(gè)方面。
消泡劑首先滲入到泡沫之間的液膜上,在液膜上散布開來,然后置換起泡劑進(jìn)入液膜并向四周延伸,液膜不斷變薄,最后破裂。所以優(yōu)良的消泡劑應(yīng)具有以下性能:①具有一定的親水性,但一般不能溶于水;②具有較強(qiáng)的擴(kuò)散性能。
2.3 消泡劑的組成、性能和用途
消泡劑成品中一般含有三種物質(zhì):活性成分、分散劑和載體。
活性成分就是具有消泡作用的物質(zhì)。表1對(duì)造紙工業(yè)中常用消泡劑進(jìn)行了綜合。
消泡劑一般是油性物質(zhì),親水性不好,較難滲入泡沫之間和在泡沫表面膜層擴(kuò)散開來,所以在有些消泡劑成品中需加入擴(kuò)散劑以提高消泡劑的滲入和擴(kuò)散能力。常用的擴(kuò)散劑主要有: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,這些物質(zhì)本身就具有消泡作用。當(dāng)然并不是所有消泡劑中都需要加入擴(kuò)散劑,如低級(jí)醇作消泡劑時(shí)就不必使用擴(kuò)散劑。
載體的作用就是將消泡劑和擴(kuò)散劑進(jìn)行稀釋和分散。常用水和有機(jī)溶劑作載體,用水作載體就可將成品制成水基乳劑型,用有機(jī)溶劑則可制成油基溶液型。