醇類消泡劑在造紙過程中的應用
王洪瑜
(牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司,黑龍江牡丹江157013)
[摘 要] 簡要地介紹了造紙過程中泡沫的產生、特點及醇類消泡劑在造紙過程中的應用。
[關鍵詞] 泡沫;醇類消泡劑
隨著造紙工業(yè)的發(fā)展及產品質量的不斷提高造紙機的車速不斷提高,濕部添加助劑的種類增多造紙過程中泡沫的產生及其對成紙質量的影響越來越受到人們的重視,而現(xiàn)階段各種造紙應用的消泡劑種類繁多,特點各異,所以一種消泡劑只能對某一種或幾種體系有效。現(xiàn)就造紙過程中泡沫的產生及醇類消泡劑在造紙過程中的使用情況做初步探討。
1 泡沫的產生
當含有起泡物質的溶液被攪動或混入氣體時氣體分散在液體中的狀態(tài)稱為氣泡。許多氣泡相互結合在一起,彼此之間以很薄的液膜隔開,這種狀態(tài)稱為泡沫。純凈的液體并不產生泡沫,產生泡沫的液體必須有兩種以上的成分。
造紙工業(yè)中的漿料是多種物質的混和體,在漿料的貯存和流送過程中,由于攪拌、湍流、振蕩、噴射等操作形式的存在,所以大量的空氣被帶入漿料中。進入漿料中的空氣被周圍的漿料包圍形成氣泡,在氣泡的表面吸附著定向排列的表面活性劑分子,其疏水基伸向氣泡的內部、親水基向著漿料而產生一層薄膜。形成的氣泡由于漿料的浮力而上升,在上升到漿料的表面時,又把漿料表面上的表面活性劑分子吸附上去,第二層表面活性劑分子的疏水基都是朝向空氣的。因此,當氣泡暴露于空氣時,情況與其在漿料中時不同,氣泡表面的液膜吸附有兩層表面活性劑分子,即形成雙分子膜。氣泡之間由于向外的疏水基之間存在引力而使氣泡聚集到一起形成泡沫。
2 消除泡沫的方法
2.1 物理消泡
改變溫度,過濾除去漂浮物,將容器做成敞口式,除去機械發(fā)泡因素(避免強沸、振蕩、減壓、濺落),除去易起泡的溶質等。
2.2 化學消泡
添加抑泡劑,送入消泡性氣體,利用吸附、沉淀、化學反應除去起泡性物質,調節(jié)pH值及HLB值, 加入能消除泡沫穩(wěn)定性的物質等。
3 消泡劑的消泡機理
3.1 泡沫局部表面張力降低導致泡沫破滅
該種機理的起源是將高級醇或植物油撒在泡沫上,當其溶入泡沫液,會顯著降低該處的表面張力。因為這些物質一般對水的溶解度較小,表面張力的降低僅限于泡沫的局部,而泡沫周圍的表面張力幾乎沒有變化。表面張力降低的部分被強烈地向四周牽引、延伸,最后破裂。
3.2 消泡劑能破壞膜彈性而導致氣泡破滅消泡劑添加到泡沫體系中,會向氣液界面擴散, 使具有穩(wěn)泡作用的表面活性劑難以發(fā)生恢復膜彈性的能力。
3.3 消泡劑能促使液膜排液,因而導致氣泡破滅泡沫排液的速率可以反映泡沫的穩(wěn)定性,添加一種加速泡沫排液的物質,也可以起到消泡作用。
3.4 添加疏水固體顆粒可導致氣泡破滅
在氣泡表面疏水固體顆粒會吸引表面活性劑的疏水端,使疏水顆粒產生親水性并進入水相,從而起到消泡的作用。
3.5 增溶助泡表面活性劑可導致氣泡破滅
某些能與溶液充分混合的低分子物質,可以使助泡表面活性劑被增溶、使其有效濃度降低。有這種作用的低分子物質如辛醇、乙醇、丙醇等醇類,不僅可減少表面層的表面活性劑濃度,而且還會溶入表面活性劑吸附層,降低表面活性劑分子間的緊密程度,從而減弱了泡沫的穩(wěn)定性。
3.6 電解質瓦解表面活性劑雙電層而導致氣泡破滅
對于借助泡沫的表面活性劑雙電層互相作用, 產生穩(wěn)定性的起泡液,加入普通的電解質即可瓦解表面活性劑的雙電層起消泡作用。
4 造紙工業(yè)常用的消泡劑
4.1 烴類消泡劑
烴類一般不單獨作為消泡劑使用,而是與乳化劑以及蠟類配制成W/O型乳液使用,其擴散能力強,消泡速度快,但抑泡效果一般,多用于制漿工段, 如果與疏水顆粒如膠體二氧化硅配合使用,效果則更好。
4.2 聚醚類消泡劑
常用的消泡劑,有“敵泡”之稱,實際應用時,常常將這些表面活性劑與硅油及礦物油配合使用,以降低成本,并達到抑泡和消泡的綜合效果。
4.3 有機硅表面活性劑乳液消泡劑
一般有機化合物,如烴類、醚類、醇類及磷酸脂類鋪展系數較大,因此破壞作用很強,而抑泡作用較差。有機硅鋪展系數很小,單純的有機硅高分子如二甲基聚硅氧烷無消泡作用,但將其乳化后,表面張力迅速降低,使用很少量即能達到很強的消泡和抑泡作用,作為優(yōu)秀的消泡劑必須同時兼顧消泡、抑泡作用,因此有機硅型消泡劑在各類消泡劑中的綜合效果最好。
4.4 醇類消泡劑
丁醇、辛醇、異丙醇等小分子醇類可直接用作消泡劑,也可與其它組分配合使用以提高消泡能力。醇類消泡劑的原理是利用醇類加入后可降低液體的表面張力,使得泡沫容易破裂,從而達到消泡的作用。
4.5 表面活性劑類消泡劑
一般在制漿造紙各個工段中,由于原料在蒸煮過程中產生的大量有機皂類,屬于陰離子表面活性劑類,漿液中產生的泡沫都是由此引起的。所以,可通過加入陽離子等與陰離子具有反電荷的表面活性劑,利用兩種相反電荷的表面活性劑作用來消除。如季銨鹽類陽離子表面活性劑、脂肪酸及其酯類消泡劑等。
5 醇類消泡劑在實際生產中的試驗實例
在我公司的13#紙機和11#紙機分別使用 PW6065和PW6050醇類消泡劑來控制系統(tǒng)的泡沫問題。
5.1 醇類消泡劑PW6065和PW6050的特點
PW 6065適用于紙機白水系統(tǒng)溫度在35~ 55℃時,具有極其出色的漿內脫氣能力;PW 6050 適用于紙機白水系統(tǒng)溫度在35℃以下時,具有極其出色的漿內脫氣能力;
抑泡性能好,一個添加點即可控制整個系統(tǒng)的泡沫;
極易分散在水中,所以不會造成沉積;
相容性極佳,無需現(xiàn)場稀釋,可以直接添加。
5.2 消泡劑添加量
PW6065和PW6050醇類消泡劑,添加量為原用量50%。
5.3 試驗過程
13#紙機網下白水溫度35℃,含氣量1.4圈 (EGT空氣含量檢測儀),現(xiàn)用產品ST消泡劑,加藥濃度2%,加入量900mL/min,添加點:網下接水盤傳動側,紙機運行平穩(wěn),成紙產品質量穩(wěn)定。切換消泡劑,停掉了現(xiàn)用ST消泡劑,由于13# 紙機系統(tǒng)溫度符合PW6065的最佳工作區(qū)間,故選用PW6065在13#紙機上進行試機。PW6065的加入量、加入點、稀釋濃度均同之前保持一致,采取等量替換的方式進行試驗。
保持PW6065加藥濃度2%,加入量900mL/ min,添加點:網下接水盤傳動側,與之前條件相同。紙機一直運行平穩(wěn),成紙產品質量穩(wěn)定。將PW6065加藥濃度減低到1.5%,其他加入條件均保持不變,進行試驗,此時PW6065單位時間的加入量僅為之前ST消泡劑加入量的3/4。紙機一直運行平穩(wěn),成紙產品質量穩(wěn)定。
將消泡劑PW6065加藥濃度進一步減低到 1·0%,其他加入條件均保持不變,進行試驗,此時消泡劑PW6065單位時間的加入量僅為之前ST消泡劑加入量的1/2。紙機一直運行平穩(wěn),成紙產品質量穩(wěn)定。其間測含氣量1.1圈(EGT空氣含量檢測儀),漿內空氣含量也有所下降。
5.4 試驗結果
通過試驗可以達到同樣的消泡效果(11#紙機更佳),空氣含量有所下降,13#紙機空氣含量從0.24% 降低到0.06%,11#紙機空氣含量從0.12%降低到0. 06%,紙機系統(tǒng)空氣含量下降可以明顯改善網部濾水,改善紙頁成型勻度,有利紙機順利運行。
6 結論
6.1 溫度對醇類消泡劑的使用效果有影響,因此使用醇類消泡劑應選擇適合造紙系統(tǒng)溫度的型號;
6.2 使用溫度匹配的消泡劑可以使消泡劑的添加量下降了50%,降低了噸紙成本;
6.3 使用溫度匹配的消泡劑可以使消泡劑紙機系統(tǒng)空氣含量有所下降。
[參 考 文 獻]
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