脂肪醇类和聚醚酯类消泡剂在造纸白水中的应用比较.docx

脂肪醇类和聚醚酯类消泡剂在造纸白水中的应用比较唐晓磊，曹添，谢伟，于金龙，李凡（南京四新科技应用研究所有限公司，江苏 南京210028）中图分类号：ts727+.2文献标识码：a文章编号：1007-2225（2013）02-0035-04application comparison of fatty alcohol defoamer and polyetherester defoamer in papermaking white watertang xiao-lei，cao tian，xie wei，yu jin-long，li fan（nanjing sixin scientific-technological application research institute co.，ltd.，nanjing 210028，china）在现代造纸工业中，白水和浆料中所含有的空气与小气泡对纸机抄纸、纸幅成形，包括成纸后纸张 的质量都有巨大的影响。气泡的产生取决于多方面 原因，比如湿部化学品的使用；上浆池流送系统中浆 料的喷射搅动；真空辊抽吸过程中加入空气和上网 白水的回收等；这些来自各个方面产生的气泡很容 易导致各种 生产问题的 产生。常见的 有：纸浆在 流送系统中不稳定；纸张定量产生波动；纸张在成形 中脱水能力降低，并使纤维和未分散的填料易于凝 聚，从而降低纸页的匀度；气泡还容易导致泡沫点、 针眼等常见纸病。所以，造纸工业对于消泡的要求 较高，控制好高速纸机流浆箱内空气含量是非常重 要的1。在消除泡沫的方法上，仅是用机械除气法往往 是不够的。现代化纸厂大都使用高效、便捷的消泡剂 来帮助纸浆除气。关于消泡剂的作用机理，普遍认为是低表面张力的消泡剂进入了双分子定向气泡膜的 局部，破坏了定向气泡膜的力学平衡而导致破泡或 抑制发泡。现在市场上主要应用于造纸工业的消泡剂主要有 3 类：分别是有机硅类消泡剂、脂肪醇类消 泡剂和聚醚酯类消泡剂。由于有机硅类消泡剂中含有硅油，无法达到造纸工业生产中不影响生产的要 求，因而一般用于抄纸工段的多为脂肪醇类消泡剂 和聚醚酯类消泡剂2。本文将对脂肪醇类消泡剂和聚醚酯类消泡剂在生产应用中并结合我公司产品的实际应用情况来进行比较。2 种消泡剂的介绍和特点消泡剂介绍脂肪醇类消泡剂是特种羟基化合物和少许增11.1效剂以及乳化剂、分散剂等组成的 o/w 型消泡剂。高级脂肪醇类消泡剂价格低廉，从 20 世纪 90 年代 起就在日本的造纸行业被广泛使用3。聚醚酯类的消泡剂是聚醚消泡剂的改进产品， 拥有表面张力低、易于分散和乳化、耐高温、稳定性 好等优点，但是价格比较昂贵4。1.22 种消泡剂的应用特点聚醚酯类消泡剂的特点是消泡速度一般；但脱 气、抑泡效果强；其消泡性能受温度、纸机速度影响 小。若系统内使用施胶剂时要注意，该消泡剂可能 影响施胶。脂肪醇类消泡剂优点是：消泡速度快；不参与 抄纸反应，对施胶效果无影响；在以废纸为原料的 纸张或纸板生产时对白水有较强的消泡性能；在水 中易分散，使用不受纸种和工艺限制。2 种消泡剂的实验室性能对比现以国内某年产 60 万 t 大型箱板纸企业的实际2收稿日期：2013-01-23（修回） 36 造纸化学 品第 25 卷生产应用为例介绍。该厂年产 20 万 t 的箱板纸生产线目前使用某国 外知名品牌的淡黄色聚醚酯类消泡剂效果良好，但 是价格较高。本实验根据纸厂提供的国外聚醚酯类 消泡剂和现场白水进行循环鼓泡测试。2.1试验原料和仪器 脂肪醇类消泡剂，聚醚酯类消泡剂（国外产品，下称“外样”），现场包装纸白水。需要上机实验来进一步验证 2 种产品应用于实际生产的效果。上机试验3联系相关纸厂，并实地考察纸机的具体参数，了解湿部主要使用的化学品为施胶剂、干强剂、助 留助滤剂、杀菌剂、毛毯保洁剂以及消泡剂。3.1消泡剂添加点上机试验使用三叠网纸机，白水系统为全封闭 循环使用。在面芯底机外白水桶、面层水封池、芯层底层机下白水池处采用计量泵进行不稀释连续添加消泡剂。添加用量预计为 110 g/t，与工厂原来 使用的国外聚醚酯类消泡剂用量相同。3.2上机试验过程和数据记录上机试验时间为 5 天，该纸厂对系统中空气含 量的要求为低于 1%。上机试验测试了无干强剂和有干强剂 2 种不同情况的生产状态。根据试验结 果，进一步优化消泡剂使用量，上机试验的具体数据如表 24 所示。如表 2 所示数据，可以看出切换消泡剂后，白水 池内气体含量上升，系统不稳定。之后随时间变化，白水池气体含量降低，系统慢慢趋于稳定。同时，减 少了芯层白水桶的消泡剂用量后，空气含量“反弹”；重新增加消泡剂用量后，空气含量再次降低。从而可以确定适合该系统的添加量。从纸厂采集数据得知， 原消泡剂添加量 86 ml/min，平均每天使用 118 kg 左右的消泡剂。如纸厂产量按 1 100 t/d 计算，消泡 剂的吨纸耗量 107 g；脂肪醇类消泡剂用量优化至57 ml/min，吨纸耗量 71 g。试验期间，冲浆泵转速 等能耗各项指标稳定，各白水桶液位稳定。面层、芯层波动较大，底层较稳定。如表 3 显示，第 3 天之前消泡剂用量和白水系 统内空气含量都已基本稳定，纸厂停用干强剂后，各 个添加点的泡沫明显减少，故进一步优化减少消泡 剂的添加量，同时空气含量也没有出现较大波动，经 过 4 次优化，脂肪醇类消泡剂流量进一步下降到 38 ml/min，吨纸耗量 47 g，运行稳定，泡沫情况正常，车 间跟踪指标稳定。此后因生产需要，纸厂大量使用了干强剂，导致 泡沫大幅增加，机底白水池出现满溢，迅速将消泡剂 用量增加至 170 ml/min，控制泡沫产生。待泡沫控制 住后，重新优化消泡剂用量至 131 ml/min，稳定运行循环鼓泡仪 ，加药枪（量程 5 50l），烧杯（100 ml）。其中，循环鼓泡仪是我公司自行研发的模拟纸机白水流动冲击起泡的仪器，可以根据实际 情况调节冲击量大小和纸机白水温度。2.2 试验条件和方法测试条件：（1）液体流量为 6 l/min；（2）温度 为 35 ；（3）消泡剂用量为 5 l。测试方法：洗净循环测试仪器，加入规定量（即鼓泡仪量筒的 0 刻度为止）的起泡介质（即现场白 水），加热至设定温度；在设定流量下，循环鼓泡至 指定的泡沫体积 v0（一般为 300 ml，并记录此时所 需的时间 t0 ）；然后加入准备好的消泡剂样品，记 下泡沫降到的最低点泡沫高度 v1 和所需的时间 t1，然后记录泡沫体积随着时间的变化规律，每种样 品测试 2 次，数据见表 1。表 12 种消泡剂性能对比泡沫高度/ml时间/s脂肪醇类消泡剂（1）脂肪醇类消泡剂（2）外样（）外样（）12051015306090120150180210240270300110100110130140190220310350400300120110110130150200230300335400300150140140130130150200250330380400300170160140130130140190220290350380400由表 1 可以看出，这 2 种消泡剂都能进行有效的消泡和抑泡，其中脂肪醇类消泡剂在消泡速 度上明显优于聚醚酯类的产品，但是其抑泡性能略逊于聚醚酯类的消泡剂。考虑到二者性能接近，第 2 期唐晓磊，等：脂肪醇类和聚醚酯类消泡剂在造纸白水中的应用比较 37 表 2更换消泡剂后的前 2 天纸机的空气含量变化消泡剂添加量 1）/（mlmin-1）系统中气体含量/%测试时间面层芯层芯、底层面层芯层底层水封池机外白水桶机外白水桶机底白水池机外白水桶采用原消泡剂更换消泡剂20252525252520202020272727272727241620202020177202525252524181818181818181313131724303030302424242424242424171717166101010101070.50.570.4第 1 天9：4010：1511：1512：1512：4514：4515：1516：0520：00第 2 天00：004：008：008：309：3010：0010：200.610.40.390.370.070.250.270.40.40.470.520.42第 1 次优化0.740.50.30.540.910.870.390.470.760.440.20.340.40.320.32第 2 次优化0.420.40.420.820.740.350.30.320.32注：1）消泡剂添加量是指计量泵加入的流量，该消泡剂的消泡成分的固含量为 30%（下同）。表 3更换消泡剂后的第 34 天消泡剂添加量和纸机的空气含量变化消泡剂添加量/（mlmin-1）系统中气体含量/%测试时间面层芯层芯、底层面层芯层底层机外白水桶水封池机外白水桶机外白水桶机底白水池13：2014：40第 3 天8：009：4011：4015：4017：0019：0022：00第 4 天4：009：4012：0015：002417171516130.620.440.420.360.30.49第 3 次优化停用干强剂 第 4 次优化15111111111111111111121212151515151515151315150.370.380.440.360.30.320.340.680.580.520.340.330.30.280.30.280.320.340.40.360.350.350.370.360.340.380.380.50.480.441212121212121212 h，第 4 天消泡剂用量下降至 100 ml/min，吨纸耗量 124 g。具体数据如表 4 所示。表 4 表明，在大量增加干强剂用量，消泡剂添 加量不变的情况下，系统内产生的泡沫将显著增多，需要增加消泡剂用量来控制白水池内的泡沫。 在消泡剂添加量适应当前白水系统时，可以稍减少 消泡剂用量来节约成本，找到最适宜的添加量。3.3上机试验总结当该抄纸系统未加干强剂时，我公司生产的脂肪醇类消泡剂使用效果优良，吨纸耗量为 47 g， 可有效控制泡沫；当该抄纸系统加入大量干强剂（13 l/min）时，消泡剂吨纸耗量需提高至 124 g。表5 为 1 天耗用消泡剂的费用比较。从表 5 可以看出，抄纸系统不使用干强剂时， 脂肪醇类消泡剂用量少，见效快，吨纸费用只有国外聚醚酯类消泡剂产品的三分之一。抄纸系统使用 38 造纸 化 学 品第 25 卷表 4更换消泡剂后的第 45 天消泡剂添加量和纸机的空气含量变化消泡剂添加量 1）/（mlmin-1）系统中气体含量/%测试时间面层芯层芯、底层面层芯层底层机外白水桶水封池机外白水桶机外白水桶机底白水池17：0017：5018：5019：40第 5 天9：4010：1010：4012：0014：0014：5015：3017：0019：00增加干强剂用量603030303040353535302424325020181818242420141414141460302832324034342830242419303939394545454535353535231812121010777770.820.740.680.660.680.60.520.390.340.40.360.320.420.40.420.460.420.380.320.280.30.320.40.380.740.720.660.680.720.660.460.440.40.380.370.4再次增加干强剂用量表 5消泡剂所需费用比较并且能够稳定纸厂生产；在大量加入干强剂后，脂肪醇类消泡剂用量略有增加，但只比进口聚醚酯类 消泡剂产品高出 14 g/t（纸）。综合价格等其他因素 来看，脂肪醇类消泡剂性价比远高于国外聚醚酯 类消泡剂的产品。使用该脂肪醇类消泡剂，纸厂在 消泡剂一项支出上每年可以节约 20 万40 万元 或更多费用。该脂肪醇类消泡剂不仅能够帮助广 大造纸企业节约生产成本，提升经济效益，而且能 够大大减小对国外产品的依赖性，对纸厂后续的技 术创新和生产优化具有深远的意义。国外聚醚酯类产品脂肪醇类消泡剂 无干强剂无干强剂有干强剂消泡剂耗用量/kg消泡剂吨纸耗量/g 消泡剂单价/（元kg-1） 吨纸消泡剂费用/元12111024290451.74715775136.4124152046干强剂进行生产时，吨纸脂肪醇类消泡剂消耗量略高于聚醚酯类消泡剂产品，但从吨纸消泡剂费用来 看仍然明显低于聚醚酯类消泡剂产品，性价比更 好。说明我公司生产的脂肪醇类消泡剂适应该厂白 水体系，消泡效果达到纸厂要求，经适当地调节，能 以较少的用量适应生产状态，帮助纸厂节约了生产 成本，提高了产品竞争力。参考文献：1 卢谦和主编. 造纸原理与工程m. 北京：中国轻工业出版社，2004：163-164.2 曹治平，吴飞. 两种新型造纸消泡剂的现场应用测试j. 造纸化 学品，2006，18（4）：24-26.3 刘晓玲，华兆哲，王重辉，等. 乳液型高级脂肪醇类消泡剂的研制j. 造纸科学与技术，2005，24（3）：5-9.4 于正浪，郭睿，贾建明，等. 聚醚酯/高级脂肪醇复合乳液消泡剂 的配制及影响因素j. 湖南造纸，2010，17（1）：26-27.结论4实验室小试结果表明，脂肪醇