造纸过程中泡沫的产生和消除

1、随着造纸工业的发展及产品质量的不断提高，造纸过程中泡沫的产生及其对成纸质童的影响越来越受到人们的重视，本文就造纸过程中泡沫的产生及消除做一简单介绍。 1泡沫的产生气体分散在液体中的状态称为气泡。许多气泡相互结合在一起，彼此之间以很薄的液膜隔开，这种状态称为泡沫。纯净的液体并不产生泡沫，产生泡沫的液体必须有两种以上的成分。泡沫的生成伴随着表面的扩张，因此产生泡沫要做功，功的大小等于气泡的表面积乘以表面张力。造纸工业中的浆料是多种物质的混和体，在浆料的贮存和流送过程中，由于搅拌、湍流、振荡、喷射等操作形式的存在，所以大量的空气被带入浆料中。进入浆料中的空气被周围的浆料包围形成气泡，在气泡的表面吸附

2、着定向排列的表面活性剂分子，其疏水基伸向气泡的内部、亲水基向着浆料而产生一层薄膜。形成的气泡由于浆料的浮力而上升，在上升到浆料的表面时，又把浆料表面上的表面活性剂分子吸附上去，第二层表面活性剂分子的疏水基都是朝向空气的。因此，当气泡暴露于空气时，情况与其在浆料中时不同，气泡表面的液膜吸附有两层表面活性剂分子，即形成双分子膜。气泡之间由于向外的疏水基之间存在引力而使气泡聚集到一起形成泡沫。2影响泡沫稳定性的因索泡沫破坏的过程，主要是隔开的液膜由厚变薄，直至破裂的过程。因此泡沫的稳定性主要决定排液快慢和液膜的强度，影响泡沫稳定性的主要因索，即是影响液膜所保持厚度和表面膜强度的因索，但比较复杂，以下

3、因索，仅作初步分析。2.1 表面张力泡沫的生成是液体表面积的增加过程，而液体表面积的增加意味着体系的能量也相应的增加。因此，从热力学的角度看，低表面张力显然有利于泡沫的生成，生成相同总面积的泡沫，可以少做功。但是，不能保证泡沫的稳定性，只有当表面膜具有一定的强度，低表面张力才有助于泡沫的稳定，泡沫排液的速度和气泡液膜的交界处与平面液膜之间的压力差有关。表面张力低则压差小，因而排液速度较慢，液膜变薄也较慢，这有利于泡沫的稳定。2.2表面膜强度和表面粘度 从第一个影响速度来看，决定泡沫稳定性的关键在于表面膜的强度，而表面液膜的强度主要决定于表面吸附膜的坚固性，此坚固性以表面粘度为其量度。表面粘度与

4、泡沫的稳定性有密切关系。它与表面活性剂的种类、添加剂的性质及其浓度有关，表面粘度大的溶液，所生成的泡沫寿命也较长，即泡沫较为稳定。一些蛋白质的分子较大，分子间作用较强，故其水溶液所形成的泡沫稳定性也较高。一般疏水基中分支较多的表面活性剂，其分子间的作用较直链者为差，因而溶液的表面粘度较小，泡沫稳定性也较差。2.3表面张力的“复原”作用和表面弹性泡沫的液膜受到冲击时，会发生局部变薄的现象。与此同时、变薄之处的液膜表面积增大，表面吸附的表面活性剂分子密度较前减少，表面积增加。于是，没有变薄部分的表面分子有向变薄处迁移的趋势，使变薄处表面分子的密度增大，从而表面张力又下降至原来的数值。在表面分子的迁

5、移过程中，会带动邻近的的液体一起迁移，结果使受外力冲击而变薄的液膜重新变厚。表面张力和液膜厚度的复原均导致液膜强度的恢复，使泡沫具有一定的稳定性而不易破坏。此种复原作用也称作表面弹性。纯液体没有表面弹性，其表面张力不会随表面积的变化而变化，因而不能形成稳定的泡沫。2.4 气体通过液膜的气体透过性一般形成的泡沫中，气泡大小总是不均匀的。小泡中的气体压力比大泡中的大，于是，气体从高压的小泡中透过液膜扩散至低压的大泡中，造成小泡消失，大泡变大，以消耗小泡来增长大泡，引起泡沫中气泡的重排，产生机械冲击导致液膜破裂，最终泡沫消失。一般表面粘度高者，气体透过性低，其泡沫稳定性较好；反之表面粘度低者，气体透

6、过性高，泡沫稳定性较差。气体透过性与表面吸附膜的紧密程度有关，表面吸附的分子排列越紧密，则气体越难透过。除上述因素外，影响泡沫稳定性的还有表面电荷的斥力、温度等因素。其中最重要的因素是表面膜强度，它取决于表面吸附分子的表面结构和相互作用。表面吸附分子排列紧密、相互作用强时，不仅表面膜本身具有较大的强度，而且还能使表面层下面邻近的溶液层不易流走，排液比较困难，液膜厚度较易保持。因此想要消除泡沫，应该首先考虑组成表面膜的表面活性剂的分子结构和性质。3 消除泡沫的方法物理消泡（抑泡）：改变温度，过滤除去漂浮物，将容器做成敞口式，除去机械发泡因素（避免强沸、振荡、减压、溅落），不要放入粗面多孔体；除去

7、气相搅拌（仅使液相密闭或用盖将液面盖住），溶存气体的脱气，油类加热预先脱水，利用起泡分离法，除去易起泡的溶质。化学消泡（抑泡）：添加抑泡剂，送入消泡性气体，长用低起泡性表面活性剂，利用吸附、沉淀、化学反应除去起泡性物质，调节pH值及HLB值，利用脱水剂除去油中的水分，在容器壁涂上吸附药剂（防止暴沸），加入可增加起泡性物质溶解度的物质，加入电解质、加入能消除泡沫稳定性的物质。物理消泡（破泡）改变温度（冷冻、加热、蒸发、干澡），改变压力（声波及空气喷射），液体喷射，用憎水性的金属网搅拌及拍打，离心分离；放射线，使用浅的容器（分散气泡），添加憎水性粉末。化学消泡（破泡）添加破泡剂，利用吸附、溶解、稀

8、释、化学反应除去起泡性物质，与挥发性气体接触，利用加入酸、碱调节pH值及HLB值，利用消泡剂除去分散性的气泡，加入电解质或电解以减弱双电层的相斥，加入排液性的物质，盐析。4消泡剂的消泡机理1)泡沫局部表面张力降低导致泡沫破灭该种机理的起源是将高级醇或植物油撒在泡沫上，当其溶入泡沫液，会显著降低该处的表面张力。因为这些物质一般对水的溶解度较小，表面张力的降低仅限于泡沫的局部，而泡沫周围的表面张力几乎没有变化。表面张力降低的部分被强烈地向四周牵引、延伸，最后破裂。2）消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭消泡剂添加到泡沫体系中，会向气液界面扩散，使具有稳泡作用的表面活性剂难以发生恢复膜弹性的能力。 3）

9、消泡剂能促使液膜排液，因而导致气泡破灭泡膜排液的速率可以反映泡沫的稳定性，添加一种加速泡沫排液的物质，也可以起到消泡作用。4）添加疏水固体颗粒可导致气泡破灭在气泡表面疏水固体颗粒会吸引表面活性剂的疏水端，使疏水颗粒产生亲水性并进入水相，从而起到消泡的作用。 5)增溶助泡表面活性剂可导致气泡破灭某些能与溶液充分混合的低分子物质，可以使助泡表面活性剂被增溶、使其有效浓度降低。有这种作用的低分子物质如辛醇、乙醇、丙醇等醇类，不仅可减少表面层的表面活性剂浓度，而且还会溶入表面活性剂吸附层，降低表面活性剂分子间的紧密程度，从而减弱了泡沫的称定性。 6）电解质瓦解表面活性剂双电层而导致气泡破灭对于借助泡沫

10、的表面活性剂双电层互相作用，产生稳定性的起泡液，加人普通的电解质即可瓦解表面活性剂的双电层起消泡作用。5在造纸工业常用的消泡剂 1) 烃类消泡剂烃类一般不单独作为消泡剂使用，而是与乳化剂以及蜡类配制成W/O型乳液使用，其扩散能力强，消泡速度快，但抑泡效果一般，多用于制浆工段，如果与疏水颗粒如胶体二氧化硅配合使用，效果则更好。2）聚醚类消泡剂嵌段聚醚是常用的消泡剂，有“敌泡”之称，实际应用时，常常将这些表面活性剂与硅油及矿物油配合使用，以降低成本，并达到抑泡和消泡的综合效果。 3）有机硅表面活性剂乳液消泡剂一般有机化合物，如烃类、醚类、醇类及磷酸脂类铺展系数较大，因此破坏作用很强，而抑泡作用较差

11、。有机硅铺展系数很小，单纯的有机硅高分子如二甲基聚硅氧烷无消泡作用，但将其乳化后，表面张力迅速降低，使用很少量即能达到很强的消泡和抑泡作用，作为优秀的消泡剂必须同时兼顾消泡、抑泡作用，因此有机硅型消泡彻在各类消抱剂中的综合效果最好。4）醇类消泡剂丁醇辛醇、异丙醇等小分子醇类可直接用作消泡剂，也可与其它组分配合使用以提高消泡能力。醇类梢泡荆的原理是利用醇类加人后可降低液体的表面张力，使得泡沫容易破裂，从而达到消泡的作用。5）表面活性剂类消泡剂一般在制浆造纸各个工段中，由于原料在蒸煮过程中产生的大量有机皂类，属于阴离子表面活性剂类，浆液中产生的泡沫都是由此引起的。所以，可通过加入阳离子等与阴离子具有反电荷的表面活性剂，利用两种相反电荷的表面活性剂作用来消除。如季铵盐类阳离子表面活性剂，脂肪酸及其酯类消泡剂等。6）小结 在造纸过程中，由于生产的产品、工艺以及使用的填料、助剂等的不同，所以发泡体系、发泡场合也