脂肪醇类和聚醚酯类消泡剂在造纸白水中的应用比较

2019-01-22 14:10阅读：

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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。
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。
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。
1、 2 种消泡剂的介绍和特点
1.1 消泡剂介绍

SPAN> 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。
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。
1.2 2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、 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。
循环鼓泡仪，加药枪(量程 5 ～50 μL)，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 μL。
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1 2种消泡剂性能对比

脂肪醇类和聚醚酯类消泡剂在造纸白水中的应用比较

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，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。
3 上机试验
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 2～4 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 38mL/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12 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 2 更换消泡剂后的前 2 天纸机的空气含量变化

脂肪醇类和聚醚酯类消泡剂在造纸白水中的应用比较

表 3 更换消泡剂后的第 3～4 天消泡剂添加量和纸机的空气含量变化

脂肪醇类和聚醚酯类消泡剂在造纸白水中的应用比较

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。
表4 更换消泡剂后的第 4～5 天消泡剂添加量和纸机的空气含量变化

脂肪醇类和聚醚酯类消泡剂在造纸白水中的应用比较

表5 消泡剂所需费用比较

4 结论
实验室小试结果表明，脂肪醇类和聚醚酯类消泡剂这 2 类消泡剂各有优点：脂肪醇类消泡剂消泡速度快，而聚醚酯类消泡剂抑泡效果好，从理论上来说都适合在现代大型纸机中使用。进一步的上机试验结果显示，在包装纸白水系统中：脂肪醇类消泡剂产品在抄纸系统中消泡速度快，具有不受干强剂影响的优良特性。在无干强剂条件下，脂肪醇类消泡剂不仅以较低的用量完成消泡任务，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。

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