Page 45 - 《精细化工》2021年第5期

第 5 期 董 勇，等: 制浆造纸工业用消泡剂的开发及应用进展 ·899·

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关重要的问题，在生产过程中，泡沫控制不当会严 类化学品，在 Marangoni 效应与重力作用的平衡下 ，
重影响制浆造纸工艺条件的执行以及设备的正常运 泡沫可稳定存在。
转，导致产品产量和质量降低。在制浆过程中，泡
沫的产生和存在会严重妨碍浆料的洗涤、筛选、漂
白及打浆过程的正常进行；在造纸过程中，泡沫问
题对纸浆的流送和脱水成型等工段工艺条件的执行
影响更大，且直接影响成纸质量。
目前，制浆造纸行业控制泡沫的方法主要有物

理法和化学法两种。物理法是通过提高气泡液膜两 a—纯水体系中气泡的破灭；b—Marangoni 效应下气泡的稳定
端气体的透过速率来促进泡膜排液，使泡沫衰减因 图 1 气泡的破灭和稳定机理示意图
素大于稳定因素，从而减少泡沫数量，主要包括放 Fig. 1 Schematic diagram of mechanism of bubbles bursting
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置挡板或滤网、高速离心、蒸汽和加压减压等 。 and stabilizing

化学法包括化学反应法和添加消泡剂法，其中化学
将消泡剂加入富含泡沫的体系中后，消泡剂会
反应法是通过所加特定试剂与起泡剂发生化学反
迅速分散为微滴。由于消泡剂微滴具有极低的表面
应，降低起泡体系中起泡剂浓度，从而促使泡沫破
张力，可迅速与泡沫液膜形成局部接触并使该部分
裂；添加消泡剂可以通过改变气泡局部表面张力而
形成薄弱环节。在表面张力差的作用下，该部分被
达到消泡的目的。虽然物理法环保且可重复使用，
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强烈地向四周牵引并延展，最终导致气泡液膜破裂 。
但只能短时间去除表面泡沫，难以消除大量细密的 其消泡过程如图 2 所示，消泡剂微滴接触到气泡液
泡沫 [3-4] ，其受环境因素影响较大，还会增加造纸企
膜任一位置均具有相同的消泡效果。
业设备投入和维修保养费用。而化学反应法在实际
应用前需确定起泡剂成分，并且所加试剂与起泡剂
产生的难溶性物质会对设备产生危害。生产实践证
明，利用消泡剂控制泡沫是最经济有效的措施，该
方法不需要改变原本的生产工艺流程，也无需大量 图 2 加入消泡剂后气泡的破灭
Fig. 2 Burst of bubbles after adding defoamer
的设备投资和维修保养费用，效果理想，操作方便，
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已在制浆造纸工业中得到广泛的应用 。
1.2 消泡剂种类
随着制浆造纸行业市场的不断扩大，相关化学
德国物理学家 QUINCKE 在 19 世纪首次提出化
助剂市场也会持续发展。专家预测，近 5 年中国消 学方法消泡，如乙醚蒸汽可消除肥皂泡 。到目前
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泡剂市场将以超过 4%的增长率持续增长 。因此，
为止，消泡剂已经历 4 次更新换代。第 1 代消泡剂
对于消泡剂的深入研究和开发工作至关重要。本文
主要以矿物油类、醇类、酰胺类、脂肪酸及其衍生
将对泡沫的稳定与消泡机理、消泡剂的种类和性质
物等为代表，目前在制浆造纸行业中应用较多的是
特点、消泡剂在制浆造纸行业不同工段中的应用进
高碳醇类消泡剂，其分子式如图 3a 所示。高碳醇是
展进行总结，结合目前制浆造纸用消泡剂的开发和
强疏水弱亲水的线型分子，进入起泡体系中后会吸
应用现状，对适合于制浆造纸用消泡剂的发展趋势
附在纤维表面的细小泡沫上，从而脱除气体达到消
进行展望，为持续增长的消泡剂市场需求提供借鉴。
泡的目的。第 2 代消泡剂为聚醚类，其主要成分聚
1 消泡剂的作用机理与分类 醚是由环氧乙烷和环氧丙烷组成的线型共聚物，其
分子式如图 3b 所示。聚醚类消泡剂主要利用其溶解
1.1 消泡机理 性与温度间的关系特性进行消泡。温度升高至浊点
泡沫是由液体薄膜或固体薄膜隔离开的具有多 时，聚醚分子链节由曲折型转变为锯齿状，聚醚分
个界面的气泡聚集体，从热力学角度来说其本身并 子亲水性降低，呈不溶解状态，可吸附于气泡表面
不稳定，当气体进入含表面活性剂的溶液中时，可 并降低其表面张力，致使气泡破裂 [10-11] 。第 3 代消
形成亚稳态泡沫，无外界因素干扰时可长时间稳定 泡剂为有机硅类，其分子式如图 3c 所示。有机硅结
存在。如图 1 所示，溶液体系中无表面活性剂时， 构中疏水基团 Si—Si 键和 Si—O 键的键能大于传统
气泡会因重力作用而直接破裂；而在制浆造纸生产 碳链表面活性剂 C—C 键和 C—O 键的键能，使其
过程中，由于溶液体系中存在着原料自身携带的树 具有结构稳定和疏水性能强的特点；较大的相对分
脂、木质素衍生物类物质和外部添加的表面活性剂 子质量和多支的结构特性使其同时具备良好的低温