CN101845770A - 一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂及其制备方法，属于造纸化学品，它主要包括C₁₂-C₃₆高级脂肪醇、脂肪酸酯、聚醚和矿物油、乳化剂、增稠剂、杀菌剂和水。制备过程是将消泡活性物质和乳化剂预先混合熔融，当体系温度升至一定温度后，一次性将水加入，高剪切下均质一定时间，冷却至常温后加入增稠剂与杀菌防腐剂即可得本消泡剂。本发明生产工艺简便，原料易得，消泡、抑泡效果好，在造纸抄纸工段表现出优异的脱气性能。

Description

一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种消泡剂及其制备方法，具体涉及一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂及其制备方法，本发明属于精细化学品技术领域。

背景技术

造纸是国民经济生产中的重点工业。在造纸抄纸工序中，由于从制浆工序中夹带了木素、脂肪酸、树脂酸皂、脱墨剂等天然助剂以及打浆过程中向浆池中添加的许多化学助剂，如助滤剂、助留剂、湿强剂、施胶剂等等，在打浆和白水封闭循环过程中很容易产生气泡。由于浆料中含有非常细微的纤维和颜料填料等，这些固体物质为气泡的吸附提供了载体，根据纤维的不同，有的吸附在纤维的表面，有的渗透到纤维的内部，同时细小的颜料和填料很容易附聚在气泡的表面，增强了泡沫的强度。当然不排除有些细微的气泡分散于浆料中。当浆料中的气泡含量很多时，气泡就容易合并，小的合并成大的，大气泡由于密度很小很容易浮于液面上，即为我们平常所看到的液面泡沫，比起浆料中的纤维上吸附的细微泡沫，液面上的泡沫是较大的。液面泡沫的产生还可能是浆料洗不干净、纤维润胀不完全、浆料呈瀑布状落下，浆泵的空气泄漏等，把大量空气混入水中产生了泡沫等因素。

因此浆料中空气存在的几和形式如下：

一是漂浮在液面上的泡沫；

二是溶解于浆料中的空气；

三是吸附在纤维表面和纤维内部细微的泡沫。

抄纸工序中泡沫的存在对纸张有很大影响，使施胶度差、横幅定量均一性差、纸面出现斑点、透光点和小孔洞等，甚至引起断纸，而且容易使泵的运行效率下降，增加能耗，使得整个流送系统不稳定，甚至引起上浆泵的跳闸、停机。据研究，一般直径小于0.8mm的气泡常使网部成形的湿纸产生气泡和成纸均匀度不佳，妨碍纤维与纤维间的结合，纸板容易分层，严重时出现全幅离层。一般的研究和生产经验表明，浆料中的含气量超过0.8％时就会对纸张的质量产生较大的影响。另外，消泡剂具有助留助滤作用，降低了纤维损失，减少了水的浪费及污染问题，使得纸浆的回收率提高，经济效益可观。

消泡剂的制造和使用有很强的针对性，此外任何消泡剂都有选择性，在某些起泡介质中有非常好的消泡作用，但在另一些起泡体系中则消泡效果很差，甚至完全失效。消泡剂的选择性与起泡体系的性质、种类、浓度、温度、压力、搅拌条件等因素相关。消泡剂的配方、用量、加入方法皆对消泡效果有影响。在选择使用消泡剂之前，必须认真试验，才能真正实现消除泡沫的目的。

用于造纸抄纸工段的乳液型消泡剂主要成分是脂肪醇及其衍生物，从其主体材料脂肪醇的结构上讲是一个类似表面活性剂分子的双亲结构，它的一头是亲油的长链碳氢键，另一头是亲水的羟基。由于长链的碳氢链末端的羟基对纤维表面的羟基形成浸润，长链羟基对吸附在纤维表面的气泡有排挤作用，这样粘附在纤维上的微小气泡很容易从纤维上被剥离。被剥离的游离气泡在醇类消泡剂的作用下，很快合并，体积逐渐增大，由于浮力的作用，气泡上升到水面。同样对于水面的泡沫，脂肪醇的羟基，使得它能迅速在泡膜上铺涨，亲油的碳氢链吸附气泡的气液界面上，把原先排列在界面上的表面活性剂、高分子化合物、湿部化学品等形成的分子膜的张力平衡破坏，造成局面膜变薄，气泡很快破裂。脂肪醇类的消泡剂最突出的优点是能迅速快捷的脱除浆料中的气体和消除水面泡沫，对施胶的影响最小，而且使用成本较低，是当今抄纸消泡剂的发展方向。

本发明的乳液消泡剂不是单一的活性成分，而是高级脂肪醇与聚醚的复配，以达到取长补短，使用得到很好的功效。

欧洲专利号EP-A 732134公开了基于水包油分散体的消泡组合物，其油相包含至少一种带有至少4个OH基团或至少一个分子内醚键的糖醇与分子中具有至少20个碳原子的脂肪酸以≥1∶1的摩尔比形成的酯，以改进消泡作用。

中国专利公开号CN 1538866A公开了一种新型的水包油型分散体脱气剂，其中含有一种不溶于水且在室温下为固体的含氧有机物质和一种酰胺化合物，以提高消泡作用。中国专利公开号CN 1781574A公开了一种水包油型乳液消泡剂组合物的制备，其中包括高级脂肪醇与稳定粘度的C2-4烯化氧与有支链烷基的伯醇的加合物。美国专利US 5679286中介绍的乳液消泡剂，其活性组分由70％～98％的脂肪醇和2％～30％的酮类物质组成，并对酮的熔点做出要求。纵观这些乳液型消泡剂的主要活性组分均为脂肪醇，但是它们的共同特点是生产工艺比较复杂，部分原料难以获得，即使获得也价格不菲，从而导致生产工艺比较复杂，生产实现起来存在一定的困难。

本专利申请的一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂克服了上述抄纸消泡剂的缺陷，通过对市场上原料的调查研究，采用常见的原料通过高级脂肪醇与聚醚的复配，解决了原料需要自制合成或者难以采购和生产工艺复杂的问题，同样能达到中等温度下消泡、脱气性能佳的要求，在生产过程中状态、性能稳定，不失为一种价格低廉、效果优异的乳液型消泡剂。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题，解决造纸抄纸工序中存在的有害泡沫问题，以及现有生产工艺比较复杂，部分原料难以获得，即使获得也价格不菲，生产实现起来存在一定的困难，提供一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂及其制备方法。本消泡剂不含有机硅，在生产中具有安全、稳定等优点。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

作为本发明的第一方面，一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂，由以下组分组成，按重量份数计：

((1)消泡活性物质20-28份；

(2)乳化剂2-10份，是非离子型的表面活性剂；

(3)增稠剂0.5-3份，杀菌防腐剂0.02-0.2份；

(4)分散介质水70份；

所述消泡活性物质包括高级脂肪醇、脂肪酸酯、聚醚和矿物油；按照消泡活性物质重量百分比计，高级脂肪醇的用量为20％～60％，脂肪酸酯的用量15％～30％，聚醚的用量为5％～20％，矿物油的10％～30％。

各组分的构成及其在所述的造纸抄纸用的乳液型消泡剂中所占比例详细介绍如下：

(1)高级脂肪醇

脂肪醇的结构式用以下通式表示

ROH················································①

①式中R为取代基，为碳原子数为12～36的一元至三元醇，这些醇可以是饱和的，也可以是不饱和的；可以是直链的，也可以是支链的。高级脂肪醇一般可以为十二烷醇、十四烷醇、十六烷醇、十八烷醇等。这些醇可以是天然的，也可以是合成的。实际使用中可采用一种醇，也可以是多种醇混合复配。

所述高级脂肪醇为天然醇或者合成制备的醇，其分子中具有至少12个碳原子，为C₁₂-C₃₆高级脂肪醇。该类醇的实例是天然醇(脂肪醇)，如肉豆蔻醇、鲸蜡醇、硬脂醇、棕榈醇、牛油脂肪醇和山萮醇，以及合成制备的醇，如可以通过氧化烷基铝由Ziegler方法得到的饱和的、直链、未支化醇和可以通过羰基合成得到的合成醇。实际使用中可采用一种醇，也可以是多种醇混合复配。高级脂肪醇的用量占消泡活性物质的20％～60％。

(2)脂肪酸酯

脂肪酸酯在本发明中起消泡增效和防止液滴沉降的作用，脂肪酸酯至少是一种脂肪酸的甘酯、甘油二酯或甘油三酯。其中脂肪酸是结构中具有至少含有12个碳原子的长链烷基脂肪酸，长链烷基脂肪酸可以是十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸等；长链烷基脂肪酸酯可以是单硬脂酸甘油酯、辛醇硬脂酸酯、十八醇硬脂酸酯、二十二醇硬脂酸酯等，优选单硬脂酸甘油酯或十八醇硬脂酸酯，脂肪酸酯比例占消泡活性物质的15％～30％。

(3)聚醚

聚醚在本发明中起消泡增效的作用，本发明所述的聚醚是聚氧乙烯聚氧丙烯醚，结构式可表示为

其中R为一元醇，也为二元醇或者三元醇，m和n表示一个分子中含有环氧丙烷和环氧乙烷的个数，m为1～50，n为0～30，这种聚醚的分子量一般为1000～4000，浊点为10～20℃。例如是市售的丙二醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚或者是甘油聚氧乙烯聚氧丙烯醚，聚醚的比例占消泡活性物质的5％～20％。

(4)矿物油

专利中采用的矿物油是一些烃类物质，如煤油、柴油、基础油、石蜡、白油、机油的一种或一种以上的组合，优选15#白油或18#白油。矿物油也是本消泡剂的主要消泡物质之一，矿物油比例占消泡活性物质的10％～30％。

本消泡剂的消泡活性物质为上述组分的混合体。除了消泡活性物质外，还需要加入乳化剂，通过乳化剂将活性组分分散在水中，形成O/W型乳液。

乳化剂是非离子型表面活性剂，可以是烷基酚聚氧乙烯系列、脂肪醇聚氧乙烯酯系列或者油酸聚氧乙烯醚系列等，例如是壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、S-60、T-60、S-80、T-80、硬脂酸聚氧乙烯醚、单硬脂酸甘油酯、蓖麻油聚氧乙烯醚等。乳液的制备方式主要采用“转相法”。乳化剂一般采用两元或者多元乳化剂构成，HLB值为7～9，用量为(消泡活性物质)的5％～30％，优选20％。乳化温度是50～80℃，优选60～70℃。

乳液的粒径控制在5～20μm。

分散介质水选用60-90℃热水。

本消泡剂乳液组分中通常还包含至少一种用于调节相应应用所需粘度的增稠剂，能达到抑制油相组分中微粒的聚合作用，并能稳定消泡剂组分。原则上讲，可以使用所有已知可增稠水包油体系的增稠剂。这些增稠剂包括天然增稠剂，如多糖、藻酸盐等，其中包括常见的瓜尔豆胶、黄原胶等；改性的有机聚合物，如羧甲基纤维素，合成增稠剂，如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等。

本消泡剂乳液组分中通常还包含用于防腐的杀菌剂，例如甲醛、异噻唑化合物、卤素类化合物、季铵盐类化合物等。

作为本发明的第二方面，一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂的制备方法，

乳液的制备方式主要采用“水加入油中”的转相法。具体制备方法步骤如下：

(1)消泡活性物质20-28份，乳化剂2-10份；所述消泡活性物质包括高级脂肪醇、脂肪酸酯、聚醚和矿物油；按照消泡活性物质重量百分比计，高级脂肪醇的用量为20％～60％，脂肪酸酯的用量15％～30％，聚醚的用量为5％～20％，矿物油的10％～30％；

(2)升温至50～80℃，搅拌片刻，使得组分混合均匀；

(3)然后将分散介质水70份一次性加入，通过高剪切乳化设备均质20分钟-2小时，冷却至常温后加入增稠剂与杀菌剂即得乳液型消泡剂。

分散介质水选用60-90℃热水。

本发明的消泡剂可以在造纸抄纸工序的网下白水池、抄前井、高位箱等位置加入。一般采用固含量为30％的消泡剂乳液，加量为50～300g/吨纸。

本发明的有益效果：

本发明生产工艺简便，原料易得，消泡、抑泡效果好，在造纸抄纸工段表现出优异的脱气性能。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

本发明实施例均按重量份数计。

实施例1

10份高级脂肪醇、5份单硬脂酸甘油酯、5份聚醚、7份15#白油、2份S-80和1份T-80乳化剂(武汉市嘉恒化工有限公司)加到反应釜中，体系升温至60℃，搅拌一定时间，使得组分混合均匀；然后迅速将70份60-90℃热水加入，通过高剪切乳化设备均质40分钟，冷却至常温后加入1份羧甲基纤维素与0.02份异噻唑啉酮得到消泡剂A。

实施例2

8份高级脂肪醇混合物、8份单硬脂酸甘油酯、5份聚醚、7份15#白油和2份T-80乳化剂(武汉市嘉恒化工有限公司)加到反应釜中，体系升温至60℃，搅拌一定时间，使得组分混合均匀；然后迅速将70份60-90℃热水加入，通过高剪切乳化设备均质40分钟，冷却至常温后加入1份羧甲基纤维素与0.02份异噻唑啉酮得到消泡剂B。

实施例3

10份高级脂肪醇混合物、8份二十二醇硬脂酸酯、2份聚醚、7份18#白油、2份S-60和1份T-60乳化剂(武汉市嘉恒化工有限公司)加到反应釜中，体系升温至70℃，搅拌一定时间，使得组分混合均匀；然后迅速将70份60-90℃热水加入，通过高剪切乳化设备均质40分钟，冷却至常温后加入1份羧甲基纤维素与0.02份异噻唑啉酮得到消泡剂C。

在实验室模拟抄纸白水环境测试消泡剂的性能

测试设备：EGT空气含量测定仪

测试温度：40℃

消泡剂用量：0.05g

测试浆料：实验室自制模拟抄纸现场用浆料

测试方法：在1000ml容器内加入900ml的自制浆料，用EGT空气含量测定仪测试空气含量作为空白样；将浆料倒入烧杯中，并加入消泡剂，搅拌均匀，恒温静置1min，测试空气含量，再恒温静置5min，继续测试空气含量，计算含气量差值比较消泡剂的脱气性能。差值越大，表明消泡剂的脱气效果越好。

测试结果：

表1：消泡剂A、B、C的脱气性能

项目	W0(体积％)	W1(体积％)	W2(体积％)	W01(体积％)	W02(体积％)
						消泡剂A	1.32	0.56	0.83	0.76	0.49
消泡剂B	1.32	0.58	0.79	0.74	0.53
						消泡剂C	1.31	0.60	0.82	0.71	0.49
国外产品	1.32	0.57	0.95	0.75	0.37
						国内产品	1.31	0.80	1.15	0.51	0.16

其中：

W₀-40℃下空白样的空气含量平均值

W₁-40℃下加入消泡剂后静置1min的空气含量平均值

W₂-40℃下加入消泡剂1min测试后静置5min的空气含量平均值

W₀₁-W₀与W₁空气含量平均值差值

W₀₂-W₀与W₂空气含量平均值差值

从表1的测试结果可以看出，本专利发明的消泡剂的性能在中温下与国外产品相当甚至更优，性能远远比国内产品要好。下表是消泡剂A在某大型文化纸厂的现场应用结果：

表2专利消泡剂在现场的应用情况

从表2可以看出，纸张的匀度得到改善，使用消泡剂A两天后助留剂的用量减少；纸张的留着率明显提高；减少了由于泡沫引起的亮点、针孔等纸病。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂，由以下组分组成，按重量份数计：

(1)消泡活性物质20-28份；

(2)乳化剂2-10份，是非离子型的表面活性剂；

(3)增稠剂0.5-3份，杀菌防腐剂0.02-0.2份；

(4)分散介质水70份；

所述消泡活性物质包括高级脂肪醇、脂肪酸酯、聚醚和矿物油；按照消泡活性物质重量百分比计，高级脂肪醇的用量为20％～60％，脂肪酸酯的用量15％～30％，聚醚的用量为5％～20％，矿物油的10％～30％。

2.根据权利要求1所述的消泡剂，其特征在于：所述高级脂肪醇为C₁₂-C₃₆高级脂肪醇，所述高级脂肪醇为一元至三元醇，所述高级脂肪醇是饱和的或不饱和的、直链的或支链的、天然的或合成的高级脂肪醇。

3.根据权利要求1所述的消泡剂，其特征在于：所述脂肪酸酯起消泡增效和防止液滴沉降的作用，脂肪酸酯至少是一种脂肪酸的甘酯、甘油二酯或甘油三酯，其中脂肪酸结构中具有至少含有12个碳原子的长链烷基脂肪酸。

4.根据权利要求1所述的消泡剂，其特征在于：所述聚醚起消泡增效的作用，聚醚是聚氧乙烯聚氧丙烯醚，结构式可表示为

其中R为一元醇，也为二元醇或者三元醇，m和n表示一个分子中含有环氧丙烷和环氧乙烷的个数，m为1～50，n为0～30，所述聚醚的分子量一般为1000～4000，浊点为10～20℃。

5.根据权利要求1所述的消泡剂，其特征在于：所述矿物油是煤油、柴油、基础油、石蜡、白油、机油的一种或一种以上的组合。

6.根据权利要求1所述的消泡剂，其特征在于：所述乳化剂为非离子型表面活性剂，是烷基酚聚氧乙烯或脂肪醇聚氧乙烯酯或者油酸聚氧乙烯醚。

7.根据权利要求1所述的消泡剂，其特征在于：所述增稠剂是天然增稠剂或改性的有机聚合物或合成增稠剂。

8.根据权利要求1所述的消泡剂，其特征在于：所述杀菌防腐剂是甲醛、异噻唑化合物、卤素类化合物、季铵盐类化合物中的一种。

9.根据权利要求1所述的消泡剂，其特征在于：所述分散介质水选用60-90℃热水。

10.一种如权利要求1所述的造纸抄纸用的乳液型消泡剂的制备方法，具体制备方法步骤如下：

(1)消泡活性物质20-28份，乳化剂2-10份(按重量份数计)；

其中所述消泡活性物质包括高级脂肪醇、脂肪酸酯、聚醚和矿物油；按照消泡活性物质重量百分比计，高级脂肪醇的用量为20％～60％，脂肪酸酯的用量15％～30％，聚醚的用量为5％～20％，矿物油的10％～30％；

(2)升温至50～80℃，搅拌片刻，使得组分混合均匀；

(3)然后将分散介质水70份一次性加入，通过高剪切乳化设备均质20分钟-2小时，冷却至常温后加入增稠剂与杀菌剂即得乳液型消泡剂。