CN102154939A

CN102154939A - 一种造纸抄纸体系用消泡剂

Info

Publication number: CN102154939A
Application number: CN 201110028716
Authority: CN
Inventors: 吴飞; 曹添; 钟翔; 许勇
Original assignee: Sixin Science & Technology Applied Inst Co Ltd Nanjing City
Current assignee: Sixin Science & Technology Applied Inst Co Ltd Nanjing City
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2011-08-17

Abstract

本发明提供了一种造纸抄纸体系用消泡剂，其由高级脂肪醇、高级脂肪醇聚醚、脂肪酸酯、有机硅组合物、乳化剂和水组成。本发明的消泡剂可以在涂料、淀粉加工等行业，以及造纸行业的抄纸、涂布、洗浆、污水处理等工序中高效地消除有害的泡沫，且性能不受温度的影响，能很好地解决多种表面活性剂共同稳泡情况下的泡沫消除问题。

Description

一种造纸抄纸体系用消泡剂

技术领域

本发明涉及到一种造纸抄纸体系用消泡剂，消泡剂是一种精细化学品添加剂，因此，隶属于精细化工制剂技术领域。

背景技术

现代工业生产中，例如纺织印染、涂料、造纸、清洗、金属加工等行业，通常要使用大量的化学助剂来满足不同的目的，由于所使用的化学助剂有许多是表面活性剂和高分子化合物，因此在生产中会产生大量的泡沫，尤其以阴离子和非离子表面活性剂的起泡现象最为严重。这些危害泡沫不及时消除的话，会对后续工序产生严重的影响，很容易造成产品的不稳定。针对这种问题，目前比较高效的方法是向起泡体系中加入消泡剂。

在造纸工业中，一般含有制浆、抄纸和涂布等主要工序。在制浆过程中，通常采用硫酸盐法进行蒸煮，在蒸煮过程中要用到很多助剂，如蒸煮剂等；抄纸过程主要是将纸浆形成纸板的过程，在上网前一般要添加助留剂、助滤剂、湿强剂、施胶剂等，这些物质都是以高分子化合物为主体，它们在水中形成的泡沫因高分子的吸附而增强了泡膜的强度，使得消泡变得困难，另一方面就是细小纤维表面、内部都可能会吸附微小气泡，这些气泡用普通的消泡剂难以消除；涂布工序与涂料工序类似，主要是将颜料、填料、成膜物质以及一些助剂经过特定设备充分混合，由于成膜物质是高分子，颜料和填料的颗粒一般都很小，就非常容易吸附在泡沫的气液界面上，而吸附了固体微粒的气泡很难从液相中脱除。

关于造纸工业用消泡剂的介绍有很多，例如：EP-A-0149812介绍了一种以丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺作稳定剂，以C_12～26脂肪醇、C_12～22脂肪酸与C_1～18的单、双或三羟基醇生成的酯、沸点超过200℃的烃类物质或是C_12～22脂肪酸作油相组分的O/W型消泡剂；EP-A-3001387介绍了一种由高熔点的醇和室温下为液态的烃类物质组成的消泡剂；EP-A-0662172介绍了一种乳液型消泡剂，其油相主要包括；C_12～22脂肪酸与C_1～18的单、双或三羟基的酯、用至少含有2个甘油链节的聚甘油与至少C_12～36脂肪酸反应生成的酯、C_12～22脂肪酸与聚氧烷烯(分子量为5000g/mol)反应生成的酯，以上组分借助于乳化剂的乳化作用，形成O/W的消泡剂乳液；EP-A-0696224介绍了一种由熔点超过40℃的醇、熔点超过45℃的酮和熔点超过50℃的合成蜡组成的消泡剂；CA02493055介绍了以高碳醇、聚甘油硬脂酸酯、矿物油、乙二胺双硬脂酸酰胺、脂肪酸酯等组分为消泡主体的消泡剂；CN200510094717.8介绍了一种由高级脂肪醇、高级脂肪醇聚醚、含氮聚醚、脂肪酸酯、疏水粒子、矿物油和乳化剂组成的O/W型消泡剂乳液。

由于造纸厂规模不一，生产的纸张也不一，这就决定了造纸抄纸水温和白水中的组成物质上存在较大差异。高分子型表面活性剂和普通表面活性剂共存于抄纸白水体系中，这就对消泡剂的要求相对较高，能同时消除多种表面活性剂稳定的泡沫的消泡剂很少有涉及。

本发明人经过大量的研究，发现将高级脂肪醇、高级脂肪醇聚醚、脂肪酸酯、有机硅组合物和乳化剂复合起来，能很好地解决多种表面活性剂共同稳泡情况下的泡沫消除问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于造纸工业抄纸体系用的消泡剂，使其能很好地解决多种表面活性剂共同稳泡情况下的泡沫问题。

本发明的消泡剂由以下组分组成：

1、消泡活性物

(1)高级脂肪醇，选自十二烷醇、十四烷醇、十六烷醇、十八烷醇、二十碳烷醇、二十二烷醇，二十四烷醇和二十八烷醇，为其中的一种或几种的混合物。以消泡活性物总质量为100份计，则高级脂肪醇的用量为5～80份。

(2)高级脂肪醇聚醚，由高级脂肪醇与环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)在催化剂的作用下加成而得，结构通式如下：

RO(EO)_m(PO)_nH

其中R为C_12～22的长链烷基，m、n为下标，m为1～50的整数，n为1～80的整数。以消泡活性物总质量为100份计，则高级脂肪醇聚醚的用量为5～70份。

(3)脂肪酸酯，包括单硬脂酸甘油酯、硬脂酸辛酯、硬脂酸十八酯、二十二醇硬脂酸酯、二十二酸二十二醇酯，优选单硬脂酸甘油酯或二十二醇硬脂酸酯，以消泡活性物总质量为100份计，则脂肪酸酯的用量为1～20份。

(4)有机硅组合物，由聚有机硅氧烷、白炭黑和催化剂经过反应制得。以消泡活性物总质量为100份计，则有机硅组合物的用量为1～20份。

(A)聚有机硅氧烷，结构通式如下：

R′_aSiO_(4-a)/2

其中R′为碳原子数为1～20的一价烃基，a的取值为1.9～2.2。满足以上条件的聚有机硅氧烷很多，本发明中优选为三甲基硅氧基封端的聚二甲基硅氧烷，具粘度为100～100,000mPa·s，优选为500～10,000mPa·s，用量占有机硅组合物的80～99％，优选90～95％。

(B)白炭黑，为疏水白炭黑，比表面积至少50m²/g，优选150～250m²/g。用量占有机硅组合物的1～18％，优选3～8％。

(C)催化剂，常用的催化剂包括：LiOH、CsOH、NaOH、KOH、Me₄NOH、H₂SO₄、H₃PO₄，本发明优选NaOH。催化剂的用量为有机硅组合物的0.5～3％，优选1～2％。

所述有机硅组合物的制备工艺如下：先将聚有机硅氧烷和白炭黑在室温下混合均匀，然后升温到反应温度50～300℃，优选100～200℃，加入催化剂反应2～8h，优选4～6h。反应完毕降温至室温即得有机硅组合物。

消泡活性物的用量占消泡剂总质量的10～40％。

2、乳化剂

乳化剂可以是阴离子型、非离子型或阳离子型的表面活性剂，具体包括壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、失水山梨醇单硬脂酸酯、失水山梨醇聚氧乙烯醚单硬脂酸酯、失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇聚氧乙烯醚单油酸酯、硬脂酸聚氧乙烯醚、甘油单硬脂酸酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、辛醇聚氧乙烯醚磷酸盐和聚醚改性聚硅氧烷，它们单独使用或混合使用，乳化剂用量占消泡剂总质量3～15％。

3、水

为去离子水，用量占消泡剂总质量的50～85％。

消泡剂乳液的制备方式主要采用“乳化剂在油中法”，乳化温度为50～80℃，优选为60～70℃，乳液的粒径控制在2～15μm。

本发明的消泡剂可以在涂料、淀粉加工等行业，以及造纸行业的抄纸、涂布、洗浆、污水处理等工序中都能高效地消除有害的泡沫，且性能不受温度的影响。

具体实施方式

有机硅组合物的制备：

采用前面提到的有机硅组合物的制备工艺和下表中的条件，制备有机硅组合物。

表1有机硅组合物

实施例1

向反应瓶中加入5份十八醇、2份甘油单硬脂酸酯、5份高级脂肪醇聚醚(结构式为C₁₃H₂₇O(EO)₅(PO)₇H)、2份有机硅组合物A、2份N-90(聚醚改性聚硅氧烷，南京四新科技应用研究所有限公司自制)和1份P-70(聚醚改性聚硅氧烷，南京四新科技应用研究所有限公司自制)，将体系升温至80℃，搅拌片刻，使得组分混合均匀；然后缓慢向其中加入70份水，水加完后通过胶体磨研磨分散，直到乳液粒径小于15μm，得到消泡剂E。

实施例2

向反应瓶中加入5份十二醇，5份高级脂肪醇聚醚(结构式为C₁₈H₃₇O(PO)₁₀H)、4份硬脂酸辛酯、6份有机硅组合物B、2份壬基酚聚氧乙烯醚(10)和2份壬基酚聚氧乙烯醚(3)，将体系升温至70℃，保温10min，缓慢加入70份水，水加完后，通过胶体磨研磨分散使得乳液粒径小于15μm，得到消泡剂F。

实施例3

向反应瓶中加入3份二十醇，5份高级脂肪醇聚醚(结构式为C₁₈H₃₇O(EO)₅(PO)₁₀H)、4份硬脂酸辛酯、6份有机硅组合物C、1份辛基酚聚氧乙烯醚(10)、1份辛基酚聚氧乙烯醚(4)和2份N-80(聚醚改性聚硅氧烷，南京四新科技应用研究所有限公司自制)，将体系升温至75℃，保温30min，缓慢加入70份水，水加完后，通过胶体磨研磨分散使得乳液粒径小于15μm，得到消泡剂G。

实施例4

向反应瓶中加入5份二十二醇，5份高级脂肪醇聚醚(结构式为C₁₈H₃₇O(PO)₁₀H)、4份硬脂酸辛酯、6份有机硅组合物D和2份失水山梨醇单油酸酯，将体系升温至70℃，保温10min，缓慢加入70份水，水加完后，通过胶体磨研磨分散使得乳液粒径小于15μm，即得消泡剂H。

对比例

向反应瓶中加入5份十八醇、2份甘油单硬脂酸酯、10份高级脂肪醇聚醚(结构式为C₁₃H₂₇O(EO)₅(PO)₇H)、10份自油、2份失水山梨醇单硬脂酸酯和1份失水山梨醇聚氧乙烯醚单硬脂酸酯，体系升温至80℃，搅拌片刻，使得组分混合均匀；然后缓慢向其中加入70份水，水加完后，通过胶体磨乳化分散，直到乳液粒径小于15μm，得到消泡剂I。

消泡剂的消抑泡性能测试：

分别模拟造纸涂布工序和抄纸白水环境，来对比测试实施例、对比例和外样J(市售的造纸抄纸体系用消泡剂)的消抑泡性能。

1、模拟造纸涂布工序测试消泡剂的消抑泡性能

测试方法：室温下，向带有空气鼓泡气头的500ml量筒内装入丁苯胶乳起泡液200ml，然后向其中加入0.005g消泡剂，开启空气泵，让空气以100ml/min的流量注入到起泡液中，记录泡沫达到一定体积的对应时间，泡沫达到同一体积所需的时间越长，表示消泡剂的消抑泡性能越好。测试结果见表2：

表2消泡剂的消抑泡性能对比测试结果

泡沫体积/ml

消泡剂E

消泡剂F

消泡剂G

消泡剂H

消泡剂I

外样J

250

27″

25″

23″

20″

25″

24″

300

2′45″

1′45″

1′35″

1′45″

1′40″

350

3′35″

2′20″

2′35″

2′45″

2′25″

2′35″

400

4′35″

3′40”

3′15″

3′05″

3′10″

450

5′05″

4′50″

4′45″

3′55″

3′25″

3′55″

500

6′15″

6′30″

5′55″

5′05″

3′45″

4′50″

2、模拟抄纸白水环境测试消泡剂的消抑泡性能

测试设备：便携式循环鼓泡仪(南京四新科技应用研究所有限公司自制)

测试方法：将便携式循环鼓泡仪的空气流量旋钮调至8L/min，往带有刻度的500ml玻璃容器中加入200ml的抄纸白水，再加入0.010g消泡剂，升温至30℃，开启空气泵并计时，记录泡沫升至一定体积的时间。泡沫达到相同体积所需的时间越长，表示消泡剂的消抑泡性能越好。测试结果见表3：

表3消泡剂的消抑泡性能对比测试结果

泡沫高度/ml

消泡剂E

消泡剂F

消泡剂G

消泡剂H

消泡剂I

外样J

215

22″

20″

19″

20″

250

1′40″

1′45″

1′30″

1′35″

1′25″

1′30″

300

2′45″

2′30″

2′25″

2′20″

2′05″

2′25″

350

3′40″

3′35”

3′25″

3′

2′55″

3′05″

400

4′20″

4′05″

3′45″

3′50″

3′20″

3′45″

450

5′35″

5′20″

5′15″

5′10″

4′55″

5′

从表2和表3的测试结果可以看出，实施例消泡剂的消抑泡性能优于对比例消泡剂和外样J。

Claims

1.一种造纸抄纸体系用消泡剂，由消泡活性物、乳化剂和水组成，其特征在于：

(1)、消泡活性物：包括高级脂肪醇、高级脂肪醇聚醚、脂肪酸酯和有机硅组合物，用量为消泡剂总质量的10～40％；

(2)、乳化剂：选自阴离子型、非离子型或阳离子型的表面活性剂，用量为消泡剂总质量的3～15％；

(3)、水：为去离子水，用量为消泡剂总质量的50～85％。

2.如权利要求1所述的一种造纸抄纸体系用消泡剂，其中(1)所述的高级脂肪醇，选自十二烷醇、十四烷醇、十六烷醇、十八烷醇、二十碳烷醇、二十二烷醇，二十四烷醇和二十八烷醇，为其中的一种或几种的混合物，以消泡活性物总质量为100份计，高级脂肪醇的用量为5～80份。

3.如权利要求1所述的一种造纸抄纸体系用消泡剂，其中(1)所述的高级脂肪醇聚醚，结构通式为：

RO(EO)_m(PO)_nH

其中R为C_12～22的长链烷基，m为1～50的整数，n为1～80的整数，以消泡活性物总质量为100份计，高级脂肪醇聚醚的用量为5～70份。

4.如权利要求1所述的一种造纸抄纸体系用消泡剂，其中(1)所述的脂肪酸酯，选自单硬脂酸甘油酯、硬脂酸辛酯、硬脂酸十八酯、二十二醇硬脂酸酯和二十二酸二十二醇酯，以消泡活性物总质量为100份计，脂肪酸酯的用量为1～20份。

5.如权利要求1或4所述的一种造纸抄纸体系用消泡剂，其中脂肪酸酯为单硬脂酸甘油酯或二十二醇硬脂酸酯。

6.如权利要求1所述的一种造纸抄纸体系用消泡剂，其中(1)所述的有机硅组合物，由聚有机硅氧烷、白炭黑和催化剂经过反应制得，以消泡活性物总质量为100份计，有机硅组合物的用量为1～20份：

A、聚有机硅氧烷，结构通式为：R′_aSiO_(4-a)/2，其中R′为碳原子数为1～20的一价烃基，所述的聚有机硅氧烷为三甲基硅氧基封端的聚二甲基硅氧烷，粘度为100～100,000mPa.s，用量占有机硅组合物总质量的的80～99％；

B、白炭黑，为疏水白炭黑，比表面积至少为50m²/g，用量占有机硅组合物总质量的1～18％；

C、催化剂，选自LiOH、CsOH、NaOH、KOH、Me₄NOH、H₂SO₄、H₃PO₄，用量为有机硅组合物总质量的0.5～3％；

所述有机硅组合物的制备工艺为：先将聚有机硅氧烷和白炭黑在室温下混合均匀，然后升温到反应温度50～300℃，加入催化剂反应2～8h，反应完毕后，降温至室温即得。

7.如权利要求1所述的一种造纸抄纸体系用消泡剂，其中(2)所述的乳化剂，选自壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、失水山梨醇单硬脂酸酯、失水山梨醇聚氧乙烯醚单硬脂酸酯、失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇聚氧乙烯醚单油酸酯、硬脂酸聚氧乙烯醚、甘油单硬脂酸酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、辛醇聚氧乙烯醚磷酸盐和聚醚改性聚硅氧烷，它们单独使用或混合使用。