CN104179071A - 一种造纸湿部消泡剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种造纸湿部消泡剂，由脂肪酸单酰胺、脂肪醇、乳化剂、脂肪酸酯、助消泡剂、增稠剂及水通过乳化工艺制得“水包油”乳液；所述造纸湿部消泡组合物以脂肪酸单酰胺为主要消泡活性物，通过脂肪醇和助消泡物质的增效作用，使得消泡剂在40~50℃造纸白水中可以起到良好的消抑泡效果和经济效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种造纸湿部消泡组合物，可在造纸湿部水中起消泡脱气作用，属于精细化工制剂技术领域。
背景技术
在造纸湿部中，根据不同纸种会用到施胶剂、助留剂、助滤剂、增强剂、脱墨剂等具有表面活性的不同助剂，在白水封闭循环过程中很容易产生气泡，而这些气泡的存在对纸张有很大的影响，引起施胶度差、纸面出现斑点、透光点和小孔等现象，甚至引起断纸，且容易使泵的运行效率下降，增加能耗。
目前市售的用于造纸湿部的消泡剂主要分为本体型和乳液型，本体型是改性聚醚，乳液型是脂肪醇乳液。就市场价格和对造纸性能的影响这两方面而言，脂肪醇乳液型消泡剂占有绝对的市场优势。
正因为脂肪醇乳液型消泡剂的优势所在，国内外的研究人对脂肪醇乳液的组份做了很多的研究。CN101780383A提及的消泡活性物质由炔醇、高级脂肪醇、甘油聚醚组成的消泡活性物质，通过炔醇提高消泡剂的润湿能力，但其用量过大会影响消泡剂的消抑泡性能，且炔醇价格昂贵。US5744066A通过一种至少4个羟基或至少2个羟基和分子内醚键与至少20个碳原子的脂肪酸形成的酯来提高脂肪醇乳液在40℃以上的消抑泡性能。US5700351A通过一种聚醚与C12~C22脂肪酸形成的分子量5000以上的酯来提高脂肪醇乳液在较高温度下的消抑泡性能。CN102600647A制备了一种由脂肪醇、有机烃类物质、脂肪酸酯、乳化剂、增稠剂和水组成的稳定乳液。上述提及的专利中均是以脂肪醇为主要消泡活性物质，通过其他物质的增效，解决脂肪醇乳液在不同造纸白水温度下的消泡活性问题。且在造纸白水中可以起到良好消泡活性，碳数大于18的脂肪醇市场价格昂贵，尤其是可以制备稳定乳液的合成脂肪醇，供货商单一，使得脂肪醇乳液的市场价格一直居高不下。
专利CN102300612B、CN102266681A、CN103877754A、CN103882770A和US4225456A中均利用脂肪酸双酰胺或脂肪酸多酰胺作为主要消泡活性物，通过融于烃类或脂肪酸类液体基油，快速冷却的方法制备消泡剂，并用于造纸工业，但由于脂肪酸双酰胺和脂肪酸多酰胺的高熔点和低溶解度的特性，这类消泡剂在使用过程中会发生沉积，从而影响纸机的正常运行。 另一方面，CN1538866A通过一种酰胺化合物提高脂肪醇乳液消泡剂在高温下的消泡和/或脱气作用，但其酰胺化合物合成反应复杂，合成成本昂贵，且其仍只能通过添加少量的这种酰胺化合物形成“水包油”脂肪醇乳液。
发明内容
本发明以市场易购、且价格相对低廉的脂肪酸单酰胺为主要消泡活性物，通过脂肪醇和助消泡物质的增效作用，使得本发明消泡剂在40~50℃造纸白水中可以起到良好的消抑泡效果和经济效益，且本发明通过乳化工艺，形成“水包油”乳液，在使用过程中不会发生沉积。
技术方案
一种消泡组合物，其特征在于它由以下物质组成：
A.脂肪酸单酰胺
所述脂肪酸单酰胺，具体的结构式如下：
其中R为C15~21的烷基， R′为氢或者C16~22的烷基，R、R′为烷基时，可以是饱和的，也可以是不饱和的，如R可选自-C15H31、-C17H35、-C17H33、-C19H39、-C21H43、-C21H41，R′可选自-H、-C16H33、-C18H37、-C18H35、-C20H41、-C22H45、-C22H43。所述脂肪酸单酰胺优选油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂基芥酸酰胺、油基棕榈酰胺、十八烷基十八酰胺。其中脂肪酸单酰胺的用量占消泡剂总质量的10~20%。
脂肪醇
脂肪醇为C12~C30的一元至三元醇，包括合成脂肪醇和天然脂肪醇。合成脂肪醇可以通过齐格勒法由烷基铝的氧化而得到，也可以通过羰基合成得到；天然脂肪醇可以通过油脂中提取而得到。所述的脂肪醇可以是C12醇、C14醇、C16醇、C18醇、C20醇、C22醇、C24醇、C26醇、C28醇、C30醇单一碳原子数的脂肪醇，也可以是，例如C12-18醇、C16-18醇、C16-22醇含有不同碳原子数的混合脂肪醇。其中脂肪醇的用量占消泡剂总质量的5~10%。
乳化剂
乳化剂包括非离子型表面活性剂和阴离子表面活性剂，二者可单独使用或混合使用，优选混合使用。
非离子表面活性剂，例如失水山梨醇单硬脂酸酯（S-60）、失水山梨醇单油酸酯（S-80）、失水山梨醇单硬脂酸聚氧乙烯醚酯（T-60）、失水山梨醇单油酸聚氧乙烯醚酯（T-80）、脂肪醇聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚。
阴离子表面活性剂可以是羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐、磷酸酯盐，具体地如十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠、十二烷基磷酸钠。
乳化剂的用量占消泡剂总质量的0.01~10%。
脂肪酸酯
脂肪酸酯是由碳原子数12~22的脂肪酸与碳原子数1~18的1~6元醇反应而得，可以是单酯或多酯。所述的脂肪酸例如月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、山嵛酸；所述的醇例如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、己醇、癸醇、十八烷醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、季戊四醇。脂肪酸酯的用量占消泡剂总质量的1~6%。
助消泡剂
助消泡物质可以是有机烃类物质，例如商购的白油、石蜡。也可以是一元或多元醇的聚氧乙烯聚氧丙烯醚，如商购的甘油聚氧乙烯聚氧丙烯醚。其中助消泡物质的用量占消泡剂总质量的2~8%。
．增稠剂
增稠剂可以是天然的，也可以是合成的，包括汉生胶、瓜尔胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺及聚丙烯酸酯。优选聚丙烯酸增稠剂，增稠剂的用量占消泡剂总质量的0.5～3%。
．水
水为分散介质，其用量决定着乳液的固含量，优选其用量占消泡剂总质量的60～75%。
一种造纸湿部消泡剂，制备方法包括以下步骤：
（1）将脂肪酸酰胺、脂肪醇、乳化剂、脂肪酸酯、助消泡物质加热至70~95℃，以300r/min转速搅拌混合30min；
（2）将温度为70~95℃的热水加入上述混合物中，保温并搅拌20min；
（3）将上述混合物通过高速剪切设备，并在70~95℃下加入增稠剂，搅拌10min；最后再次通过高速剪切设备，冷却至室温，即得本发明消泡剂。
具体实施方式
实施例1
将20g油酸酰胺、5gC18-26混合合成脂肪醇、0.5g异构十三醇聚氧乙烯醚（30）、1g十二烷基苯磺酸钠、1g季戊四醇单硬脂酸酯、2g石蜡加热至90℃，以300r/min转速混合搅拌30min，加入68.5g90℃的热水，保温并搅拌20min，通过高速剪切设备，并在90℃下加入2g聚丙烯酸增稠剂，搅拌10min，再次通过高速剪切设备，冷却至室温，即可得到粘度为1052mPa.s的消泡剂。
实施例2
将10g芥酸酰胺、7gC18-26混合合成脂肪醇、0.5g异构十三醇聚氧乙烯醚（30）、0.5g十二烷基二苯醚二磺酸钠、3g季戊四醇单硬脂酸酯、8g石蜡加热至95℃，以300r/min转速混合搅拌30min，加入69g95℃的热水，保温并搅拌20min，通过高速剪切设备，并在95℃下加入2g聚丙烯酸增稠剂，搅拌10min，再次通过高速剪切设备，冷却至室温，即可得到粘度为617mPa.s的消泡剂。
实施例3
将15g硬脂基芥酸酰胺、5gC22天然脂肪醇、1g壬基酚聚氧乙烯醚（40）、0.5g十二烷基苯磺酸钠、6g甘油单硬脂酸酯、5g石蜡加热至95℃，以300r/min转速混合搅拌30min，加入66.5g90℃的热水，保温并搅拌20min，通过高速剪切设备，并在90℃下加入1g聚丙烯酸增稠剂，搅拌10min，再次通过高速剪切设备，冷却至室温，即可得到粘度为1847mPa.s的消泡剂。
实施例4
将15g油基棕榈酰胺、10gC18-22混合天然脂肪醇、1g壬基酚聚氧乙烯醚（40）、1g十二烷基苯磺酸钠、1g甘油单硬脂酸酯、2g甘油聚氧乙烯聚氧丙烯醚加热至85℃，以300r/min转速混合搅拌30min，加入69.5g85℃的热水，保温并搅拌20min，通过高速剪切设备，并在85℃下加入0.5g聚丙烯酸增稠剂，搅拌10min，再次通过高速剪切设备，冷却至室温，即可得到粘度为915mPa.s的消泡剂。
实施例5
将10g十八烷基十八酰胺、10gC18-22混合天然脂肪醇、0.5g油酸聚氧乙烯醚（40）、1g十二烷基硫酸钠、1g甘油单硬脂酸酯、8g甘油聚氧乙烯聚氧丙烯醚加热至90℃，以300r/min转速混合搅拌30min，加入69g90℃的热水，保温并搅拌20min，通过高速剪切设备，并在90℃下加入0.5g聚丙烯酸增稠剂，搅拌10min，再次通过高速剪切设备，冷却至室温，即可得到粘度为432mPa.s的消泡剂。
实施例6
将20g油酸酰胺、10gC18-26混合合成脂肪醇、0.5g油酸聚氧乙烯醚（40）、0.5g十二烷基硫酸钠、1g季戊四醇单硬脂酸酯、2g甘油聚氧乙烯聚氧丙烯醚加热至90℃，以300r/min转速混合搅拌30min，加入65.5g90℃的热水，保温并搅拌20min，通过高速剪切设备，并在90℃下加入0.5g聚丙烯酸增稠剂，搅拌10min，再次通过高速剪切设备，冷却至室温，即可得到粘度为785mPa.s的消泡剂。
对比例1
根据CN102600647A中制备方法制备脂肪醇乳液，具体的：
将22gC18-26混合合成脂肪醇，3g石蜡，3g季戊四醇单硬脂酸酯、0.4g异构十三醇聚氧乙烯醚（30），0.2g十二烷基苯磺酸钠混合加热至90℃，混合搅拌均匀，加入70.2g90℃的水，通过高速剪切设备得到乳液，加入0.2g十二烷基磺酸钠，冷却后加入1g聚丙烯酸增稠剂即得到粘度为385mPa.s的脂肪醇乳液。
对比例2
将25gC18-26混合合成脂肪醇、0.5g异构十三醇聚氧乙烯醚（30）、1g十二烷基苯磺酸钠、1g季戊四醇单硬脂酸酯、2g石蜡加热至90℃，以300r/min转速混合搅拌30min，加入68.5g90℃的热水，保温并搅拌20min，通过高速剪切设备，并在90℃下加入2g聚丙烯酸增稠剂，搅拌10min，再次通过高速剪切设备，冷却至室温，即可得到粘度为752mPa.s的消泡剂。
对比例3
将20gC18-22混合天然脂肪醇、0.5g油酸聚氧乙烯醚（40）、1g十二烷基硫酸钠、1g甘油单硬脂酸酯、8g甘油聚氧乙烯聚氧丙烯醚加热至90℃，以300r/min转速混合搅拌30min，加入69g90℃的热水，保温并搅拌20min，通过高速剪切设备，并在90℃下加入0.5g聚丙烯酸增稠剂，搅拌10min，再次通过高速剪切设备，冷却至室温，即可得到粘度为975mPa.s的消泡剂。
消抑泡性能测试
测试方法：向便携式循环鼓泡仪中加入600ml瓦楞纸白水，加热至所需温度，开启流量泵，在9L/min的流量下，循环至泡沫体积为300ml，然后加入6ul消泡剂，记录泡沫体积随时间的变化规律。相同时间内，泡沫体积越小，消抑泡性能越好。测试结果见表1和表2：
表1 40℃下消抑泡性能
表2 50℃下消抑泡性能
从上表可以看出，本发明以脂肪酸酰胺为主要消泡活性物制备的消泡剂与以脂肪醇为主要消泡活性物制备的消泡剂相比，在40℃、50℃造纸白水中，可发挥相当或更好的消抑泡效果。
Claims (5)
1.一种造纸湿部消泡组合物，其特征在于，它由以下组分组成：
脂肪酸单酰胺，结构通式如下：
其中R为C15~21的烷基，R′为氢或为C16~22的烷基，用量为消泡组合物总质量的10~20%；
B、脂肪醇，为C12~C30的一元至三元醇，选自C12醇、C14醇、C16醇、C18醇、C20醇、C22醇、C24醇、C26醇、C28醇、C30醇单一碳原子数的脂肪醇，C12-18醇、C16-18醇、C16-22醇含有不同碳原子数的混合脂肪醇，所述脂肪醇的用量占消泡剂总质量的5~10%；
C、乳化剂，为非离子型表面活性剂和阴离子表面活性剂，两者单独使用或混合使用，所述乳化剂的用量占消泡组合物总质量的0.01~10%；
D、脂肪酸酯，由碳原子数12~22的脂肪酸与碳原子数1~18的1~6元醇反应得到，为单酯和多酯，所述脂肪酸酯的用量占消泡组合物总质量的1~6%；
E、助消泡剂，选自有机烃类物质、一元或多元醇的聚氧乙烯聚氧丙醚，所述的助消泡剂用量为消泡剂组合物总质量的2~8%；
F、增稠剂，包括汉生胶、瓜尔胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺及聚丙烯酸酯，所述增稠剂的用量占消泡组合物总质量的0.5~3%；
G、水，是分散介质，用量占消泡组合物总质量的60～75%。
2.根据权利要求1所述的一种消泡剂组合物，其特征在于脂肪酸单酰胺中的R、R′为烷基，为饱和的或不饱和的， R可选自-C15H31、-C17H35、-C17H33、-C19H39、-C21H43、-C21H41，R′可选自-H、-C16H33、-C18H37、-C18H35、-C20H41、-C22H45、-C22H43。
3.根据权利要求1所述的一种消泡剂组合物，其特征在于脂肪酸单酰胺优选为油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂基芥酸酰胺、油基棕榈酰胺、十八烷基十八酰胺。
4.根据权利要求1所述的一种造纸湿部消泡组合物，其特征在于增稠剂为聚丙烯酸。
5.一种权利要求1-4中任何一项所述的造纸湿部消泡组合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①将脂肪酸单酰胺、脂肪醇、乳化剂、脂肪酸酯、助消泡剂加热至70~95℃，以300r/min转速搅拌混合30min；
②将温度为70~95℃的热水加入上述混合物中，保温并搅拌20min；
③将上述混合物通过高速剪切设备，并在70~95℃下加入增稠剂，搅拌10min；最后再次通过高速剪切设备，冷却至室温，即得本发明消泡剂。
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