CN115105867A - 一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂及制备方法，包括高碳醇，填料粒子，聚醚，水，复合乳化剂与稳定剂。本发明在保持乳液优良消泡效率的同时，为进一步提高乳液分散性，通常是在乳液中添加分散剂，与现有技术使用单一改性的二氧化硅粒子不同，本发明以石墨烯为基底，石墨烯本身具有很好的疏水性能，且比表面积大，可以提高防腐性能，提高消泡剂的热稳定性，不易破乳漂油、消泡迅速、抑泡持久，可耐高温耐酸碱，安全无毒、符合环保要求；质量稳定，具有适宜的粘稠度和浓度，便于稀释和使用；同时用量少，具有生产周期短、无污染、无排放以及环境友好等优点。

Description

一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂及制备方法

技术领域

本发明属于消泡剂技术领域，涉及消泡剂，尤其涉及一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂及制备方法。

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种形式如下：

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。

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。

中国专利公开号CN1538866A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CN1781574A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。

现有的消泡乳液无法同时满足快速的消泡性能、长久抑泡性能和产品的自身稳定性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂及制备方法，本发明的乳液型消泡剂在保持乳液优良消泡效率的同时，进一步提高乳液分散性。

本发明还提供了上述的乳液型消泡剂的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂，按重量份数计，所述造纸抄纸用的乳液型消泡剂的组分包括：高碳醇50～75份，填料粒子1～5份，聚醚25～35份，水400～500份，复合乳化剂5～15份与稳定剂0.5～3份。

作为本发明的一种优选方案，所述高碳醇包括十二烷醇、十四烷醇、十六烷醇、十八烷醇、二十烷醇、二十二烷醇、二十四烷醇和二十八烷醇中的一种或几种。

作为本发明的一种优选方案，所述填料粒子选自纳米二氧化硅、改性石墨烯、硅树脂和明矾中的一种或几种。

作为本发明的一种优选方案，所述改性石墨烯的改性方法为：称取3.5～7.5份的氨基三亚甲基膦酸，6.5～10.5份的松香酸，0.05～0.15份的四氯化锆和0.1～0.5份的石墨烯加入10～50mL的无水乙醇中，超声5～10min后，130～150℃下反应75～90min，冷却至室温，放入干燥箱95～120℃烘干得到改性石墨烯。

作为本发明的一种优选方案，还包括0.2-0.5份的助消泡剂，所述助消泡剂选自辛醇、丙醇和乙酸乙酯中的一种或几种。

作为本发明的一种优选方案，所述聚醚选自聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚、聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚中的一种或几种。

作为本发明的一种优选方案，所述复合乳化剂选自聚乙二醇壬基苯基醚、辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基酚聚氧乙烯醚、山梨醇酐单硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯和聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯中的任意两种的组合。

作为本发明的一种优选方案，所述稳定剂选自羟甲基纤维素钠、明胶、聚丙烯酸酯和黄原胶中的一种或几种。

本发明还提供了上述的造纸抄纸用的乳液型消泡剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将高碳醇和填料粒子置于反应釜内，搅拌均匀，得到第一混合液；

2)向所述第一混合液中加入聚醚和复合乳化剂，搅拌至均一溶液，得第二混合液；

3)向所述第二混合液中匀速加入水进行乳化，乳化完成后再加入稳定剂，制得所述造纸抄纸用的乳液型消泡剂。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤1)中反应釜内的温度为95～125℃；所述步骤2)中反应釜内的温度为85～95℃；所述步骤3)在加入水之前先将第二混合液的温度降至35～45℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明首先通过复配乳化剂提高乳液稳定性，通过加入填料粒子提高分散性和消泡性能以及防腐性能。

2)在保持乳液优良消泡效率的同时，为进一步提高乳液分散性，通常是在乳液中添加分散剂，与现有技术使用单一改性的二氧化硅粒子不同，本发明以石墨烯为基底，石墨烯本身具有很好的疏水性能，且比表面积大，可以提高防腐性能，而为了提高石墨烯在乳液中的分散性，本发明对其进行改性，不对称修饰亲水疏水基团提高分散稳定性，本发明使用氨基三亚甲基膦酸与松香酸，通过水包油型乳化界面，同时在加入四氯化锆，在提高消泡剂分散性能的同时，提高消泡剂的热稳定性，不易破乳漂油、消泡迅速、抑泡持久，可耐高温耐酸碱，安全无毒、符合环保要求；质量稳定，具有适宜的粘稠度和浓度，便于稀释和使用；同时用量少，具有生产周期短、无污染、无排放以及环境友好等优点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中所用的原料，均可从市场购得。

实施例1

本实施例提供了一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂，按重量份数计，所述造纸抄纸用的乳液型消泡剂的组分如下：二十四烷醇65份，改性石墨烯3份，聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚30份，去离子水450份，质量比为1:1的聚乙二醇壬基苯基醚与辛基酚聚氧乙烯醚10份，稳定剂聚丙烯酸酯2份与0.3份的助消泡剂乙酸乙酯。

改性石墨烯的改性方法为：称取3.5份的氨基三亚甲基膦酸，6.5份的松香酸，0.05份的四氯化锆和0.5份的石墨烯加入50mL的无水乙醇中，超声10min后，150℃下反应90min，冷却至室温，放入干燥箱120℃烘干得到改性石墨烯。

制备方法包括如下步骤：

1)将二十四烷醇和改性石墨烯置于反应釜内，温度为105℃，搅拌均匀，得到第一混合液；

2)向所述第一混合液中加入聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚和聚乙二醇壬基苯基醚与辛基酚聚氧乙烯醚，温度为,90℃，搅拌至均一溶液，得第二混合液；

3)温度降至,40℃，向所述第二混合液中匀速加入水进行乳化，乳化完成后再加入聚丙烯酸酯与乙酸乙酯，制得所述造纸抄纸用的乳液型消泡剂。

实施例2

本实施例提供了一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂，按重量份数计，所述造纸抄纸用的乳液型消泡剂的组分如下：十四烷醇30份，二十八烷醇20份，纳米二氧化硅1份，聚氧丙烯甘油醚25份，去离子水400份，质量比为1:2的辛基酚聚氧乙烯醚与十二烷基酚聚氧乙烯醚5份与羟甲基纤维素钠0.5份。

制备方法包括如下步骤：

1)将十四烷醇，二十八烷醇和纳米二氧化硅置于反应釜内，温度为95℃，搅拌均匀，得到第一混合液；

2)向所述第一混合液中加入聚氧丙烯甘油醚和辛基酚聚氧乙烯醚与十二烷基酚聚氧乙烯醚，温度为85℃，搅拌至均一溶液，得第二混合液；

3)温度降至35℃，向所述第二混合液中匀速加入水进行乳化，乳化完成后再加入羟甲基纤维素钠，制得所述造纸抄纸用的乳液型消泡剂。

实施例3

本实施例提供了一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂，按重量份数计，所述造纸抄纸用的乳液型消泡剂的组分如下：十二烷醇10份，十八烷醇10份，二十四烷醇25份，二十八烷醇30份，改性石墨烯5份，聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚35份，去离子水500份，质量比2:3的聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯和聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯15份，明胶3份。

改性石墨烯的改性方法为：称取7.5份的氨基三亚甲基膦酸，10.5份的松香酸，0.15份的四氯化锆和0.4份的石墨烯加入45mL的无水乙醇中，超声10min后，140℃下反应85min，冷却至室温，放入干燥箱95℃烘干得到改性石墨烯。

制备方法包括如下步骤：

1)将十二烷醇，十八烷醇，二十四烷醇，二十八烷醇和改性石墨烯置于反应釜内，温度为125℃，搅拌均匀，得到第一混合液；

2)向所述第一混合液中加入聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚和聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯和聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯，温度为95℃，搅拌至均一溶液，得第二混合液；

3)温度降至45℃，向所述第二混合液中匀速加入水进行乳化，乳化完成后再加入明胶，制得所述造纸抄纸用的乳液型消泡剂。

对比例1，与实施例1的唯一区别是未加入填料粒子。

消泡性能比较：按照GB/T26527-2011《有机硅消泡剂》配制起泡液，测定消泡性能，用循环鼓泡仪测定起泡力和抑泡性能。

起泡液配制：称取5g壬基酚聚氧乙烯醚和5g十二烷基苯磺酸钠溶于990mL水中，混合后搅拌至均匀透明状液体。

起泡力测定：完全清洗仪器，在量筒中注入200mL起泡液，水浴恒温至40℃，记录所形成的泡沫在循环鼓泡80s、3min、5min时的体积，若5min时泡沫的毫升数未达到800mL，需重新配制。若超过800mL记录在循环鼓泡停止后1min、2min、3min时泡沫的体积，若3min时测试用起泡液起泡力小于800mL，需重新配制。

消泡性能测定：用具塞量筒量取(50±0.5)mL的标准起泡溶液，加入0.2g消泡剂，在水浴中恒温至50℃，盖上瓶塞，以每秒2次的频率、(30～35)cm的摆幅上下垂直摇动量筒10次、100次，静置并开始用秒表计时，记录泡沫消至液面出现所用时间，单位为s。

抑泡性能测定：当循环鼓泡仪中泡沫高度升至800mL刻度时停止鼓泡加入消泡剂溶液并开始计时，1min后开启循环鼓泡仪，记录6min时的泡沫高度作为抑泡高度。

测定结果见表1。

表1.测定结果

由此可见，本发明首先通过复配乳化剂提高乳液稳定性，通过加入填料粒子提高分散性和消泡性能以及防腐性能。在保持乳液优良消泡效率的同时，为进一步提高乳液分散性，通常是在乳液中添加分散剂，与现有技术使用单一改性的二氧化硅粒子不同，本发明以石墨烯为基底，石墨烯本身具有很好的疏水性能，且比表面积大，可以提高防腐性能，而为了提高石墨烯在乳液中的分散性，本发明对其进行改性，不对称修饰亲水疏水基团提高分散稳定性，本发明使用氨基三亚甲基膦酸与松香酸，通过水包油型乳化界面，同时在加入四氯化锆，在提高消泡剂分散性能的同时，提高消泡剂的热稳定性，不易破乳漂油、消泡迅速、抑泡持久，可耐高温耐酸碱，安全无毒、符合环保要求；质量稳定，具有适宜的粘稠度和浓度，便于稀释和使用；同时用量少，具有生产周期短、无污染、无排放以及环境友好等优点。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂，其特征在于，按重量份数计，所述造纸抄纸用的乳液型消泡剂的组分包括：高碳醇50～75份，填料粒子1～5份，聚醚25～35份，水400～500份，复合乳化剂5～15份与稳定剂0.5～3份。

2.根据权利要求1所述的造纸抄纸用的乳液型消泡剂，其特征在于，所述高碳醇包括十二烷醇、十四烷醇、十六烷醇、十八烷醇、二十烷醇、二十二烷醇、二十四烷醇和二十八烷醇中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的造纸抄纸用的乳液型消泡剂，其特征在于，所述填料粒子选自纳米二氧化硅、改性石墨烯、硅树脂和明矾中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的造纸抄纸用的乳液型消泡剂，其特征在于，所述改性石墨烯的改性方法为：称取3.5～7.5份的氨基三亚甲基膦酸，6.5～10.5份的松香酸，0.05～0.15份的四氯化锆和0.1～0.5份的石墨烯加入10～50mL的无水乙醇中，超声5～10min后，130～150℃下反应75～90min，冷却至室温，放入干燥箱95～120℃烘干得到改性石墨烯。

5.根据权利要求1所述的造纸抄纸用的乳液型消泡剂，其特征在于，还包括0.2-0.5份的助消泡剂，所述助消泡剂选自辛醇、丙醇和乙酸乙酯中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的造纸抄纸用的乳液型消泡剂，其特征在于，所述聚醚选自聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚、聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的造纸抄纸用的乳液型消泡剂，其特征在于，所述复合乳化剂选自聚乙二醇壬基苯基醚、辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基酚聚氧乙烯醚、山梨醇酐单硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯和聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯中的任意两种的组合。

8.根据权利要求1所述的造纸抄纸用的乳液型消泡剂，其特征在于，所述稳定剂选自羟甲基纤维素钠、明胶、聚丙烯酸酯和黄原胶中的一种或几种。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的一种造纸抄纸用的乳液型消泡剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将高碳醇和填料粒子置于反应釜内，搅拌均匀，得到第一混合液；

2)向所述第一混合液中加入聚醚和复合乳化剂，搅拌至均一溶液，得第二混合液；

3)向所述第二混合液中匀速加入水进行乳化，乳化完成后再加入稳定剂，制得所述造纸抄纸用的乳液型消泡剂。

10.根据权利要求9所述的造纸抄纸用的乳液型消泡剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中反应釜内的温度为95～125℃；所述步骤2)中反应釜内的温度为85～95℃；所述步骤3)在加入水之前先将第二混合液的温度降至35～45℃。