CN115155115A - 一种造纸用高碳醇乳液消泡剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种造纸用高碳醇乳液消泡剂及其制备方法和应用，属于造纸用消泡剂技术领域。将高碳醇与硬脂酸混合，加热熔融，形成油相；将水玻璃、聚丙烯酸和乳化剂分散在水中，加热升温至70~90℃，作为水相；将水相加入至油相中，形成油水混合物，乳化后得高碳醇乳液消泡剂。利用硬脂酸、聚丙烯酸与水玻璃（硅酸钠）原位反应在高碳醇与水的界面上原位合成胶体二氧化硅的方法，与少量表面活性剂联合，起到提高高碳醇乳液稳定性的作用，并大幅度降低了表面活性剂用量，提高了高碳醇乳液消泡剂的消泡效果。
Description
技术领域
本发明属于造纸用消泡剂技术领域，具体涉及一种造纸用高碳醇乳液消泡剂及其制备方法和应用。。
背景技术
在现代制浆造纸过程中，由于纸浆中含有大量随高得率浆、二次纤维浆和分散型填料带入的具有表面活性的木素衍生物、蛋白质和其他表面活性物质，在输送和经历各种机械搅拌作用时因混入空气而形成泡沫，泡沫的存在不仅影响纸浆的洗涤、降低纸料滤水性能、引起纸张断头和增加停机次数，也容易形成各种纸病，如造成纸面破洞、污点，降低纸张强度和施胶性能，甚至引起纸张定量的波动。因此，在制浆造纸过程中通常需要使用消泡剂来抑制泡沫的形成，以维持纸机的正常运转及纸张性能的稳定。
目前，造纸厂使用的消泡剂根据其有效成份大致可以分为有机硅类、聚醚类和高碳醇类。其中，聚醚类消泡剂的适用温度范围较窄，有机硅类消泡剂的抑泡能力相对较弱，而高碳醇类消泡剂则温度适应范围宽、价格低廉且不易形成斑点，有望在制浆造纸工业得到更为广泛的应用。高碳醇又称高级脂肪醇，造纸工业中作为消泡剂使用的高碳醇因碳数较高多为白色蜡状固体，不溶于水，需要将其在加热条件下熔融乳化为水包油型的乳液、再经冷却到常温才能作为消泡剂使用。因此，高碳醇的乳化在消泡剂的生产与使用中占有重要地位。考虑到高碳醇的强疏水性、弱亲水性，目前常采用多种表面活性剂联合将高碳醇乳化、并利用高分子增稠剂提高高碳醇乳液稳定性的方法。如《中国造纸》2018年第8期报道了一种利用单硬脂酸甘油酯、平平加O-30和十二烷基苯磺酸钠作乳化剂、羧甲基纤维素作稳定剂制备高碳醇乳液消泡剂的方法，但单硬脂酸甘油酯相对于高碳醇的加入量高达6%，平平加O-30和十二烷基苯磺酸钠相对高碳醇的加入量均超过了1%，总乳化剂用量高达10%，且乳液黏度较高。《现代纺织技术》2019年第1期报道了一种利用聚醚改性硅油与壬基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠联合稳定高碳醇乳液的方法，三者的比例为2~3：3：3，总乳化剂用量高达17%，且乳液粒径几十个微米。《中华纸业》2021年第3期报道了一种利用白油、季戊四醇硬脂酸酯、仲醇聚氧乙烯醚（40EO）、十二烷基二苯醚二磺酸钠来乳化58°半精炼石蜡、精制米糠蜡和C18醇，并利用疏水缔合增稠剂进一步提高乳液的稳定性，其中乳化剂总用量仍然接近10%。在高碳醇的乳化过程中，大量表面活性物质的应用，虽然提高了乳液的稳定性，但不利于高碳醇消泡作用的有效发挥，且对环境造成不利影响。
发明内容
针对现有技术高碳醇乳液消泡剂中乳化剂用量大、消泡效果差的问题，本发明提供了一种造纸用高碳醇乳液消泡剂及其制备方法和应用，通过硬脂酸和聚丙烯酸与水玻璃原位反应在高碳醇与水的界面上原位合成胶体二氧化硅，利用胶体二氧化硅所提供的界面颗粒层提高高碳醇乳液稳定性，大幅度降低了乳化剂的用量，并提高了乳液消泡效果。
本发明通过以下技术方案实现：
一种造纸用高碳醇乳液消泡剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将高碳醇与硬脂酸混合，加热熔融，形成油相；
（2）将水玻璃、聚丙烯酸和乳化剂分散在水中，加热升温至70~90℃，作为水相；
（3）将水相加入至油相中，形成油水混合物，乳化后得高碳醇乳液消泡剂。
优选地，所述的高碳醇用量占消泡剂质量的25~30%。
优选地，所述的硬脂酸用量占高碳醇质量的0.1~0.3%。
优选地，所述的水玻璃用量占高碳醇质量的0.2~0.5%；所述的聚丙烯酸用量占高碳醇质量的0.1~0.5%；所述的表面活性剂用量占高碳醇质量的0.1~0.3%。
优选地，所述的高碳醇为十六碳醇、十八碳醇中的一种或二者的混合物；所述的硬脂酸为饱和十八酸；所述的水玻璃为模数3.0~3.4的中性水玻璃；所述的聚丙烯酸单体摩尔比大于80%；所述的表面活性剂为肪醇聚氧乙烯醚。
优选地，所述的聚丙烯酸是指由丙烯酸均聚、聚丙烯腈或聚丙烯酸酯水解或丙烯酸与其他单体共聚获得的高分子聚合物。
优选地，步骤（3）所述的乳化条件为10000~12000转/分钟的速率下乳化5~10min。
通过本发明的方法制备得到的高碳醇乳液消泡剂，利用硬脂酸、聚丙烯酸与水玻璃（硅酸钠）原位反应在高碳醇与水的界面上原位合成胶体二氧化硅的方法，并利用胶体二氧化硅所提供的界面颗粒层提高高碳醇乳液稳定性，其中的硬脂酸和聚丙烯酸则与水玻璃反应形成带有负电荷的硬脂酸钠和聚丙烯酸钠，通过与少量表面活性剂联合，起到提高高碳醇乳液稳定性的作用，并大幅度降低了表面活性剂用量，提高了高碳醇乳液消泡剂的消泡效果。所述的高碳醇乳液消泡剂可广泛应用于造纸过程中，消泡效果好，适用于进一步推广应用。
有益效果
本发明制备碳醇乳液消泡剂的制备工艺简单、成本低廉，表面活性剂用量少，高碳醇乳液消泡剂具有乳化剂用量低、乳液稳定性好、黏度低、消泡效果好、制备工艺简单、成本低廉、适于规模化生产的优势。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例；除另有指明，实施例中的所述地份数为质量份。
实施例1
（1）将15份十六碳醇、15份十八碳醇与0.03份饱和十八酸混合加热到80℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.06份模数为3.4的水玻璃、0.09份脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-7）和0.03份的聚丙烯酸分散在70份去离子水中，并在搅拌下加热升温至80℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
（3）搅拌状态下，将水相缓慢加入至油相中，通过高速乳化设备，在10000转/分钟下乳化8分钟，冷却后，获得均匀的高碳醇乳液消泡剂，乳液粒径3~4微米，黏度178 mPa·s，放置48 h无明显变化；
在循环鼓泡测试仪中加入500 mL纸机白水，液面到0刻度，加热至 42℃，进行循环鼓泡，当泡沫高度达到 300 mL时，加入10微升所制备的高碳醇乳液消泡剂，17 s时泡沫高度降至100 mL以下。
实施例2
（1）将15份十六碳醇、15份十八碳醇与0.06份饱和十八酸混合加热到80℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.09份模数为3.0的水玻璃、0.06份脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-7）和0.09份的聚丙烯酸分散在70份去离子水中，并在搅拌下加热升温至80℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
（3）搅拌状态下，将水相缓慢加入至油相中，通过高速乳化设备，在12000转/分钟下乳化6分钟，冷却后，获得均匀的高碳醇乳液消泡剂，乳液粒径2~5微米，黏度232 mPa·s，放置48 h无明显变化；
在循环鼓泡测试仪中加入500 mL纸机白水，液面到0刻度，加热至 42℃，进行循环鼓泡，当泡沫高度达到 300 mL时，加入10微升所制备的高碳醇乳液消泡剂，16s时泡沫高度降至100 mL以下。
实施例3
（1）将10份十六碳醇、20份十八碳醇0.09份饱和十八酸混合加热到75℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.12份模数为3.2的水玻璃、0.03份脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-5）和0.12份的聚丙烯酸分散在70份儿去离子水中，并在搅拌下加热升温至75℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
（3）搅拌状态下，将水相缓慢加入至油相中，通过高速乳化设备，在10000转/分钟下乳化6分钟，冷却后，获得均匀的高碳醇乳液消泡剂，乳液粒径3~4微米，黏度276 mPa·s，放置48 h无明显变化；
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实施例4
（1）将25份十八碳醇与0.08份饱和十八酸混合加热到90℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.15份模数为3.4的水玻璃、0.05份脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-4）和0.15份的聚丙烯酸分散在70份去离子水中，并在搅拌下加热升温至90℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
（3）搅拌状态下，将水相缓慢加入至油相中，通过高速乳化设备，在12000转/分钟下乳化10分钟，冷却后，获得均匀的高碳醇乳液消泡剂，乳液粒径3~5微米，黏度303 mPa·s，放置48 h无明显变化；
在循环鼓泡测试仪中加入500 mL纸机白水，液面到0刻度，加热至 42℃，进行循环鼓泡，当泡沫高度达到 300 mL时，加入10微升所制备的高碳醇乳液消泡剂，16 s时泡沫高度降至100 mL以下。
实施例5
（1）将30份十六碳醇与0.05份饱和十八酸混合加热到70℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.1份模数为3.4的水玻璃、0.08份脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-7）和0.06份的聚丙烯酸分散在70份去离子水中，并在搅拌下加热升温至70℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
（3）搅拌状态下，将水相缓慢加入至油相中，通过高速乳化设备，在10000转/分钟下乳化10分钟，冷却后，获得均匀的高碳醇乳液消泡剂，乳液粒径3~5微米，黏度207 mPa·s，放置48 h无明显变化；
在循环鼓泡测试仪中加入500 mL纸机白水，液面到0刻度，加热至 42℃，进行循环鼓泡，当泡沫高度达到 300 mL时，加入10微升所制备的高碳醇乳液消泡剂，20 s时泡沫高度降至100 mL以下。
实施例6
（1）将15份十六碳醇、15份十八碳醇与0.07份饱和十八酸混合加热到80℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.1份模数为3.4的水玻璃、0.06份脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-7）和0.09份的聚丙烯酸分散在70份去离子水中，并在搅拌下加热升温至80℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
（3）搅拌状态下，将水相缓慢加入至油相中，通过高速乳化设备，在12000转/分钟下乳化6分钟，冷却后，获得均匀的高碳醇乳液消泡剂，乳液粒径3~4微米，黏度223 mPa·s，放置48 h无明显变化；
在循环鼓泡测试仪中加入500 mL纸机白水，液面到0刻度，加热至 42℃，进行循环鼓泡，当泡沫高度达到 300 mL时，加入10微升所制备的高碳醇乳液消泡剂，14 s时泡沫高度降至100 mL以下。
对比例1
（1）将15份十六碳醇、15份十八碳醇与0.07份饱和十八酸混合加热到80℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.1份NaOH、0.06份脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-7）和0.09份的聚丙烯酸分散在70份去离子水中，并在搅拌下加热升温至80℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
（3）搅拌状态下，将水相缓慢加入至油相中，通过高速乳化设备，在12000转/分钟下乳化6分钟，冷却后，获得分层的高碳醇乳液，上层乳液黏度363 mPa·s，乳液粒径3~5微米，放置24 h，上层乳液呈膏状，在水中难以分散。
对比例2
（1）将15份十六碳醇、15份十八碳醇与0.07份饱和十八酸混合加热到80℃，至完全熔融后作为油相；
（2）将0.06份脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-7）和0.09份的聚丙烯酸分散在70份去离子水中，并在搅拌下加热升温至80℃，至所有组分都溶解变为透明溶液后作为水相；
（3）搅拌状态下，将水相缓慢加入至油相中，通过高速乳化设备，在12000转/分钟下乳化6分钟，冷却后，乳液分层，上层呈膏状，在水中难以分散。
Claims (9)
1.一种造纸用高碳醇乳液消泡剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将高碳醇与硬脂酸混合，加热熔融，形成油相；
（2）将水玻璃、聚丙烯酸和乳化剂分散在水中，加热升温至70~90℃，作为水相；
（3）将水相加入至油相中，形成油水混合物，乳化后得高碳醇乳液消泡剂。
2.根据权利要求1所述的造纸用高碳醇乳液消泡剂的制备方法，其特征在于，所述的高碳醇用量占消泡剂质量的25~30%。
3.根据权利要求1所述的造纸用高碳醇乳液消泡剂的制备方法，其特征在于，所述的硬脂酸用量占高碳醇质量的0.1~0.3%。
4.根据权利要求1所述的造纸用高碳醇乳液消泡剂的制备方法，其特征在于，所述的水玻璃用量占高碳醇质量的0.2~0.5%；所述的聚丙烯酸用量占高碳醇质量的0.1~0.5%；所述的表面活性剂用量占高碳醇质量的0.1~0.3%。
5.根据权利要求1所述的造纸用高碳醇乳液消泡剂的制备方法，其特征在于，所述的高碳醇为十六碳醇、十八碳醇中的一种或二者的混合物；所述的硬脂酸为饱和十八酸；所述的水玻璃为模数3.0~3.4的中性水玻璃；所述的聚丙烯酸单体摩尔比大于80%；所述的表面活性剂为肪醇聚氧乙烯醚。
6.根据权利要求5所述的造纸用高碳醇乳液消泡剂的制备方法，其特征在于，所述的聚丙烯酸是指由丙烯酸均聚、聚丙烯腈或聚丙烯酸酯水解或丙烯酸与其他单体共聚获得的高分子聚合物。
7.根据权利要求1所述的造纸用高碳醇乳液消泡剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的乳化条件为10000~12000转/分钟的速率下乳化5~10min。
8.一种权利要求1~7任一项所述的制备方法制备得到的高碳醇乳液消泡剂。
9.一种权利要求8所述的高碳醇乳液消泡剂在造纸过程中的应用。
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