有机硅消泡剂及其在造纸工业中的应用_王少强

第18卷第4期2006年8月造纸化学品PAPER CHE M I CA LSVo.l 18No .4Aug .2006收稿日期:2006-04-13;定用日期:2006-04-17有机硅消泡剂及其在造纸工业中的应用王少强1,邱化玉1,2(1.山东轻工业学院制浆造纸省级重点学科,山东济南　250100;2.杭州师范学院有机硅化学及材料技术教育部重点实验室,浙江杭州　310012)摘要:综述了有机硅消泡剂较之传统消泡剂所具有的优良特性,及在造纸工业中的应用现状和研究进展。

关键词:有机硅;消泡剂;造纸助剂中图分类号:TS727.2 文献标识码:A 文章编号:1007-2225(2006)04-0016-05Appli cati on ofO rganosili con Defoa m i ng -age nt i n Paper m aki ng IndustryWANG Shao -qiang 1,Q I U Hua -yu1,2(1.Key Lab of Pulp and Paper Engineering of Shandong Institute of Light Industry ,J inan 250100,China ;2.Key Lab of Organosilicon Che m istry and M aterial Tec hnology ,M inistry of Educ a tion ,Hangzhou Teachers College ,Hangzhou 310012,China )Abst ract :The artic l e r evie w ed the superiorit y of or ganosilicon de foa m ing -agent over trad itional ones ,its app lication status quo ,and research pr ogress in paper m ak i n g industr y .K ey w ords :organosilicon ;de foa m ing agent ;paper m aking aid 在制浆造纸工业中,泡沫处理是生产中的棘手问题。

从蒸球出料后的制浆单元操作一直到涂布工序(洗涤、滤浆、漂白、脱水、抄纸、施胶、涂布等),均有不同程度的泡沫存在,泡沫严重地影响着正常生产以及纸张质量。

因此,人们采取许多方法来消除纸浆体系的泡沫,如化学法、物理法、机械法等,其中化学法在造纸工业中应用最为广泛,此法的工作原理是:在生产过程中加入一类特殊的表面活性剂———消泡剂控制泡沫,这类物质具有较强的表面活性,可以置换或破坏生产系统内的起泡剂,降低表面张力,使其无法形成坚固的泡膜,从而导致泡沫破裂。

迄今为止,造纸化学品工作者已经研制了矿物油、植物油、醇、聚醚、脂肪酸酰胺及其酯等许多类消泡剂,以解决泡沫造成的纸张生产障碍[1-3]。

但传统的消泡剂品种表面活性差,消泡效率低,适用面窄,已无法满足用户的要求。

而有机硅消泡剂作为一种新型且性能优良的消泡剂,不仅通用性强、效率高、配伍性好,而且具有硅氧烷基化学稳定性、生理惰性和高性能等特点于一身。

本文仅就有机硅消泡剂在造纸工业中的应用现状和研究进展作一综述,以供同行参考。

1　有机硅消泡剂消泡机理消泡就是泡沫稳定化的反过程,从机理上看,它包括2个方面:一是抑制泡沫的产生,二是消除已产生的气泡。

相应地,消泡剂就是能改变体系的界面状态,破坏或抑制泡沫的物质。

消泡剂具有较高的表面活性,能形成新的表面膜或改变原表面膜,降低泡沫的强度。

作为消泡剂的化合物必须具备下述条件:①基本上不溶于起泡液;②表面张力低于起泡液;③能迅速分散在起泡液内。

适用作消泡剂的有机化合物较多,有硅油、聚醚、醇、脂肪酸、酸胺酯、磷酸盐及金属皂等[4]。

从结构上看,非硅系消泡剂都是分子一端或两端带有极性基团的有机化合物。

它们与起泡剂相似,因而使用不当便会有起泡剂的作用,其铺展系数较大,破泡作用很强,而抑泡作用较差。

有机硅消泡剂的作用机理,普遍认为是低表面张力的消泡剂进入了双分子定向气泡膜的局部,破坏了定向气泡膜的力学平衡,而导致破泡或抑制发泡[5-6]。

一般有机化合物,如烃类、醚类、醇类以及磷酯的铺展系数很小,在化学性能上是惰性的,单纯的硅油无消泡性[7],但将其乳化后,它在溶液表面易于铺展,用量较少就能达到很好的消泡效应。

聚醚本身也有一定的消泡抑泡效果,它作为有机乳液的增效剂,能够与有机硅乳液产生协同效果,使消泡效果在原来有机硅乳液的消泡水平上提高近1倍[8]。

2　有机硅消泡剂的种类及制备有机硅消泡剂具有表面张力小、表面活性高、消泡能力强、用量少、原料来源方便,操作简单,性能价格比高,成本低的特点;并且,它与水及多数有机物不相混溶,对大多数气泡介质都能消泡;它有较好的热稳定性,可在5～150℃范围内使用;其化学稳定性较好,难与其他物质反应,只要配置适当,可在酸碱盐溶液中使用,无损产品质量;它还具有生理惰性;它对所有气泡体系兼具有抑泡、破泡功能,隶属广普型消泡剂范畴[9]。

2.1　硅油型有机硅消泡剂单纯的有机硅,如二甲基硅油,并没有消泡作用;但将其乳化后,表面张力迅速降低,使用很小量即能达到很强的破泡和抑泡作用,成为一种重要的消泡剂成分[10]。

硅油型消泡剂一般具有较高的消泡效能,使用时的关键在于硅油的乳化。

如乳化不完全,使用时会破乳,影响其使用效果。

常用的有机硅消泡剂都是以硅油作为基础组分,配以适宜的溶剂、乳化剂或无机填料配制成的。

有机硅作为优良的消泡剂,除去消泡力强,尤为可贵的是硅氧烷集化学稳定性、生理惰性和高低温性能好等特性于一身,因而获得广泛应用。

将有机溶剂、羟基硅油、硅树脂类物质、二氧化硅粉末、催化剂等物质按一定比例混合后加热反应,可制得高效有机硅消泡剂[11],该类消泡剂可直接应用于水体系或加入乳化剂后制成乳状液使用。

因硅油本身具有亲油性,因此对油溶性溶液的消泡具有令人满意的效果。

2.2　乳液型有机硅消泡剂由于油状有机硅消泡剂应用于水相,大多数受到分散性差等因素的影响,所以,为改善这种状况,制成了乳液有机硅消泡剂。

乳液有机硅消泡剂既能应用于非水相,又能适用于水相。

在此方面,国内有很多的相关报道。

在系列化的甲基硅油水乳化硅油中,乳化硅油302-30,302-20,304,既可用于非水相,又可用于水相,且具有润滑性好、对生物无毒害作用、不易挥发、不腐蚀金属、耐热、抗氧化等性能[12]。

李艳华等以有机硅为主要成分,并以适当乳化剂和助剂在水相中的复合乳化剂进行复配制备的有机硅乳液消泡剂,在有机硅质量分数为20%～25%,乳化剂质量分数为3%～5%,配制温度为60～80℃时,具有较好的消泡效果和稳定性[13]。

葛俊凤等利用液体石蜡部分代替聚二甲基硅氧烷,配制二氧化硅-聚二甲基硅氧烷液体石蜡乳液,其稳定性和消泡能力均大于二甲基硅氧烷-二氧化硅分散体乳液[14]。

王雨华等以二甲基硅油为主体,辅以多种乳化剂和助剂,在水相中复合乳化制得F H-1型高效有机硅乳液消泡剂,能在苛刻条件下使用,且有较好的性能效果[15]。

盛本麟等在聚二甲基硅氧烷链中引入亲水基(聚醚),制成水溶性有机硅消泡剂,该消泡剂能迅速溶于水中,稳定性好,广泛应用于造纸、纺织、印染、明胶、乳胶等工业[16]。

肖继波等采用Span-Tw een乳化体系及普通搅拌装置对硅油进行乳化,制成乳液型有机硅消泡剂SG,具有良好的离心稳定性和静电稳定性,在室温放置6个月后,乳液不分层,性能不变,可在20℃以上及p H=1～14的水基体系中使用,而且原料来源方便,操作简单。

同市售的消泡剂进行对比试验,结果发现其消泡和抑泡效果比其他相同价位的消泡剂好,且生产成本较低,性能价格比高[17]。

上述各种有机硅乳化液消泡剂的消泡能力,均同时受到消泡剂中活性组分与乳化剂及其配比的影响,乳化剂的类别与其用量的不同,都将直接影响消泡剂的性能。

2.3　聚醚等其他改性有机硅消泡剂聚醚改性有机硅是在硅氧烷分子中引入聚醚链段制得的聚醚-硅氧烷共聚物(简称硅醚共聚物)[18-19]。

聚醚改性有机硅消泡剂是将两者的优点有机结合起来的一种新型高效消泡剂,它是选择具有较强抑泡能力的聚醚和疏水性强、破泡迅速的二甲基硅油为主要成分和能使硅油与聚醚有机结合起来的乳化剂、稳定剂等成分组成的消泡剂。

它具有表面张力低、消泡迅速、抑泡时间长、成本低、用量少、应用面17第4期王少强,等:有机硅消泡剂及其在造纸工业中的应用广等特点,对有机硅进行聚醚改性,使之兼有2类消泡剂的优点而成为一种性能优良、有广泛应用前景的消泡剂[20-21]。

聚醚改性有机硅聚合物的典型结构为:另外,由于聚醚硅油的耐热性、抗剪切性及耐酸碱盐性能好,加之还具有无毒无味、贮藏稳定及使用方便等优点,因而被广泛用在各种场合的消泡,还可用于许多苛刻条件下的消泡,是一种很有代表性、性能优良、用途广泛的有机硅消泡剂[22-24]。

蔡振云等以高含氢硅油为原料,采用调聚法制成低含氢硅油;同时,以丙烯醇为起始剂,N a OH 为催化剂,进行环氧乙烷、环氧丙烷的开环共聚,制成端烯丙基聚氧烯醚;再用端烯丙基聚氧烯醚对低含氢硅油进行接枝改性,获得聚醚改性聚硅氧烷。

将聚醚改性聚硅氧烷与经六甲基二硅氮烷疏水处理的气相法白炭黑以及SS /S SE -20和聚乙二醇6000双硬脂酸酯(质量分数分别为1.5%和0.5%～0.8%)增稠剂进行复配,制得了一种高效消泡剂。

该消泡剂的乳化性能稳定,消泡、抑泡性能良好,能迅速溶于水,可单独使用,也可与其他处理剂配合使用,而且对非水体系也有效,是一种性能优良、应用前景广阔的消泡剂[25]。

韩玉林等以有机烃油作溶剂,有机硅油作消泡成分,SP60和脂肪酸聚氧乙烯醚为乳化剂及低分子醇类作防凝剂,制备一种硅醚乳液消泡剂,具有良好的消泡、抑泡性能;同时还有成本低的特点,其成本只有聚醚消泡剂的1/2。

本消泡剂可以应用于造纸、印染、污水处理、涂料等行业,是一种很有推广价值的消泡剂产品[26]。

聚醚改性有机硅消泡剂很容易在水中乳化,亦称作“自乳化型消泡剂”。

在其浊点温度以上时,失去对水的溶解性和机械稳定性,并耐酸、碱和无机盐,可用于苛刻条件下的消泡,广泛用于造纸工艺、涤纶织物高温染色工艺的消泡。

此外,也可用于二乙醇胺脱硫体系的消泡及各种油剂、切削液、不冻液、水性油墨等体系的消泡,也适用于印刷行业感光树脂制版后,洗掉未固化树脂的消泡,是一种很有代表性、性能优良、用途广泛的有机硅消泡剂。

另据文献报道,以二甲基硅油、聚醚为主要原料,与复合乳化剂和助乳化剂复配,制成的有机硅聚醚复合乳液消泡剂,消泡速率快,对脱墨液、草浆黑液、涂布剂和阳离子松香施胶剂具有明显的消泡效果,与单纯的有机硅、聚醚类消泡剂相比,用量少,适合在制浆、抄纸、涂布、脱黑洗净,污水处理等过程中使用,可以减少对环境的污染[27-29]。