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有机硅消泡剂:提升浆料性能还是带来风险?
2019-10-31

多年以来,造纸行业为了实现可持续发展,在降低能源、水和化学品消耗等方面做了许多努力,有机硅消泡剂的使用就是其中之一。有机硅消泡剂使用效率高,可以大大提升制浆造纸企业的可持续发展指标。

有机硅消泡剂

有机硅是一种高分子聚合材料,其中以硅氧键为骨架组成的聚硅氧烷为主,结构如图2所示。它代表了聚合物的无限可能性,链的长度、三维结构以及与硅原子相连的有机基团类型的变化,都能影响有机硅的属性。

消泡剂中使用的硅油是一种具有高疏水性和极低表面张力的聚合物。一旦聚二甲基硅氧烷(PDMS,有机硅的一种)与疏水性颗粒(如沉淀或气化二氧化硅)结合,就会形成更有效的消泡剂,作用流程如图3所示。

有机硅消泡剂于20世纪80年代开始用于制浆过程,解决了传统有机消泡剂效率低的难题。有机硅消泡剂能适应酸碱度环境和高温条件,几乎一夜之间取代了当时原有的消泡剂。有机硅结构简单、使用方便,也为现在大多数纸厂研发高端消泡剂奠定了基础。

虽然有机硅消泡剂具有许多创新优势,但是也不可避免地引发了一些问题,例如产生沉淀、残留污染、乳化、结垢等风险。

沉淀风险

由于有机硅具有疏水性,它与任何疏水性表面都有很高的亲和力,液体的高pH值和高温可以促进有机硅化合物残余活性的冷凝,并促进凝胶的成型,形成沉淀。

分析研究表明,沉淀的形成是由多种因素引起的,包括有机硅消泡剂的化学组成等。沉淀是所有浆厂都在关注的问题,因为制浆过程中沉淀的产生会提高制浆生产线的清洁成本。

沉淀形成的风险取决于消泡剂的成分、试剂质量、剂量和使用方法等。因此,制浆造纸企业可以从以下几个方面降低沉淀风险:

第一,适当减少消泡剂剂量。使用有效的消泡剂十分关键,但是超量使用会产生沉淀,因此制浆过程中应当控制消泡剂剂量,不宜使用过多。

第二,选择残留物质少的消泡剂,并且保证这种消泡剂的剩余物质不能继续与碱性环境发生化学反应,从而显著降低沉淀量。

第三,使用正确的配方,将消泡剂化合物进行乳化,从而使其能够分散在发泡的黑液中。

排水问题

除了减少沉淀之外,排水能力对于消泡剂也十分关键。排水性强意味着浆厂可以用更少的水清洁制浆黑液,快速排出水分,有助于后期浆料干燥效率的提升。这不仅有利于泡沫控制,还能显著提高洗浆有效性和生产可持续性,这也是选择有机硅消泡剂的重要原因。

因此,有机硅消泡剂虽然有产生沉淀等风险,但是通过有效使用,可以降低制浆能源、水和化学品消耗,对于造纸行业来说,它仍然是一种可持续性和效率较高的消泡技术。