摘要：研究不同种类的消泡剂对马尾松KP法蒸煮的影响，优化选择了较佳消泡剂和蒸煮工艺。实验结果表明，优良的消泡剂和合理的添加量对蒸煮质量与得率有较大帮助，并且能减少泡沫的生成，有利于浆料的洗涤和筛选。

    关键词：消泡剂；马尾松KP法制浆；蒸煮工艺

    中图分类号：TS727；TS743+.11文献标识码：A文章编号：1001-6309(2009)06-0040-03

    由于马尾松树脂含量较高，蒸煮中树脂与碱形成皂化物，造成碱无效消耗量增加，使木素脱除率下降，而且浆料在洗涤过程中产生大量不易消除的泡沫，造成洗涤困难，增加纤维流失，不利于黑液碱回收，严重时将导致生产不能正常运行。据资料[1]介绍，在蒸煮中使用表面活性剂能够降低液体表面张力，促进蒸煮药液的浸透，有助于木材中木素、树脂和色素的脱除，降低未蒸解率，改善纸浆的可漂性并减少成纸返黄，提高制浆得率和成浆物理强度。基于消泡剂也是表面活性剂的一类，因此笔者选择了具有较低表面张力和HLB值，性状比较平稳的3种表面活性剂添加在蒸煮中，探索它们在消泡和促进药液渗透方面的能力，供后续研究参考。

    1·实验

    1.1原料

    马尾松木片，长15～30mm，宽5mm，厚3～4mm，取自四川某造纸厂备料工段，水分含量15.4%，合格率大于85%。

    1.2药品

    氢氧化钠（化学纯）；硫化钠（化学纯）；有机硅（工业级）；硬脂酸钠（化学纯）；GH-1型消泡剂（工业级，由成都某化工厂提供）。

    1.3蒸煮

    采用ZQS-1型15L电加热式回转蒸煮锅，正交实验在内装的4个1.5L不锈钢小群罐中进行。蒸煮曲线为：高温度170℃，空转10min，升温150min，保温180min。

    1.4抑泡效果

    蒸煮结束后，提取黑液，滴定残碱，并取部分黑液调成75℃、约13%的浓度，采用高速搅拌器恒速搅拌1min后，测其泡沫高度来判断抑泡效果。

    1.5打浆与筛选

    采用PFI磨浆机进行打浆，打浆浓度10%。打浆后浆料采用ZQS-5型筛浆机进行筛选。

    1.6纸张物理性质测定

    纸浆未蒸解率、得率、卡伯值、耐破指数、抗张指数、撕裂指数等均按《制浆造纸分析与检测》[2]进行测定。

    2·结果与讨论

    2.1消泡剂的作用机理及用于蒸煮的可行性

    在硫酸盐法蒸煮中，由于马尾松中所含树脂与碱形成的皂化物的表面张力小于黑液的表面张力，因此这种皂化物多存在于黑液表面，即气、液相的分界面上，形成一层薄膜。在纸浆输送流动过程中，特别是在浆料洗涤过程中，由于搅拌、冲击使这层薄膜和进入黑液中的空气混合，形成不易消除的泡沫。消泡剂的作用是促进混入液体中的气泡融为一体，合并成更大的气泡，加快气泡的上升速度，当到达液体表面后能很快地消失。因此消泡剂需具有较低的表面张力，易于在溶液表面铺展开，带走邻近表面的一层溶液，使液膜变薄从而破坏泡沫。另外，消泡剂还应具有抑泡作用。

    在传统的生产方法上，通常是将消泡剂加在泡沫产生的地方，这样做不仅消泡剂加入量大，分散不均匀，消泡效果不明显，而且加入量不易规范化。因而笔者考虑将消泡剂加入蒸煮锅内能否发挥它应有的作用呢？

    首先，消泡剂作为一类表面活性剂，可以利用它容易按一定粒度分散和具有较低表面张力的特性，使其能以较大面积的“点”来降低液体的表面张力，促进药液浸透，使蒸煮充分而均匀，以降低未蒸解率，提高得率和强度。

    其次，由于消泡剂的低表面张力，能够消除和控制蒸煮后的泡沫，易于洗涤和筛选，减少纤维流失，利于清洁生产。另外，只要消泡剂在蒸煮过程中耐高温高压而不变性，就能较好地辅助脱除木素和发色基团等有色物质，并能在一定程度上提高未漂浆的白度，在后续的漂白中有助于改善成浆的可漂性。

    同时，消泡剂应无腐蚀性、无毒性。从加入方式来看，操作简便，加入量稳定，易规范化生产。综上可见，消泡剂加入蒸煮锅中应该是可行的。

    2.2消泡剂的优选

    在固定蒸煮工艺参数的基础上，对有机硅、硬脂酸钠、GH-1型消泡剂进行了实验对比，结果如表1所示。

    由表1可知，几种消泡剂均不同程度地促进了蒸煮药液的浸透，从而使放料残碱降低，未蒸解率降低，浆的得率提高，成纸的强度性能也得到改善，这表明消泡剂的加入不仅使脱木素程度增大，同时使蒸煮均匀性得到提高。

    表1结果同时表明，蒸煮黑液由于消泡剂的作用，起泡性大大降低（在洗浆时观察到加消泡剂比未加消泡剂的浆料泡沫要少得多）。同时实验结果也验证了在蒸煮中添加消泡剂既能起到抑泡作用又能促进蒸煮药液的浸透，有利于提高蒸煮质量和产量。

    添加3种消泡剂的实验结果相比较而言，加入硬脂酸钠的效果差，其多项性能指标都不突出。加有机硅和GH-1消泡剂，成浆强度和泡沫高度及浆料硬度相当，但GH-1消泡剂的细浆得率比有机硅高1.29个百分点，未蒸解率更低，综合考虑选择GH-1作为本次实验的较佳消泡剂。

    2.3消泡剂GH-1型适宜添加量的实验

    采用四因素三水平正交实验确定GH-1型消泡剂的合适添加量。正交实验结果如表2所示。极差分析时重点考查浆的硬度、细浆得率、泡沫高度和抗张强度，极差分析如表3所示。

    由表3可知：

    （1）液比对浆硬度影响大，即液比对脱木素的影响较为显著。当液比较小时，单位体积内药品浓度较高，脱木素能力加强，因而浆的硬度降低较为明显。其次为GH-1型消泡剂用量，因为GH-1型消泡剂具有表面活性剂的性质，能够降低液体表面张力，促进蒸煮药液的渗透，有助于马尾松原料中木素的脱除。硫化度和用碱量对浆硬度的降低影响较小。当各因子的水平分别是A1、B1、C2、D2时，浆硬度会取得较好的结果。

    （2）液比对细浆得率影响较大，其次是GH-1型消泡剂用量、用碱量和硫化度；当各因子的水平分别为A3、B2、C2、D2时，会取得较好的细浆得率。

    （3）GH-1型消泡剂用量对消泡效果的影响较为显著，其次为用碱量、硫化度和液比；当各因子的水平分别是A3、B3、C2、D2时，会取得较佳的消泡效果。

    （4）对抗张指数而言，液比的影响较为显著，其次为用碱量、硫化度和GH-1型消泡剂用量；当各因子的水平分别是A2、B2、C1、D3时，会取得较佳的成浆物理强度。

    由上所述，在马尾松KP法蒸煮过程中，影响浆料特性及消泡效果的主要因素是液比和GH-1型消泡剂用量，用碱量对浆料特性的影响也较显著。综合分析各因子的不同水平对浆料特性及消泡效果的影响，可以得出马尾松KP法蒸煮较佳工艺条件为：液比1∶4.5，硫化度26%，用碱量25%，GH-1型消泡剂用量0.3%。

    采用上述较佳蒸煮工艺条件，所得结果如下：未蒸解率8.7%，高锰酸钾值14.12，细浆得率46.8%，残碱10.42g·L-1，泡沫高度16mm，撕裂指数16.91mN·m2·g-1，抗张指数24.97N·m·g-1，耐破指数5.27kPa·m·2g-1。结果表明，蒸煮中加入消泡剂，因消泡剂是表面活性剂的一类，具有洗涤、润湿、渗透、分散、乳化、消泡等各方面的作用和功能，可以利用其良好的渗透和润湿作用，来降低蒸煮液的表面张力，促进碱液渗透，加快木素的脱除和溶出，达到改进成浆质量的目的。

    3·结论

    3.1在马尾松KP法蒸煮中加入消泡剂，具有抑泡和消泡能力，能够促进蒸煮药液快速均匀浸透，降低未蒸解率，提高纸浆得率和强度，使蒸煮后的浆料易于洗涤，有利于降低洗涤用水量。

    3.2添加GH-1型消泡剂蒸煮的较佳工艺条件为液比1∶4.5，硫化度26%，用碱量25%，GH-1型消泡剂用量0.3%。

    3.3 GH-1型消泡剂价格比较便宜，用量较少即显示出优良效果，使用时也不需增加设备投入，是值得进一步研究的蒸煮添加剂。