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CN104771939B - 一种用于造纸黑液的矿物油消泡剂及其制备方法 - Google Patents

一种用于造纸黑液的矿物油消泡剂及其制备方法 Download PDF

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CN104771939B CN201510096290.9A CN201510096290A CN104771939B CN 104771939 B CN104771939 B CN 104771939B CN 201510096290 A CN201510096290 A CN 201510096290A CN 104771939 B CN104771939 B CN 104771939B
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Abstract

本发明涉及一种用于造纸黑液的矿物油消泡剂及其制备方法，通过在载体中分步引入一种封端聚醚，之后又引入另一种封端聚醚，制得的消泡剂，既避免粘度过大不利于分散，又有助于提高造纸黑液中的塔罗油去除率，从而减少塔罗油对设备和网布的粘附，随之也提高了设备的运行效率，与此同时，也提高了消抑泡性能和储存稳定性，尤其适用于高温强碱体系。

Description

一种用于造纸黑液的矿物油消泡剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种有助于提高造纸黑液中的塔罗油提取量的矿物油消泡剂，消泡剂属于精细化学制剂，因此本发明隶属于精细化工制剂技术领域。
背景技术
消泡剂是一种精细化学品添加剂，主要功能包括消泡和抑泡两个方面，一个好的消泡剂除了本身要具备优良的消抑泡性能以外，还要求与其他助剂之间有优良的兼容性，并且不影响起泡体系的稳定性。
消泡剂从消泡关键组分上主要分为有机硅消泡剂和非有机硅消泡剂，有机硅消泡剂具有添加量少、表面张力低、无生理活性、安全性高等特点，但在某些情况中，低表面张力和良好的铺展性能反而成了有机硅消泡剂的缺点，这是由于一旦有机硅破乳后，容易在表面形成硅斑或引起泵堵塞，从而直接影响体系的性能；在一些苛刻条件的体系中，如高温强碱的造纸黑液中，显得尤为突出。因此在这些体系中多采用非有机硅消泡剂。关于造纸黑液中使用消泡剂的介绍很多，公开号为CN102266681A的专利介绍了一种取代传统矿物油消泡剂在造纸黑液中使用的聚醚消泡剂，其消抑泡性能佳且储存稳定性好，但是不足之处是其成本价格高；CN101991975A介绍了一种以脂肪酸金属皂、脂肪酸酰胺和白炭黑作为消泡活性物的矿物油消泡剂，聚醚作为消泡助剂，通过改变消泡物质在矿物油中混合的方法提高了消抑泡性能和稳定性；CN101638871A涉及一种新型造纸湿部消泡剂，以脂肪酸甲酯为起始剂合成脂肪酸甲酯聚醚，加少量的天然油脂，解决了消泡剂在高温条件下消泡和脱气性能不佳的问题，但其成本也较高。
在硫酸盐法制浆中，木材中的油脂和树脂成分在碱作用下变成皂溶解在黑液中，也就是硫酸盐皂，酸化后即得塔罗油。塔罗油是重要的油脂和松香来源，其中脂肪酸部分可以代替干性油和半干性油，树脂酸部分可以像脂松香和浸提松香一样使用。塔罗油可用于涂料、增塑剂、沥青制品、石油工业、橡胶工业、造纸施胶、印刷油墨、接合剂的粘结剂、洗剂、浮游选矿剂、铸型接合剂等方面。因此，塔罗油的提取可以产生较大的经济效益。但是，若黑液中的塔罗油皂聚集在一起，一方面会对纸张的质量产生一定的影响，另一方面对硫酸盐回收工艺和后续造纸工序产生一系列的操作影响，如造纸机起泡、蒸发器结垢、形成沥青、工厂排出物中具有毒性的松香酸皂以及加重废水处理难度。虽然上述提及的消泡剂均适用于造纸黑液，但成本高，且均未提及提高妥尔油皂分离收率，而CN101589134A介绍了一种向黑液中添加通式为RO[(CH2CHCH3O)x(CH2CH2O)y]M嵌段烷基醇烷氧基化 物及其组合物来提高妥尔油皂分离收率的方法，其中M为氢或碱金属，但是以H或碱金属封端的聚醚不能起到很好的消抑泡作用。
发明内容
本发明的消泡体系，通过在载体中分步引入一种封端聚醚，之后又引入另一种封端聚醚，制得的消泡剂，既避免粘度过大不利于分散的问题，又有助于提高造纸黑液中的塔罗油去除率，从而减少塔罗油对设备和网布的粘附，随之提高了设备的运行效率和产品的上浆率及洗净度，与此同时，也提高了消抑泡性能和储存稳定性，尤其适用于高温强碱体系。
本发明的消泡剂主要包括以下组分：
A.载体
载体为矿物油，选自煤油、柴油、大豆油、白油、重油、机械油、环烷油、烷基苯，优选机械油。本发明所述的矿物油运动粘度(40℃)范围为10～200mpa.s，用量为消泡剂总质量的60～80％。
B.作为具有提高塔罗油提取率的改性聚醚，其通式为RO(EO)x(PO)y R′，其中x为5～40，y为1～15，R为碳原子数8～24的直链或支链烷基、烯烃基、环烷基，R′为碳原子数1～4的直链或支链烷基。封端聚醚用量为消泡剂总质量的5～15％。
C.作为与B所述封端聚醚起协同作用的改性聚醚，其通式为R″O(EO)m(PO)n R″′，其中m为2～10，n为10～20，R″为碳原子数2～4的烷基、烯烃基，R″′为碳原子数1～4的直链或支链烷基。封端聚醚用量为消泡剂总质量的5～10％。
D.蜡
蜡作为兼顾消泡性能和稳定性的疏水粒子，选自植物蜡、动物蜡、矿物蜡、合成蜡。植物蜡为高级脂肪酸及高级一元醇的酯类混物，包括巴西棕榈蜡、木糠蜡、甘蔗蜡、月桂蜡；动物蜡包括虫蜡、蜂蜡、鲸蜡、羊毛蜡；矿物蜡包括石蜡、褐煤蜡；合成蜡包括费托蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、乙烯-乙酸乙烯共聚蜡。优选合成蜡。用量一般为消泡剂总质量的2～6％。
E.乳化剂
乳化剂包括非离子型表面活性剂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂，优选HLB值为8～10的非离子表面活性剂。用量为消泡剂总质量的2％～8％。
非离子表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、脂肪酸酯聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单棕榈酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸脂、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇 单月桂酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯、失水山梨醇单硬脂酸酯、失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇三油酸酯。
一种矿物油消泡剂的制备步骤：
1.取封端聚醚C和一半质量的封端聚醚B以500～1000rpm的转速高速分散10～20min，得到聚醚混合物；
2.在加热反应釜中按加入40℃下运动粘度为10～200mPa.s的载体A、蜡D和剩余的封端聚醚B，开始升温搅拌，升温速率控制在1～6℃/min，搅拌速度控制在60～100rpm，温度升高到120～150℃时保持0.5～1h；
3.第一步保温结束后，继续搅拌降温冷却，物料温度降至70～90℃C时加入上述聚醚混合物和乳化剂E，继续搅拌降至室温；
4.将上述混合物用胶体磨循环5min，即得本发明消泡剂。
具体实施方式
实施例1
将100g封端聚醚CH3CH2O(EO)10(PO)20CH2CH2CH2CH3与50g封端聚醚CH3(CH2)7O(EO)6(PO)6CH3以500rpm的转速高速分散20min得到聚醚混合物待用；接着在加热反应釜中加入粘度为10mPa.s的700g机械油、20g月桂蜡和50g封端聚醚CH3(CH2)7O(EO)6(PO)6CH3在1℃/min升温速率和60rpm的搅拌速度升至130℃，保温0.5h，保温结束后，继续搅拌降温冷却，在70℃再加入之前的待用聚醚混合物和80g脂肪酸酯聚氧乙烯醚，继续搅拌降至室温，最后使用胶体磨循环5min即得本发明消泡剂I。
实施例2
将80g封端聚醚CH3CH2CH2O(EO)2(PO)10CH3与25g封端聚醚CH2＝CH(CH2)10O(EO)40(PO)15CH2CH2CH2CH3以1000rpm的转速高速分散10min得到聚醚混合物待用；接着在加热反应釜中加入粘度为50mpa.s的800g白油、50g石蜡和25gCH2＝CH(CH2)10O(EO)40(PO)15CH2CH2CH2CH3在6℃/min升温速率和70rpm的搅拌速度升至150℃，保温1h，保温结束后，继续搅拌降温冷却，在80℃再加入之前的待用聚醚混合物和20g聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯，继续搅拌降至室温，最后使用胶体磨循环5min即得本发明消泡剂II。
实施例3
将100g封端聚醚CH2＝CHCH2CH2O(EO)4(PO)12CH2CH2CH2CH3与75g封端聚醚CH3(CH2)13O(EO)20(PO)8CH3以600rpm的转速高速分散15min得到聚醚混合物待用；接着 在加热反应釜中加入粘度为150mpa.s的610g重油、60g氧化聚乙烯蜡和75g封端聚醚CH3(CH2)13O(EO)20(PO)8CH3在2℃/min升温速率和100rpm的搅拌速度升至132℃，保温0.6h，保温结束后，继续搅拌降温冷却，在90℃再加入之前的待用聚醚混合物和80g聚氧乙烯失水山梨醇单棕榈酸酯，继续搅拌降至室温，最后使用胶体磨循环5min即得本发明消泡剂III。
实施例4
将50g封端聚醚CH3CH2O(EO)6(PO)15CH3与55g封端聚醚CH2＝CH(CH2)14O(EO)10(PO)10CH2CH2CH2CH3以800rpm的转速高速分散18min得到聚醚混合物待用；接着在加热反应釜中加入粘度为200mpa.s的750g环烷油、40g蜂蜡和55g封端聚醚CH2＝CH(CH2)14O(EO)10(PO)10CH2CH2CH2CH3在3℃/min升温速率和80rpm的搅拌速度升至150℃，保温0.9h，保温结束后，继续搅拌降温冷却，在74℃再加入之前的待用聚醚混合物和50g聚氧乙烯失水山梨醇单棕榈酸酯，继续搅拌降至室温，最后使用胶体磨循环5min即得本发明消泡剂IV。
实施例5
将90g封端聚醚CH2＝CHCH2O(EO)8(PO)20CH3与75g封端聚醚CH2＝CH(CH2)16O(EO)30(PO)4CH2CH2CH2CH3以900rpm的转速高速分散14min得到聚醚混合物待用；接着在加热反应釜中加入粘度为100mpa.s的690g煤油、30g乙烯-乙酸乙烯共聚蜡和75g封端聚醚CH2＝CH(CH2)16O(EO)30(PO)4CH2CH2CH2CH3在4℃/min升温速率和90rpm的搅拌速度升至120℃，保温0.8h，保温结束后，继续搅拌降温冷却，在84℃再加入之前的待用聚醚混合物和40g聚氧乙烯失水山梨醇单棕榈酸酯，继续搅拌降至室温，最后使用胶体磨循环5min即得本发明消泡剂V。
实施例6
将60g封端聚醚CH2＝CHCH2CH2O(EO)2(PO)8CH2CH2CH2CH3与75g封端聚醚CH3CH2C(CH3)2(CH2)15O(EO)5(PO)2CH3以700rpm的转速高速分散12min得到聚醚混合物待用；接着在加热反应釜中加入粘度为170mpa.s的650g烷基苯、60g聚丙烯蜡和75g封端聚醚CH3CH2C(CH3)2(CH2)15O(EO)5(PO)2CH3在5℃/min升温速率和90rpm的搅拌速度升至134℃，保温0.7h，保温结束后，继续搅拌降温冷却，在88℃再加入之前的待用聚醚混合物和80g脂肪酸聚氧乙烯醚，继续搅拌降至室温，最后使用胶体磨循环5min即得本发明消泡剂VI。
实施例7
将70g封端聚醚CH3CH2O(EO)4(PO)18CH3与40g封端聚醚CH2＝CHCH2CH2C(CH3)2(CH2)17O(EO)25(PO)12CH3以850rpm的转速高速分散17min得到聚醚混合物待用；接着在加热反应釜中加入粘度为120mpa.s的780g柴油、40g氧化聚乙烯蜡和40g CH2＝CHCH2CH2C(CH3)2(CH2)17O(EO)25(PO)12CH3在3℃/min升温速率和90rpm的搅拌速度升至122℃，保温0.5h，保温结束后，继续搅拌降温冷却，在76℃再加入之前的待用聚醚混合物和30g脂肪醇聚氧乙烯醚，继续搅拌降至室温，最后使用胶体磨循环5min即得本发明消泡剂VII。
对比例1
将60g封端聚醚CH3CH2O(EO)10(PO)20CH2CH2CH2CH3与60g封端聚醚CH3(CH2)7O(EO)6(PO)6CH3以650rpm的转速高速分散16min得到聚醚混合物待用；接着在加热反应釜中加入粘度为300mpa.s的760g机械油、30g氧化聚乙烯蜡和60g封端聚醚CH3(CH2)7O(EO)6(PO)6CH3在2℃/min升温速率和75rpm的搅拌速度升至142℃，保温0.6h，保温结束后，继续搅拌降温冷却，在76℃再加入之前的待用聚醚混合物和30g聚氧乙烯失水山梨醇单油酸脂，继续搅拌降至室温，最后使用胶体磨循环5min即得本发明消泡剂G-I。
对比例2
将50g封端聚醚CH3CH2CH2O(EO)2(PO)10CH3与45g封端聚醚CH2＝CH(CH2)10O(EO)40(PO)15CH2CH2CH2CH3以750rpm的转速高速分散20min得到聚醚混合物待用；接着在加热反应釜中加入粘度为5mpa.s的810g5#白油、30g石蜡和45g封端聚醚CH2＝CH(CH2)10O(EO)40(PO)15CH2CH2CH2CH3在5℃/min升温速率和90rpm的搅拌速度升至138℃，保温0.5h，保温结束后，继续搅拌降温冷却，在78℃再加入之前的待用聚醚混合物和20g失水山梨醇三油酸酯，继续搅拌降至室温，最后使用胶体磨循环5min即得本发明消泡剂G-II。
对比例3
将80g封端聚醚CH2＝CHCH2CH2O(EO)4(PO)12CH2CH2CH2CH3与50g CH3(CH2)13O(EO)20(PO)8Na以950rpm的转速高速分散10min得到聚醚混合物待用；接着在加热反应釜中加入粘度为80mpa.s的750g重油、38g氧化聚乙烯蜡和50g CH3(CH2)13O(EO)20(PO)8Na在1℃/min升温速率和70rpm的搅拌速度升至132℃，保温0.7h，保温结束后，继续搅拌降温冷却，在88℃再加入之前的待用聚醚混合物和32g失水山梨醇三油酸酯，继续搅拌降至室温，最后使用胶体磨循环5min即得本发明消泡剂G-III。
对比例4
将50gCH3CH2O(EO)6(PO)15H与55g封端CH2＝CH(CH2)14O(EO)10(PO)10CH2CH2CH2CH3以1000rpm的转速高速分散10min得到聚醚混合物待用；接着在加热反应釜中加入粘度为110mpa.s的770g环烷油、22g氧化聚乙烯蜡和55g CH2＝CH(CH2)14O(EO)10(PO)10CH2CH2CH2CH3在1℃/min升温速率和70rpm的搅拌速度升至132℃，保温0.7h，保温结束后，继续搅拌降温冷却，在88℃再加入之前的待用聚醚混合物和48g失水山梨醇三油酸酯，继续搅拌降至室温，最后使用胶体磨循环5min即得本发明消泡剂G-IV。
对比例5
在加热反应釜中加入130mpa.s的780g烷基苯、26g乙烯-乙酸乙烯共聚蜡和160g的CH2＝CH(CH2)16O(EO)30(PO)4Na，开始升温搅拌，升温速率控制在3℃/min，搅拌速度控制在70rpm，温度升高到136℃时保温0.6h；之后，继续搅拌降温冷却，物料温度降至78℃时加入34g聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯，继续搅拌降至室温；最后使用胶体磨循环5min，即得本发明消泡剂G-V。
对比例6
在加热反应釜中加入160mpa.s的775g机械油、26g甘蔗蜡和88g封端聚醚CH2＝CHCH2CH2O(EO)2(PO)8CH2CH2CH2CH3及72g封端聚醚CH3CH2C(CH3)2(CH2)15O(EO)5(PO)2CH3，开始升温搅拌，升温速率控制在3℃/min，搅拌速度控制在70rpm，温度升高到136℃时保温0.6h；之后，继续搅拌降温冷却，物料温度降至78℃时加入30g聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯，继续搅拌降至室温；最后使用胶体磨循环5min，即得本发明消泡剂G-VI。
对比例7
将80g封端聚醚CH3CH2O(EO)4(PO)18CH3与72g封端聚醚CH2＝CHCH2CH2C(CH3)2(CH2)17O(EO)25(PO)12CH3以700rpm的转速高速分散13min得到聚醚混合物待用；在加热反应釜中加入粘度为190mPa.s的768g大豆油、55g羊毛蜡，以5℃/min的升温速率和750rpm的搅拌速度升至144℃，保温0.5h，保温结束后继续搅拌降温冷却，物料温度降至78℃时，加入之前的待用聚醚混合物和25g聚氧乙烯失水山梨醇单油酸脂，继续搅拌降至室温，最后使用胶体磨循环5min，即得本发明消泡剂G-VII。
消泡剂的性能测试方法
(1)消抑泡性能测试
首先将600mL黑液加入循环鼓泡仪中，设定温度为85℃，流量为6L/min，然后打 开温控开关，将起泡液加热至设定温度后开启循环泵，开始冲击起泡，待泡沫升到300mL处，加入0.2％的消泡剂，记录泡沫高度随时间的变化。消泡剂的性能越好，泡沫达到的最低刻度越低；消泡剂的抑泡性能越好，泡沫重新达到300mL处的时间越长。
表1 矿物油消泡剂在25℃下的消抑泡性能
从上述测试数据可以看出，I、II、III、IV、V、VI、VII消抑泡性明显均优于G-I、G-II、G-III、G-IV、G-V、G-VI、G-VII。
(2)塔罗油提取量测试
在100g黑液中加入0.6％的消泡剂样品，通过脱硫、酸化后，用甲醇丙酮溶液溶解木质素，最后用石油醚萃取，蒸干后得到塔罗油。
表2 矿物油消泡剂的塔罗油提取数据
样品 测试体积/mL 收集到的塔罗油/g 与空白样比塔罗油提取量提高率/％
I 100 0.109 24.15
G-I 100 0.105 19.59
II 100 0.111 26.42
G-II 100 0.102 16.17
III 100 0.110 25.28
G-III 100 0.106 20.73
IV 100 0.112 27.56
G-IV 100 0.107 21.87
V 100 0.113 28.70
G-V 100 0.104 20.68
VI 100 0.116 32.12
G-VI 100 0.108 23.01
VII 100 0.115 30.98
G-VII 100 0.100 13.89
从上述测试数据可以看出，使用I、II、III、IV、V、VI、VII塔罗油提取率明显优于G-I、G-II、G-III、G-IV、G-V、G-VI、G-VII。

Claims (4)

1.一种用于造纸黑液的矿物油消泡剂，其特征在于，由以下组分组成：
A.载体为矿物油，选自煤油、柴油、大豆油、白油、重油、机械油、环烷油、烷基苯，运动粘度(40℃)范围为10～200mPa.s，载体用量为消泡剂总质量的60～80％；
B.改性聚醚通式RO(EO)x(PO)yR′，x为5～40，y为1～15，R为碳原子数8～24的直链或支链烷基、烯烃基、环烷基，R′为碳原子数1～4的直链或支链烷基；封端聚醚用量为消泡剂总质量的5～15％；
C.改性聚醚通式为R″O(EO)m(PO)nR″′，其中m为2～10，n为10～20，R″为碳原子数2～4的烷基、烯烃基，R″′为碳原子数1～4的直链或支链烷基；封端聚醚用量为消泡剂总质量的5～10％；
D.蜡
蜡选自植物蜡、动物蜡、矿物蜡、合成蜡；用量一般为消泡剂总质量的2～6％；
E.乳化剂
乳化剂包括非离子型表面活性剂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂，用量为消泡剂总质量的2％～8％；
由以上组分制备造纸黑液的矿物油消泡剂，制备方法如下：
①将封端聚醚C和一半质量的封端聚醚B以500～1000rpm的转速高速分散10～20min，得到聚醚混合物；
②在加热反应釜中按比例加入40℃下的运动粘度为10～200mPa.s的载体A、蜡D和另一半质量的封端聚醚B，开始升温搅拌，升温速率控制在1～6℃/min，搅拌速度控制在60～100rpm，温度升高到120～150℃时保持0.5～1h；
③第一步保温结束后，继续搅拌降温冷却，物料温度降至70～90℃时加入上述聚醚混合物和乳化剂E，继续搅拌降至室温；
④将上述混合物用胶体磨循环5min，即得本发明消泡剂。
2.根据权利要求1所述的用于造纸黑液的矿物油消泡剂，载体优选机械油。
3.根据权利要求1所述的用于造纸黑液的矿物油消泡剂，蜡优选合成蜡。
4.根据权利要求1所述的用于造纸黑液的矿物油消泡剂，乳化剂优选HLB值为8～10的非离子表面活性剂。
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