在制漿造紙工業(yè)（簡稱造紙工業(yè)）中，泡沫處理是生產(chǎn)中的棘手問題。從蒸球出料后的制漿單元操作一直到涂布工序（洗滌、濾漿、漂白、脫水、抄紙、施膠、涂布等），均有不同程度的泡沫存在。泡沫是一種有大量氣泡分散在液體連續(xù)相中的分散體系，其分散相為氣體，給工業(yè)生產(chǎn)帶來困難，如減少生產(chǎn)能力、浪費(fèi)設(shè)備容量、影響產(chǎn)品質(zhì)量、影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行等。故在生產(chǎn)過程中如何有效地控制泡沫，長期為研究者所重視。本文簡要討論泡沫的形成原因，消除泡沫的機(jī)理及常用的消泡劑。

1、發(fā)泡原因

當(dāng)含有表面活性劑的液體或黏度較大的液體受到攪動(dòng)時(shí)，常常會(huì)產(chǎn)生大量不易消失的泡沫。這些泡沫較為穩(wěn)定不易消失的原因如下：

1. 1 膜彈性

液膜在一般的稀化過程中抗拒局部稀薄化的能力為膜彈性。當(dāng)液膜有一稀薄點(diǎn)時(shí)，此點(diǎn)即是可能破裂的部位。但當(dāng)這一點(diǎn)再進(jìn)一步被拉伸時(shí)，則在此部位的表面活性劑分子會(huì)更加減少，而使其表面張力增大，結(jié)果造成力的不平衡，牽拉周圍的表面向稀薄點(diǎn)移動(dòng)，以平衡表面張力。表面層的移動(dòng)會(huì)一起拉動(dòng)下層的液體，這樣就防止了初期弱點(diǎn)的進(jìn)一步稀薄，及進(jìn)而引起的泡沫破裂。這種作用也可稱為“自我痊愈效應(yīng)”。

當(dāng)然平衡表面張力時(shí)，也可能是主體液中的分子移出來而不必由鄰近的表面移動(dòng)分子。但如果發(fā)生這種情況的話，就不會(huì)有回復(fù)稀薄部位的活動(dòng)，也無法防止進(jìn)一步的稀化，從而導(dǎo)致泡沫破裂。不過，大多數(shù)發(fā)泡表面活性劑分子從主體到表面的移動(dòng)速度相當(dāng)慢，所以自我痊愈效應(yīng)是主要的。

1. 2 表面黏度

表面黏度是總體黏度的二因次形式，是由于液體表面各相鄰分子間相互作用產(chǎn)生的。如在典型的非離子型表面活性劑溶液中，鄰近表面活性劑分子的聚乙二醇端可形成氫鍵，阻止或滯緩了泡沫壁的流失速度，而使泡沫穩(wěn)定。如果液體本身黏度高，泡沫壁的流失速率緩慢，且比較穩(wěn)定，而使泡沫穩(wěn)定。

1. 3 電雙層互斥作用

對(duì)離子型表面活性劑來說，泡沫壁的稀薄化會(huì)持續(xù)進(jìn)行到內(nèi)外壁上荷電基團(tuán)變得充分靠近而引起電性互斥作用為止。這種互斥作用制止了泡沫壁的更進(jìn)一步稀薄化。當(dāng)然這種效應(yīng)只有對(duì)非常薄的泡沫才會(huì)顯得重要。

1. 4 熵性雙層互斥作用

對(duì)非離子型表面活性劑，當(dāng)泡沫壁的稀薄化進(jìn)行到一定程度時(shí)，表面活性劑聚乙二醇端的混合熵同時(shí)會(huì)太大而無法互相滲透，防止了泡沫壁的進(jìn)一步稀薄化。當(dāng)然這種效應(yīng)只有當(dāng)泡沫非常薄時(shí)才顯得重要。

1. 5 氣泡間氣體擴(kuò)散作用的降低

對(duì)于泡沫膜厚度超過10nm 的來說，前二項(xiàng)是主要的。

2、消泡機(jī)理

一是通過消泡劑在泡沫中擴(kuò)散，擴(kuò)散時(shí)在泡沫壁上形成雙層膜，在此擴(kuò)散過程中將具穩(wěn)定作用的表面活性劑排開，而降低泡沫局部表面的張力，破壞泡沫的自愈效應(yīng)，使泡沫破裂；二是消泡劑可能進(jìn)入泡沫壁，但只散布到很有限的程度，與發(fā)泡劑一起形成混和的單層，若此種單層的內(nèi)聚性不佳時(shí)，泡沫就會(huì)破裂。

這二種機(jī)理的共同點(diǎn)為消泡劑必須先能擴(kuò)散進(jìn)入泡沫之間，這種能力可用滲入系數(shù)E來表示。當(dāng)消泡劑進(jìn)入膜內(nèi)后，散布的能力就決定于展開系數(shù)"。E 和S可用消泡劑和發(fā)泡介質(zhì)兩者的表面張力及交界面張力來表示：

式中rF和rA各為發(fā)泡介質(zhì)及消泡劑的表面張力；rFA為兩者間界面張力。當(dāng)然最好消泡劑的滲入系數(shù)和展開系數(shù)都是正值，即具有較低的表面張力rA。不過也可能rFA項(xiàng)值較大，這樣E可能為正值，S變成零或負(fù)值。此時(shí)消泡劑進(jìn)入泡沫壁但不展開，不過若形成的混合膜缺乏內(nèi)聚性，也會(huì)起消泡作用。相反如混和膜與原泡沫膜的內(nèi)聚性相似或更強(qiáng)的話，那就沒有消泡作用。E和S都是負(fù)值時(shí)，消泡劑肯定無效。

另外，因消泡劑液滴是在泡沫壁上起作用而破壞泡沫的，所以如果消泡劑具有較低的水溶性就能在液體-空氣交界面停留較長時(shí)間，維持較長時(shí)間的消泡活性。

綜上所述，一種理想的消泡劑應(yīng)具有的特性是：表面張力比發(fā)泡介質(zhì)低；水溶性低，且對(duì)乳化和化學(xué)分解作用有抗拒性；擴(kuò)散速率高；分子間聚合力小，不會(huì)提高系統(tǒng)的表面黏度；對(duì)人和環(huán)境基本無毒；不會(huì)顯著增加廢液的BOD，COD 和TOD。

3、消泡劑

消泡劑又稱防沫劑，用以消除和抑制工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的有害泡沫。其消泡方法主要有物理、機(jī)械、化學(xué)三種。通常指的是化學(xué)法，即將某些化學(xué)試劑，加到起泡液中，消除或抑制泡沫的生成。工業(yè)上常用的消泡劑一般可分為有機(jī)消泡劑、有機(jī)硅消泡劑和聚醚型消泡劑等三類。其中有機(jī)硅消泡劑因具有消泡力強(qiáng)、使用濃度低且對(duì)人類和環(huán)境基本無毒的特點(diǎn)，越來越受到人們的歡迎。

3. l 有機(jī)消泡劑

有機(jī)消泡劑是指以脂肪酰胺、磷酸脂、醇、醚等有機(jī)化合物為主的一類消泡劑。如脂肪酸及其甘油酯類，碳數(shù)高些的乙基已醇和帶二異丁基的中碳醇，還有表面活性劑失水梨醇脂肪酸酯等。有機(jī)消泡劑適合在液體剪切力較小，所含表面活性劑發(fā)泡能力較溫和的條件下使用。但對(duì)致密型泡沫的消除能力較差，市場份額已不斷萎縮，因此在應(yīng)用上有局限性。有些特殊的行業(yè)，如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等，就需要象聚四氟乙烯這類耐酸堿的有機(jī)消泡劑。

3. 2 有機(jī)硅消泡劑

有機(jī)硅消泡劑可由二甲基硅油和SiO2按一定比例復(fù)合而成。這樣制成的消泡劑具有不溶于水、難乳化、表面黏度低、表面張力比一些表面活性劑要低及能干擾泡沫膜的表面彈性等特性。特別對(duì)油溶性溶液的消泡效果較好；改性復(fù)合有機(jī)硅消泡乳劑的擴(kuò)散性、消泡能力和作用性能更好。國內(nèi)外目前大量使用的消泡劑多屬此類。有機(jī)硅型消泡劑目前應(yīng)用范圍最廣，其用量?。╨0~l00μg/g）、消泡能力強(qiáng)、揮發(fā)性低、抗氧化性低、無毒、無味、無副作用。按狀態(tài)可分為油型、溶液型、乳液型、改性油型及粉末型等，其中乳液型使用面最廣、

用量最大，其活性成分主要是甲基硅油、二甲基硅油、苯基硅油、疏水二氧化硅（白炭黑）、聚硅氧烷聚醚（-Si-O-C-）等。

硅油型消泡劑具有較高的消泡效能，由于其乳化問題復(fù)雜，若乳化不完全，使用時(shí)破乳將嚴(yán)重影響應(yīng)用效果。它對(duì)油溶性溶液的消泡是令人滿意的，改性硅油消泡劑在水體系中消泡很好。

在實(shí)際應(yīng)用中人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)乳化劑中有機(jī)硅顆粒直徑小于2!m 時(shí)消泡能力很弱。這是因?yàn)橄輨┮旱翁?，很容易被乳化或擴(kuò)散進(jìn)入主體液中而無法在液- 空氣交界面上排列起消泡作用。相反，當(dāng)顆粒直徑大于50μm時(shí)，除非乳劑濃得能滯緩分層，否則貯存穩(wěn)定性很差。另外，顆粒過大，在稀釋進(jìn)入發(fā)泡系統(tǒng)時(shí)有機(jī)硅還可能“油析”出來而降低消泡能力，并會(huì)產(chǎn)生油污。顆粒大小可通過選用適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┘叭榛O(shè)備來控制。

另外，在配制消泡液時(shí)可用一些濃集劑，濃集劑的作用是提高乳液的黏度，防止顆粒相互凝結(jié)。適于有機(jī)硅消泡劑的濃集劑有羥乙基纖維素、藻朊酸鹽衍生物、合成羥乙烯基聚合物等。

3. 3 聚醚型消泡劑

聚醚消泡劑是近年來隨著聚醚工業(yè)的迅速發(fā)展而開發(fā)的一類消泡劑，在制備中通過調(diào)節(jié)氧乙烯、氧丙烯的比值及分子量，就可改善其水溶性和油溶性，大大降低發(fā)泡液的表面能力，迅速分散泡沫，具有很好的消泡、抑泡能力。

聚醚型消泡劑主要有以下幾種："直鏈聚醚，如聚氧乙烯、聚氧丙烯等；#端基由醇、氨（ 胺）、或酯化的聚醚衍生物，此類消泡劑表面活性強(qiáng)，消泡能力高。分子量是聚醚的重要特性之一，而聚醚的濁點(diǎn)則與分子量和水溶液的ph值有關(guān)。

總體來說，聚醚型消泡劑的擴(kuò)展系數(shù)較大，因此破壞泡沫作用很強(qiáng)，但抑泡作用很差；有機(jī)硅類的擴(kuò)展系數(shù)很小，單純的有機(jī)硅如二甲基聚硅氧烷無消泡作用，而將其乳化后，表面張力迅速降低，使用很少量即能達(dá)到很強(qiáng)的破泡和抑泡作用。

4、消泡劑的用量和用法

有機(jī)消泡劑的體積分?jǐn)?shù)一般為0.1*l0-3~4*l0-3（按具有消泡活性的物質(zhì)計(jì)）。

消泡活性物質(zhì)分?jǐn)?shù)為l00% 的有機(jī)硅消泡劑較少直接用于生產(chǎn)過程，這不僅因成本高，而且少量使用時(shí)難奏效，用量多又會(huì)引起污染問題。所以常用的大都是已配制成有機(jī)硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為l% ~ 2% 的消泡乳劑。其用量根據(jù)工藝條件而適當(dāng)變化。如一般認(rèn)為：在印染廠開始染色時(shí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5*l0-5~3*l0-4的有機(jī)硅就足可控制住泡沫了。在廢液或廢物處理系統(tǒng)中，只要l*10-6~l0*l0-6就夠了。

從作用上來說，要操作簡便，當(dāng)然最好是將消泡劑一次加入溶液中，就能在整個(gè)過程中控制泡沫。但有時(shí)這樣效果并不好。因?yàn)橄輨┍仨毷窃谝? 空氣交界面處將泡沫穩(wěn)定劑排開，才起到消泡作用。在此過程中，有許多因素可將消泡劑從表面去掉，即隨著時(shí)間的增長會(huì)慢慢溶解或乳化進(jìn)入液體中，失去消泡能力（消泡劑溶解和乳化速度的快慢與下列因素有關(guān)：剪切力、表面活性劑的種類和濃度、溫度、p~值、溶劑種類和含量以及可能存在的某些特殊物質(zhì)等）。所以使用消泡劑最安全最有效的方法是在生產(chǎn)過程中以連續(xù)或半連續(xù)的方式添加低濃度的稀乳液，這樣，既可防止發(fā)泡又可防止有機(jī)硅產(chǎn)生的油污問題，若必須在操作開始就加入足夠的有機(jī)硅消泡劑那就要避免過量。