Аннотация: В статье рассматривается проблема импортозависимости российских ЦБК от химических добавок, в частности, силиконовых пеногасителей. Показана возможность создания отечественного аналога на базе российского сырья: олигомерной кремнийорганической жидкости (ПАО «Химпром») и полиэфирполиолов (ПАО «Сибур»). Описан принцип синтеза, основанный на образовании силанол-модифицированных структур, и преимущества получаемой эмульсии, включая устойчивость в высокощелочных средах и высокую пеногасящую активность. Разработанный продукт с уровнем локализации более 90% уже прошел апробацию и применяется на ряде комбинатов, что доказывает его конкурентоспособность и соответствие задачам импортозамещения.

1. Введение

Избыточное пенообразование — давняя и серьезная проблема в целлюлозно-бумажном производстве. Пена возникает на всех этапах — от варки целлюлозы до систем оборотной воды — снижая эффективность, ухудшая качество продукции (вызывая разрывы и неоднородность бумажного полотна) и повышая расход ресурсов. Для борьбы с ней исторически используют химические пеногасители, преимущественно на основе полидиметилсилоксанов (силиконовых масел), которые поставляются в виде стабильных эмульсий «масло в воде». Однако производство таких высокоэффективных составов долгое время было сосредоточено за рубежом.

Для российских предприятий эта зависимость стала особенно критичной в последние годы. По актуальным данным, рынок ключевого сырья — силиконов — на 80-100% зависит от импорта, в основном из Китая. Эта ситуация создаёт существенные риски для бесперебойной работы комбинатов. Поэтому актуальной задачей является не просто замена импортного продукта, а создание собственного технологического решения, адаптированного к российской сырьевой базе и условиям местных производств. Данная работа посвящена разработке и внедрению такого пеногасителя.

2. Обзор проблемы и существующих решений

Основная причина пенообразования в ЦБП — наличие поверхностно-активных веществ (ПАВ) как природного происхождения (лигнин, жирные кислоты в черном щелоке), так и технологических добавок. Классические силиконовые пеногасители борются с пеной за счёт низкого поверхностного натяжения и способности быстро растекаться по пузырьку, разрывая его плёнку. Их эффективность напрямую зависит от формы поставки: наиболее действенны именно эмульсии, где силиконовая фаза равномерно диспергирована в воде.

Главный технологический парадокс при создании такой эмульсии — необходимость совместить два, казалось бы, противоположных свойства: долгосрочную стабильность при хранении и быстрое разрушение с раскрытием глобул, при попадании в технологический поток. Добиться этого можно с помощью специально подобранных ПАВ-эмульгаторов, которые также участвуют в процессе пеногашения. Помимо силиконов, в промышленности применяют пеногасители на основе жирных спиртов (процессы где недопустимы силиконовые загрязнения) и полиэфирные составы, особенно эффективные для борьбы с микропузырьками (деаэрации).

3. Методология и сырьевая база

Целью нашей работы был синтез стабильной и высокоактивной эмульсии, полностью основанной на российском сырье. В качестве гидрофобной (водоотталкивающей) основы была выбрана олигомерная кремнийорганическая жидкость производства ПАО «Химпром» (г. Новочебоксарск). По своей химической природе это смесь частично гидролизованных олигоэфиров кремниевой кислоты, содержащих эфирные связи (Si-O-C₂H₅).

Вторым ключевым компонентом выступили полиэфирполиолы производства ПАО «Сибур» (г. Нижнекамск). Эти соединения, содержащие свободные гидроксильные группы (-OH), выполняют двойную роль: они выступают как эмульгатор и как химический модификатор.

Принцип синтеза активной основы заключается в следующем: в присутствии полиэфирполиола эфирные связи кремнийорганической жидкости гидролизуются, а затем происходит конденсация с образованием новых силоксановых связей (Si-O-Si). В результате in situ (непосредственно в реакционной массе) формируются силанол-модифицированные полимерные структуры. Такая архитектура обеспечивает оптимальный баланс гидрофобности и гидрофильности, позволяя затем легко создать стабильную водную эмульсию. Этот подход позволил достичь уровня локализации конечного продукта выше 90%.

4. Свойства и преимущества разработанного состава

Новый пеногаситель разрабатывался с расчётом на превосходство или полное соответствие импортным аналогам в условиях реальных российских производств. Его ключевые особенности:

1. Устойчивость в агрессивных средах. Благодаря контролируемой молекулярной структуре, эмульсия стабильно работает в высокощелочном черном щелоке (pH > 12), где многие традиционные составы теряют эффективность.

2. Комплексное действие. Уникальная комбинация кремнийорганического ядра и полиэфирной оболочки обеспечивает не только быстрое разрушение поверхностной пены, но и эффективную деаэрацию — удаление захваченных в массе жидкости микропузырьков, что критически важно для качества бумаги на высокоскоростных машинах.

3. Технологичность. Эмульсия обладает заданными реологическими свойствами (вязкостью) и размером частиц, что гарантирует длительный срок хранения без расслоения и удобное дозирование.

4. Экономический и стратегический эффект. Помимо прямого сокращения импортных закупок, использование отечественного сырья снижает логистические издержки и валютные риски, создавая замкнутую технологическую цепочку внутри страны.

5. Результаты внедрения и перспективы

Разработанный состав успешно прошёл цикл лабораторных и опытно-промышленных испытаний. Наиболее значимым результатом стало признание продукта базовым химикатом и начало его постоянного применения на нескольких крупных целлюлозно-бумажных комбинатах. Этот факт служит прямым доказательством его конкурентоспособности и технологической адекватности.

Успешное внедрение позволяет утверждать, что выбранный химический путь — формирование силанол-модифицированных структур in situ — оказался верным. Технология продемонстрировала хорошую воспроизводимость и масштабируемость от лабораторных образцов до промышленных партий.

Перспективы дальнейшего развития работы видятся в следующем:

• Долгосрочный мониторинг эффективности и влияния на качество продукции и экологические показатели на предприятиях-партнёрах.
  
• Создание линейки продуктов на базе подтверждённой формулы: разработка специализированных модификаций для высокотемпературных процессов, производства картона или особых видов бумаги.
  
• Работа по стандартизации. Накопленный опыт позволяет инициировать разработку или актуализацию отечественных отраслевых стандартов (ГОСТ, ТУ) на пеногасители, что закрепит технологическую независимость на нормативном уровне.
  

6. Заключение

В результате проведённой работы создан и внедрён в производство конкурентоспособный пеногаситель для целлюлозно-бумажной промышленности, полностью основанный на российском сырье. Технология синтеза, использующая взаимодействие олигомерной кремнийорганической жидкости и полиэфирполиолов, позволяет получать стабильную эмульсию с заданными и настраиваемыми свойствами.

Переход от лабораторной разработки к статусу серийного продукта, применяемого на крупных ЦБК, является главным итогом и подтверждает практическую значимость работы. Это решение не только устраняет критическую импортозависимость, но и создаёт основу для развития целого класса отечественных химических добавок высокой технологической готовности.

Список литературы

1. R. Höfer, et al. "Foams and Foam Control." Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim, 2000.
2. M. Hubbe. Mini-Encyclopedia of Papermaking Wet-End Chemistry. North Carolina State University.
3. Аналитический обзор "Рынок простых полиэфирполиолов". PRCS.ru (2023).
4. Руководство по выбору пеногасителей для целлюлозно-бумажной промышленности. YWL Chemical.
5. Применение пеногасителя в целлюлозно-бумажном производстве. RiseChemical.