消泡劑_有機硅消泡劑_發酵用消泡劑_污水處理消泡劑_脫硫消泡劑

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導航

有機硅消泡劑的特點、性能和發展現狀
在工業生產過程中如印染、造紙、發酵和天然氣脫硫等)若有大量的泡沫存在,不僅操作不便,浪費設備容量.而且會影響制成品的質量造成次品,故在生產過程中如何有效地控制泡沫.長期來為研究者所重視。消除泡沫可通過靜置、減壓、加溫等辦法達到目的。但在當今工業生產規模越來越大,生產效率要求越來越高的條件下.需要在盡可能短的時間內迅速而有效的消除不斷產生的泡沫.就需要用新的、更有效的方法來消除泡沫。自從德國物理學家Quincke首先提出用化學方法來消除泡沫以來,消泡劑獲得很大發展.各類消泡劑目前已廣泛應用于造紙、印染、食品及化工生產中.其用量也在不斷地增加。

有機硅類消泡劑由于具有以下特點獲得廣泛應用:①表面張力低、表面活性高、消泡力強,如中等粘度的二甲基硅油表面張力僅為20~21mN/m2.比水(76mN/m2)及一般起泡液的都要低,一般認為這是有機硅類消泡劑能力強的主要原因之一。②熱穩定性好揮發性低,二甲基硅油雖然其表面張力很低,但它與其它一般表面張力低揮發性就高的物質不同,即同時擁有低表面張力與低發揮性的性質,這就保證了有機硅油消泡劑可在較寬的溫度范圍內使用。③化學穩定性好,由于Si一0鏈及si—c鏈結合比較穩定,所以有機硅的化學惰性好,很難與其它物質發生化學反應能在苛刻的條件下使用。④無生理毒性,一般用作消泡劑的二甲基硅油聚合度較高,而脫除了低聚物的二甲基硅油是無生理毒性的.使用較安全。

由于上述特點.有機硅消泡劑近年來越來越受到人們重視.發展非常迅速,各種不同性狀的有機硅產品被不斷研制出來.以適應不同場合的需要。

1 有機硅消泡劑的作用機理

當含有表面活性劑的溶液或粘度較大的液體受到攪動時.常常會產生不易消失的泡沫。這些泡沫較為穩定不易消失的原因主要有二個.一是表面活性劑溶液產生的泡沫具有抗拒泡沫壁破裂的”自我痊愈”效應,即當泡沫壁液膜上有一稀薄點.可能引起泡沫破裂時.由于此點位的溶液在流失的同時.處于此部位的表面活性劑分子也會減少.從而使其表面張力增大,牽拉周圍的液膜向稀薄點移動.以平衡表面張力。這樣就防止了初期有稀薄弱化點的液膜溶液進一步流失,造成泡沫破裂。這種作用就稱為泡沫的”自我痊愈”效應。另外一個原因就是泡沫的表面粘度較高,這是由于液膜表面各相鄰表面活性劑分子間相互作用所產生的。液膜表面粘度是溶液總體粘度的二因次形式,如在典型的非離子型表面活性劑溶液中,液膜中鄰近表面活性劑分子的聚乙二醇端可形成氫鏈,阻止或滯緩了泡沫壁溶液的進一步流失,使泡沫更加穩定。當然如溶液本身粘度就高,其液膜的流失速率緩慢,所形成的泡沫也較穩定,不易破裂。

消泡就是泡沫穩定化的反過程,有機硅消泡劑般是由下列兩種作用達到消除泡沫的目的。一是

有機硅消泡劑具有很低的表面張力.在泡沫液膜上具有很好的鋪展性能,能迅速在泡沫表面擴散展開,在擴散展開的過程中將泡沫液膜表面具穩定作用的表面活性劑分子排開,降低了泡沫壁局部的表面張力,破壞了泡沫的”自我痊愈”效應.使泡沫破裂。另外一個作用就是當有機硅消泡劑分散在起泡液體中,它可能插入到泡沫液壁.但只散布到很有限的程度,與發泡劑一起形成混合單層液膜.但此混合液膜的內聚性不佳.局部粘度下降.同樣造成泡沫破裂。一種性能良好的消泡劑必須同時兼具消、抑泡作用.即不但能迅速使泡沫破裂.而且能在相當長的時間內防止泡沫再次大量生成,這在工業生產中非常重要。有些化合物如醚類、醇類及磷酸酯類化合物的鋪展能力很強,能在瞬間使泡沫大量破裂,達到消泡作用.但由于它們同時極易溶解于溶液中去.失去消泡作用.也就是其抑泡能力很弱。如在生產過程中用它們作為消泡劑使用.就需連續不斷地添加,以補充溶入液體的消泡劑。而有機硅一般較難與水及多數有機物相混溶。用有機硅制得的有機硅消泡劑.一般也不易溶人各種發泡介質.可在相當長的時間內發揮消泡、抑泡作用。

2 有機硅消泡劑的種類及性能

目前國內外商品有機硅消泡劑的品種、型號名目繁多,性能各異,達數十種之多.但一般可分為硅油型、溶液型、乳液型、固體型和聚醚改性型等幾類。

2.1硅油型有機硅消泡劑

硅油型有機硅消泡劑.一般是由二甲基硅油或二甲基硅油與二氧化硅等助劑配制而成的消泡劑.此類消泡劑適用于油溶性溶液的消泡.對水溶液產生的泡沫基本無效。一般是低粘度硅油型消泡劑消泡效果快,但持續性較差.而高粘度硅油型消泡劑消泡效果慢,但持續性較好。根據發泡油溶液的性質,選用硅油性有機硅消泡劑的原則是:起泡液粘度越低,選用的硅油粘度應越高.而起泡液粘度越高,選用的硅油粘度應越低。

2.2硅油溶液型有機硅消泡劑

將二甲基硅油溶解在適當的溶劑中可制成有機硅硅油溶液型消泡劑。選用如多氯乙烷、甲苯、二甲苯等有機溶劑配制成的有機硅消泡劑.可用于油溶性溶液的消泡作業,而選用己二醇、甘油等易溶于水的有機溶劑配制成的有機硅消泡劑,可用于水溶液的消泡作業。硅油溶液型有機硅消泡劑配制工藝十分簡單,使用方便,硅油借助有機溶劑分散在起泡液中。起到消泡作用,同時有些溶劑在擴散過程中也會起到一定的消泡作用。但這種方式并沒有被大量使用,主要是因為如大量使用有機溶劑會提高消泡劑的成本,同時造成環境污染。

2.3 乳液型有機硅消泡劑

如將有機硅油直接用于消泡作業.我們知道由于硅油在發泡液中分散性很差.消泡效果不好,如

用于水溶液發泡體系.甚至完全不起作用。為此??蓪⒂袡C硅油制成乳液型有機硅消泡劑。乳液型有機硅消泡劑一般是白色粘稠厚液體,此種乳液型消泡劑既能應用于非水相發泡液的消泡.又能適用于水相發泡液,適用范圍很廣。

乳液型有機硅消泡劑一般由二甲基硅油、白炭黑、乳化劑、乳液穩定劑和去離子水等配制而成。由于硅油比較其它油類更難乳化.形成的乳化液穩定性也較差,而乳化液是否能在產品保質期內保持穩定不分層是乳液型有機硅消泡劑產品質量好壞的重要指標.所以乳化配制中所選擇的助劑、乳化劑是否適當,乳化工藝是否合適都十分重要。

肖繼波等l”利用Span一60和Tween作乳化劑,用十二烷基苯磺酸鈉和羧甲基纖維素鈉作助乳化

劑.在強力攪拌的條件下將二甲基硅油和白炭黑制成外觀為乳白色液體、有效成分w%為11±3.pH

值6.5~7.5.貯藏穩定性達6個月的乳液型有機硅消泡劑。此種消泡劑可在20℃以上及pH值在l~l4的水基體系中使用.其消泡和抑泡效果良好。

李祥等『21首先用白碳黑f氣相二氧化硅1和二甲基硅油制成主消泡劑.再加入復合乳化劑、助乳化劑和去離子水,經快速攪拌乳化.制成性能穩定、消泡性能好、抑泡性能持久的乳液型有機硅消泡劑。作者特別提到所用復合乳化劑的HLB值與制成后的消泡劑穩定性、消泡效果關系極大.并推薦所用復合乳化劑的HLB值以6~7為宜。

李連香等I31在氮氣保護、反應溫度為210~C條件下,將二甲基硅油和SiO:氣溶膠制成有機硅消泡劑的主體材料,然后在攪拌條件下與乳化劑、穩定劑、防腐劑和去離子水乳化制成消泡劑成品。制成的乳液型有機硅消泡劑外觀為白色乳狀液;pH值6.5~7;密度(g.cm.3):1.01~10.15;穩定 ~(3000r.rain 離心5rain):不沉降、不分層。產品具有用量少、消泡快、抑泡時間長的特點。

呂鑫等l 】針對氣田鉆井液發泡問題,利用有機硅、乳化劑ST、和輔助添加劑制成有機硅質量分數15%,乳化劑質量分數5%的鉆井液用有機硅消泡劑。該消泡劑具有消泡效果好,抑泡能力強、與鉆井液的配伍性好等特點。

由于乳液型有機硅消泡劑具有使用方便、適用面廣泛、消泡效果明顯和價格適中等特點.雖然乳液具有難以長期貯存,易分層、易變質的缺點,還是受到用戶歡迎,并且隨著配制技術的進步,乳液型有機硅消泡劑還會有較大的發展。

2.4 固體型有機硅消泡劑

固體型有機硅消泡劑,具有貯存穩定性好、便于運輸、使用方便的特點,不但可用于無泡、低泡洗衣粉的生產,也可用于其它需要消泡作業的場合。固體型有機硅消泡劑的制備方法一般有三種方法:①將有機硅油直接分散在固體載體表面;②有機硅油與軟化點較低的酯肪醇、酯肪酸、酯肪酰胺、脂肪酯或石臘等物質一起熔融,再將熔融體附在固體載體的表面:③有機硅油與成膜物質混合,使成膜物質包封在有機硅油消泡組分的外部形成分散固體顆粒。沈玉龍等同用聚二甲基硅油、含氫聚二甲基硅油、氣相法白炭黑、復合乳化劑、消泡增效劑和賦形劑混配制得同體型有機硅消泡劑。其所用賦形劑為工業食鹽該種同體型有機硅消泡劑穩定性好,酸堿適應范圍廣,用量一般在0.1%~0.01%就具有很好的消泡抑泡能力。

2.5 聚醚改性有機硅消泡劑

聚醚改性有機硅消泡劑是由在憎水的有機硅分子鏈上引入親水的聚醚鏈段改性制得的聚醚一硅氧烷共聚物組成的消泡劑。聚醚改性有機硅消泡劑除了具有聚醚類化合物抑泡能力強、耐高溫、耐強堿性和化學惰性等優點外還具有一些優異的特性。自乳化性:聚醚一硅氧烷共聚物類似于是由憎水性的硅氧烷鏈和親水性的聚醚段組成的一個非離子表面活性劑。其在水溶液中會自發地形成憎水的聚硅氧烷鏈段向內,親水的聚醚鏈段伸展向外的分散膠團,這種陛質稱為聚醚一硅氧烷共聚物的”自乳化性”。

自乳化性使聚醚改性有機硅消泡劑能在起泡液中自發均勻分散,充分發揮消泡、抑泡作用。同

時我們在制備此種化合物時也可根據需要調節聚醚與硅氧烷二者的比例,使之分別適用于水性發泡液或油性發泡液的消泡、抑泡作業。

具有蝕點現象:聚醚一聚硅氧烷共聚物在發泡水溶液中的溶解度是溫度的函數,溫度較低時親水端的聚醚與水分子形成引力較強的氫鍵,聚醚一硅氧烷共聚物溶于水.當溫度升高時.親水的聚醚端與水分子形成的氫鍵強度減弱,直至斷裂,使聚醚一硅氧烷從水溶液中析出,即出現濁點現象。利用這一特性,由聚醚改性聚硅氧烷制成的有機硅消泡劑在一些特殊的場合得到很好的應用。如在滌綸織物的高溫高壓染色工藝中,一般的有機硅消泡劑雖然達到滿意的消泡效果,但由于普通有機硅在高溫高壓下會形成薄膜狀油斑沉積在織物上,影響織物質量。而使用聚醚改性有機硅消泡劑就可克服上述缺點,因為這種共聚物消泡劑在高溫時析出起到消泡和抑泡作用,在低溫時溶于水,不會在織物上形成硅油斑點。

李阿丹I6I用聚二甲基硅氧烷與聚醚(丙三醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚)制成改性硅油,然后用改性硅油與聚二甲基硅氧烷、乳化劑、疏水白炭黑、蒸餾水攪拌配制成含聚醚改性有機硅的消泡劑。該消泡劑適用于弱堿或弱酸環境,當起泡液溫度為80~C,消泡劑的加入量為起泡液體積的3%o時消泡效果最好。倪勇等用30份(質量分)聚硅氧烷與l12份聚醚共聚制得聚醚嵌段有機硅消泡劑。該消泡劑對常用丙烯酸酯類乳膠漆具有理想的消泡能力和良好的乳液親和性。

蔡振云等嗣用丙烯醇聚醚對聚硅氧烷進行接枝改陛,制得的聚醚改性聚硅氧烷能迅速溶于水,穩定性好,不用添加復配其它助劑即可用于消泡抑泡。聚醚改性有機硅消泡劑使用十分方便,可單獨使用,也可與其它助劑配合使用,不但可用于水溶液消泡抑泡,也可用于非水溶液體系的消泡抑泡。
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