有机硅消泡剂未来发展趋势
文章原创:上海卜丁化工有限公司 点击数:1381 发布时间:2014-06-29 00:42:27 关键字:有机硅消泡剂

在工业生产过程中如印染、造纸、发酵和天然气脱硫等)若有大量的泡沫存在,不仅操作不便,浪费设备容量.而且会影响制成品的质量造成次品,故在生产过程中如何有效地控制泡沫.长期来为研究者所重视。

消除泡沫可通过静置、减压、加温等办法达到目的。但在当今工业生产规模越来越大,生产效率要求越来越高的条件下.需要在尽可能短的时间内迅速而有效的消除不断产生的泡沫.就需要用新的、更有效的方法来消除泡沫。自从德国物理学家Quincke首先提出用化学方法来消除泡沫以来,消泡剂获得很大发展.各类消泡剂目前已广泛应用于造纸、印染、食品及化工生产中.其用量也在不断地增加。

有机硅类消泡剂由于具有以下特点获得广泛应用:①表面张力低、表面活性高、消泡力强,如中等粘度的二甲基硅油表面张力仅为20~21mN/m2.比水(76mN/m2)及一般起泡液的都要低,一般认为这是有机硅类消泡剂能力强的主要原因之一。②热稳定性好挥发性低,二甲基硅油虽然其表面张力很低,但它与其它一般表面张力低挥发性就高的物质不同,即同时拥有低表面张力与低发挥性的性质,这就保证了有机硅油消泡剂可在较宽的温度范围内使用。③化学稳定性好,由于Si一0链及si—c链结合比较稳定,所以有机硅的化学惰性好,很难与其它物质发生化学反应能在苛刻的条件下使用。④无生理毒性,一般用作消泡剂的二甲基硅油聚合度较高,而脱除了低聚物的二甲基硅油是无生理毒性的.使用较安全。

由于上述特点.有机硅消泡剂近年来越来越受到人们重视.发展非常迅速,各种不同性状的有机硅产品被不断研制出来.以适应不同场合的需要。

1 有机硅消泡剂的作用机理

当含有表面活性剂的溶液或粘度较大的液体受到搅动时.常常会产生不易消失的泡沫。这些泡沫较为稳定不易消失的原因主要有二个.一是表面活性剂溶液产生的泡沫具有抗拒泡沫壁破裂的”自我痊愈”效应,即当泡沫壁液膜上有一稀薄点.可能引起泡沫破裂时.由于此点位的溶液在流失的同时.处于此部位的表面活性剂分子也会减少.从而使其表面张力增大,牵拉周围的液膜向稀薄点移动.以平衡表面张力。这样就防止了初期有稀薄弱化点的液膜溶液进一步流失,造成泡沫破裂。这种作用就称为泡沫的”自我痊愈”效应。另外一个原因就是泡沫的表面粘度较高,这是由于液膜表面各相邻表面活性剂分子间相互作用所产生的。液膜表面粘度是溶液总体粘度的二因次形式,如在典型的非离子型表面活性剂溶液中,液膜中邻近表面活性剂分子的聚乙二醇端可形成氢链,阻止或滞缓了泡沫壁溶液的进一步流失,使泡沫更加稳定。当然如溶液本身粘度就高,其液膜的流失速率缓慢,所形成的泡沫也较稳定,不易破裂。

消泡就是泡沫稳定化的反过程,有机硅消泡剂般是由下列两种作用达到消除泡沫的目的。一是

有机硅消泡剂具有很低的表面张力.在泡沫液膜上具有很好的铺展性能,能迅速在泡沫表面扩散展开,在扩散展开的过程中将泡沫液膜表面具稳定作用的表面活性剂分子排开,降低了泡沫壁局部的表面张力,破坏了泡沫的”自我痊愈”效应.使泡沫破裂。另外一个作用就是当有机硅消泡剂分散在起泡液体中,它可能插入到泡沫液壁.但只散布到很有限的程度,与发泡剂一起形成混合单层液膜.但此混合液膜的内聚性不佳.局部粘度下降.同样造成泡沫破裂。一种性能良好的消泡剂必须同时兼具消、抑泡作用.即不但能迅速使泡沫破裂.而且能在相当长的时间内防止泡沫再次大量生成,这在工业生产中非常重要。有些化合物如醚类、醇类及磷酸酯类化合物的铺展能力很强,能在瞬间使泡沫大量破裂,达到消泡作用.但由于它们同时极易溶解于溶液中去.失去消泡作用.也就是其抑泡能力很弱。如在生产过程中用它们作为消泡剂使用.就需连续不断地添加,以补充溶入液体的消泡剂。而有机硅一般较难与水及多数有机物相混溶。用有机硅制得的有机硅消泡剂.一般也不易溶人各种发泡介质.可在相当长的时间内发挥消泡、抑泡作用。

2 有机硅消泡剂的种类及性能

目前国内外商品有机硅消泡剂的品种、型号名目繁多,性能各异,达数十种之多.但一般可分为硅油型、溶液型、乳液型、固体型和聚醚改性型等几类。

2.1硅油型有机硅消泡剂

硅油型有机硅消泡剂.一般是由二甲基硅油或二甲基硅油与二氧化硅等助剂配制而成的消泡剂.此类消泡剂适用于油溶性溶液的消泡.对水溶液产生的泡沫基本无效。一般是低粘度硅油型消泡剂消泡效果快,但持续性较差.而高粘度硅油型消泡剂消泡效果慢,但持续性较好。根据发泡油溶液的性质,选用硅油性有机硅消泡剂的原则是:起泡液粘度越低,选用的硅油粘度应越高.而起泡液粘度越高,选用的硅油粘度应越低。

2.2硅油溶液型有机硅消泡剂

将二甲基硅油溶解在适当的溶剂中可制成有机硅硅油溶液型消泡剂。选用如多氯乙烷、甲苯、二甲苯等有机溶剂配制成的有机硅消泡剂.可用于油溶性溶液的消泡作业,而选用己二醇、甘油等易溶于水的有机溶剂配制成的有机硅消泡剂,可用于水溶液的消泡作业。硅油溶液型有机硅消泡剂配制工艺十分简单,使用方便,硅油借助有机溶剂分散在起泡液中。起到消泡作用,同时有些溶剂在扩散过程中也会起到一定的消泡作用。但这种方式并没有被大量使用,主要是因为如大量使用有机溶剂会提高消泡剂的成本,同时造成环境污染。

2.3 乳液型有机硅消泡剂

如将有机硅油直接用于消泡作业.我们知道由于硅油在发泡液中分散性很差.消泡效果不好,如

用于水溶液发泡体系.甚至完全不起作用。为此。可将有机硅油制成乳液型有机硅消泡剂。乳液型有机硅消泡剂一般是白色粘稠厚液体,此种乳液型消泡剂既能应用于非水相发泡液的消泡.又能适用于水相发泡液,适用范围很广。

乳液型有机硅消泡剂一般由二甲基硅油、白炭黑、乳化剂、乳液稳定剂和去离子水等配制而成。由于硅油比较其它油类更难乳化.形成的乳化液稳定性也较差,而乳化液是否能在产品保质期内保持稳定不分层是乳液型有机硅消泡剂产品质量好坏的重要指标.所以乳化配制中所选择的助剂、乳化剂是否适当,乳化工艺是否合适都十分重要。

肖继波等l”利用Span一60和Tween作乳化剂,用十二烷基苯磺酸钠和羧甲基纤维素钠作助乳化

剂.在强力搅拌的条件下将二甲基硅油和白炭黑制成外观为乳白色液体、有效成分w%为11±3.pH

值6.5~7.5.贮藏稳定性达6个月的乳液型有机硅消泡剂。此种消泡剂可在20℃以上及pH值在l~l4的水基体系中使用.其消泡和抑泡效果良好。

李祥等『21首先用白碳黑f气相二氧化硅1和二甲基硅油制成主消泡剂.再加入复合乳化剂、助乳化剂和去离子水,经快速搅拌乳化.制成性能稳定、消泡性能好、抑泡性能持久的乳液型有机硅消泡剂。作者特别提到所用复合乳化剂的HLB值与制成后的消泡剂稳定性、消泡效果关系极大.并推荐所用复合乳化剂的HLB值以6~7为宜。

李连香等I31在氮气保护、反应温度为210~C条件下,将二甲基硅油和SiO:气溶胶制成有机硅消泡剂的主体材料,然后在搅拌条件下与乳化剂、稳定剂、防腐剂和去离子水乳化制成消泡剂成品。制成的乳液型有机硅消泡剂外观为白色乳状液;pH值6.5~7;密度(g.cm.3):1.01~10.15;稳定 ~(3000r.rain 离心5rain):不沉降、不分层。产品具有用量少、消泡快、抑泡时间长的特点。

吕鑫等l 】针对气田钻井液发泡问题,利用有机硅、乳化剂ST、和辅助添加剂制成有机硅质量分数15%,乳化剂质量分数5%的钻井液用有机硅消泡剂。该消泡剂具有消泡效果好,抑泡能力强、与钻井液的配伍性好等特点。

由于乳液型有机硅消泡剂具有使用方便、适用面广泛、消泡效果明显和价格适中等特点.虽然乳液具有难以长期贮存,易分层、易变质的缺点,还是受到用户欢迎,并且随着配制技术的进步,乳液型有机硅消泡剂还会有较大的发展。

2.4 固体型有机硅消泡剂

固体型有机硅消泡剂,具有贮存稳定性好、便于运输、使用方便的特点,不但可用于无泡、低泡洗衣粉的生产,也可用于其它需要消泡作业的场合。固体型有机硅消泡剂的制备方法一般有三种方法:①将有机硅油直接分散在固体载体表面;②有机硅油与软化点较低的酯肪醇、酯肪酸、酯肪酰胺、脂肪酯或石腊等物质一起熔融,再将熔融体附在固体载体的表面:③有机硅油与成膜物质混合,使成膜物质包封在有机硅油消泡组分的外部形成分散固体颗粒。沈玉龙等同用聚二甲基硅油、含氢聚二甲基硅油、气相法白炭黑、复合乳化剂、消泡增效剂和赋形剂混配制得同体型有机硅消泡剂。其所用赋形剂为工业食盐该种同体型有机硅消泡剂稳定性好,酸碱适应范围广,用量一般在0.1%~0.01%就具有很好的消泡抑泡能力。

2.5 聚醚改性有机硅消泡剂

聚醚改性有机硅消泡剂是由在憎水的有机硅分子链上引入亲水的聚醚链段改性制得的聚醚一硅氧烷共聚物组成的消泡剂。聚醚改性有机硅消泡剂除了具有聚醚类化合物抑泡能力强、耐高温、耐强碱性和化学惰性等优点外还具有一些优异的特性。自乳化性:聚醚一硅氧烷共聚物类似于是由憎水性的硅氧烷链和亲水性的聚醚段组成的一个非离子表面活性剂。其在水溶液中会自发地形成憎水的聚硅氧烷链段向内,亲水的聚醚链段伸展向外的分散胶团,这种陛质称为聚醚一硅氧烷共聚物的”自乳化性”。

自乳化性使聚醚改性有机硅消泡剂能在起泡液中自发均匀分散,充分发挥消泡、抑泡作用。同

时我们在制备此种化合物时也可根据需要调节聚醚与硅氧烷二者的比例,使之分别适用于水性发泡液或油性发泡液的消泡、抑泡作业。

具有蚀点现象:聚醚一聚硅氧烷共聚物在发泡水溶液中的溶解度是温度的函数,温度较低时亲水端的聚醚与水分子形成引力较强的氢键,聚醚一硅氧烷共聚物溶于水.当温度升高时.亲水的聚醚端与水分子形成的氢键强度减弱,直至断裂,使聚醚一硅氧烷从水溶液中析出,即出现浊点现象。利用这一特性,由聚醚改性聚硅氧烷制成的有机硅消泡剂在一些特殊的场合得到很好的应用。如在涤纶织物的高温高压染色工艺中,一般的有机硅消泡剂虽然达到满意的消泡效果,但由于普通有机硅在高温高压下会形成薄膜状油斑沉积在织物上,影响织物质量。而使用聚醚改性有机硅消泡剂就可克服上述缺点,因为这种共聚物消泡剂在高温时析出起到消泡和抑泡作用,在低温时溶于水,不会在织物上形成硅油斑点。