消泡劑原理
消泡劑，也稱消沫劑，原理有以下幾點(diǎn)：
1、泡沫局部表面張力降低導(dǎo)致泡沫破滅
該種機(jī)理的起源是將高級(jí)醇或植物油撒在泡沫上，當(dāng)其溶入泡沫液，會(huì)顯著降低該處的表面張力。因?yàn)檫@些物質(zhì)一般對(duì)水的溶解度較小，表面張力的降低僅限于泡沫的局部，而泡沫周圍的表面張力幾乎沒有變化。表面張力降低的部分被強(qiáng)烈地向四周牽引、延伸，最后破裂。
2、破壞膜彈性而導(dǎo)致氣泡破滅
消泡劑添加到泡沫體系中，會(huì)向氣液界面擴(kuò)散，使具有穩(wěn)泡作用的表面活性劑難以發(fā)生恢復(fù)膜彈性的能力。
3、促使液膜排液
消泡劑能促使液膜排液，因而導(dǎo)致氣泡破滅，泡沫排液的速率可以反映泡沫的穩(wěn)定性，添加一種加速泡沫排液的物質(zhì)，也可以起到消泡作用。
4、添加疏水固體顆?？蓪?dǎo)致氣泡破滅
在氣泡表面疏水固體顆粒會(huì)吸引表面活性劑的疏水端，使疏水顆粒產(chǎn)生親水性并進(jìn)入水相，從而起到消泡的作用。
5、增溶助泡表面活性劑可導(dǎo)致氣泡破滅
某些能與溶液充分混合的低分子物質(zhì)，可以使氣泡表面活性劑被增溶、使其有效濃度降低。有這種作用的低分子物質(zhì)如辛醇、乙醇、丙醇等醇類，不僅可減少表面層的表面活性劑濃度，而且還會(huì)溶入表面活性劑吸附層，降低表面活性劑分子間的緊密程度，從而減弱了泡沫的穩(wěn)定性。
6、電解質(zhì)瓦解表面活性劑雙電層
對(duì)于借助泡沫的表面活性劑雙電層互相作用，產(chǎn)生穩(wěn)定性的起泡液，加入普通的電解質(zhì)即可瓦解表面活性劑的雙電層起消泡作用。
消泡劑種類及研究進(jìn)展
脂肪類消泡劑
第一代消泡劑是以礦物油、脂肪酸及脂肪酸酯、脂肪醇、低級(jí)醇等有機(jī)化合物為主的一類消泡劑。該類消泡劑價(jià)格低廉，制備原料易得，產(chǎn)品性能環(huán)保，適合于在液體剪切力較小，所含起泡劑發(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且專用性較強(qiáng)。
目前關(guān)于脂肪類消泡劑的研究主要集中在脂肪醇乳液消泡劑的制備、脂肪醇類消泡劑的乳化及乳化穩(wěn)定性的研究，該類消泡劑在造紙行業(yè)的抄紙過程中應(yīng)用極為廣泛。
聚醚型消泡劑
聚醚型消泡劑是以環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷開環(huán)聚合制得的一種性能優(yōu)良的水溶性非離子表面活性劑。針對(duì)不同類型的發(fā)泡體系，可通過調(diào)節(jié)環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷鏈段的長(zhǎng)度、比值及分子量改善其親水親油性、濁度、表面張力等物性參數(shù)，只有當(dāng)發(fā)泡體系的溫度高于濁點(diǎn)時(shí)，聚醚消泡劑才可發(fā)揮其消抑泡性能，因此在制備過程中可以通過改變聚醚的濁點(diǎn)來適應(yīng)不同的不同場(chǎng)合的需要。
聚醚型消泡劑通常以多元醇、多碳酸、胺類等含有活潑氫( O-H鍵或N-H 鍵) 的化合物作為起始劑，通過與環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷鏈段聚合，得到一定分子量的聚醚消泡劑，其中以甘油作為起始劑的聚醚消泡劑應(yīng)用最為廣泛，這類消泡劑統(tǒng)稱為甘油聚醚。
市場(chǎng)上常見的甘油聚醚消泡劑大致可分為GP型、GPE型和GPES型。
聚氧丙烯甘油聚醚( GP型) 是由甘油與聚氧丙烯鏈段聚合而成，常用于酵母、鏈霉素、造紙、生物農(nóng)藥生產(chǎn)過程。
聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚(GPE型) 是將聚環(huán)氧乙烷鏈段接枝在GP 型聚醚的末端以增強(qiáng)其水溶性，有很強(qiáng)的消泡能力常用于制藥業(yè)中抗菌素的發(fā)酵過程。
聚氧丙烯聚氧乙烯甘油聚醚酯(GPES型) 是將GPE 型聚醚的端基用硬脂酸進(jìn)行酯化，此舉進(jìn)一步降低了消泡劑的親水性，改善藥劑表面張力，有利于消泡劑分子在氣液界面位置聚集，使其具有更強(qiáng)的消泡能力。此類消泡劑具有無(wú)毒、使用方便、易分散、耐高溫、耐強(qiáng)堿和化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、濁點(diǎn)可調(diào)等特點(diǎn)，但是聚醚消泡劑的致命缺點(diǎn)是破泡率低，當(dāng)發(fā)泡體系瞬間產(chǎn)生大量泡沫時(shí)，不能快速有效地消除泡沫，只能連續(xù)加入以達(dá)到消泡效果。
目前關(guān)于聚醚消泡劑的研究主要集中于利用改性方法將活性基團(tuán)與聚醚結(jié)構(gòu)中的羥基發(fā)生反應(yīng)，如與月桂酸和硬脂酸等脂肪酸發(fā)生酯化反應(yīng)制備GPES 型聚醚、與二甲基二乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷等偶聯(lián)劑發(fā)生縮合反應(yīng)制備聚醚衍生物。
有機(jī)硅消泡劑
硅油是有機(jī)硅消泡劑的主要成分，具有比水溶液和一般油溶液更低的表面張力( 如常見的聚二甲基硅氧烷表面張力低至20 mN/m) ，因而既適用于水性發(fā)泡體系，又適用于油性發(fā)泡體系。有機(jī)硅消泡劑具有低溶解度、高活性、強(qiáng)穩(wěn)定性、無(wú)毒等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于造紙、石油化工、發(fā)酵、廢水處理等行業(yè)。
但由于有機(jī)硅疏水性過強(qiáng)導(dǎo)致其在溶液中分散性極差，單獨(dú)使用時(shí)幾乎沒有消泡效果，因此不能直接用于消泡過程，通常將其作為消泡劑的主要組分，與氣相疏水二氧化硅、乳化劑、去離子水等助劑進(jìn)行復(fù)配制備乳液型有機(jī)硅消泡劑。復(fù)配得到的乳液型有機(jī)硅消泡劑表面張力迅速降低，在投加量很小的情況下即可達(dá)到很強(qiáng)的消泡效果。
相比其優(yōu)秀的消泡性能，有機(jī)硅類藥劑抑泡性略顯不足，且有機(jī)硅相較其他油類更難乳化，在復(fù)配過程中乳化步驟是關(guān)鍵也是難點(diǎn)，一旦乳化不完全、不徹底，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的破乳分層現(xiàn)象，進(jìn)而影響消泡劑的消抑泡性能。因此在有機(jī)硅消泡劑的制備過程中，乳化劑選擇的合適與否直接影響消泡劑的產(chǎn)品品質(zhì)。
目前我國(guó)關(guān)于有機(jī)硅消泡劑的研究主要集中以下兩方面: 選擇合適的乳化劑、增稠劑以保證復(fù)配有機(jī)硅消泡劑能夠穩(wěn)定貯存; 研究適用于不同行業(yè)領(lǐng)域、不同溫度、pH 值條件下起泡體系的復(fù)配有機(jī)硅消泡劑。
聚醚型改性有機(jī)硅消泡劑
聚醚改性有機(jī)硅是通過接枝的方法將親水性的聚醚鏈段鏈接至具有憎水性的有機(jī)硅分子鏈上而制得的聚醚—硅氧烷共聚物。
此類消泡劑有效地結(jié)合了聚醚消泡劑耐高溫、耐強(qiáng)堿、抑泡能力強(qiáng)等以及有機(jī)硅消泡劑無(wú)毒、無(wú)污染、揮發(fā)性低、破泡能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，大大地提高了消泡劑的適用范圍。
聚醚鏈段的引入增強(qiáng)了有機(jī)硅消泡劑的親水性能，有利于其在水溶性起泡體系中充分分散，同時(shí)聚醚改性有機(jī)硅消泡劑也繼承了聚醚消泡劑濁點(diǎn)可調(diào)的特性，通過改變聚醚鏈段中環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷鏈段的比例來調(diào)節(jié)消泡劑的濁點(diǎn)以使消泡劑滿足不同溫度的發(fā)泡體系。疏水的聚硅氧烷鏈段具有極低的表面張力，可使聚醚改性有機(jī)硅消泡劑分子在液膜表面迅速鋪展?jié)B透從而實(shí)現(xiàn)快速破泡，極大地增強(qiáng)了消泡劑的破泡能力。
由于聚醚改性聚硅氧烷兼具親水疏水鏈段，其在溶劑中可自發(fā)形成聚醚鏈段伸展朝外，聚硅氧烷鏈段折疊朝內(nèi)的分散膠團(tuán)，聚醚改性有機(jī)硅的這種“自乳化性”使其能夠在發(fā)泡體系中均勻穩(wěn)定分散，充分發(fā)揮其消抑泡作用，針對(duì)不同的水溶性或油溶性的發(fā)泡體系，可通過調(diào)節(jié)聚醚鏈段和聚硅氧烷鏈段的比例以滿足不同的消泡需求
聚醚改性聚硅氧烷型消泡劑根據(jù)聚硅氧烷與聚醚的化學(xué)鍵結(jié)合方式可分為兩種: Si-O-C 型和Si-C 型。
Si-O-C型聚醚改性聚硅氧烷一般是在酸的催化下，由聚硅氧烷與以羥基封端的聚醚發(fā)生縮合反應(yīng)制備而成，但是Si-O-C鍵遇水易發(fā)生水解，化學(xué)穩(wěn)定性差，因而產(chǎn)品保存期較短。
Si-C型聚醚改性聚硅氧烷通常是在氯鉑酸的催化作用下，含有Si-H 鍵的聚硅氧烷與含有不飽和雙鍵的聚醚發(fā)生加成反應(yīng)制得，Si-C 型聚醚改性有機(jī)硅的抗水性能強(qiáng)，不易發(fā)生水解，耐高溫，耐酸堿，在密封條件下可保存2 a 以上。
目前關(guān)于聚醚改性聚硅氧烷消泡劑的研究主要集中于聚醚改性聚硅氧烷的合成與聚醚改性聚硅氧烷消泡劑的復(fù)配，前者的研究主要集中在優(yōu)化反應(yīng)的聚醚的結(jié)構(gòu)、催化劑種類及用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)、原料投加方式等因素以合成適用于不同消泡體系的聚醚改性聚硅氧烷; 后者的研究主要集中在選擇合適的乳化劑、增稠劑、分散劑等助劑保證消泡劑的穩(wěn)定貯存。
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