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消泡劑的選擇及其應用

2016/9/21 閱讀次數：[1788]

消泡劑品種繁多，用途廣泛。在人們的生活和生產中，有時需要利用泡及泡沫，像浮選、滅火、除塵、洗滌、制造泡沫陶瓷和塑料等；有時需要消除泡及泡沫，如發酵、涂料、造紙、印染、排除體內器官脹氣、鍋爐用水、廢水處理及棱鏡(或玻璃)的制造等。所謂“泡”或“氣泡”是指不溶性氣體存在于液體或固體中，或存在于以它們的薄膜包圍的獨立的氣泡。許多氣泡聚集在一起彼此以薄膜隔開的積聚狀態謂之泡沫。氣泡是一種具有氣/液、氣/固、氣/液/固界面的分散體系，后者常見于選礦及油田體系的氣泡。
純水和純表面活性劑不起泡，因為它們的表面和內部是均勻的，很難形成彈性薄膜，即使形成亦不穩定，會瞬間消失。但在溶液中有表面活性劑的存在，氣泡形成后，由于分子間力的作用，其分子中的親水基和疏水基被氣泡壁吸附，形成規則排列，其親水基朝向水相，疏水基朝向氣泡內，從而在氣泡界面上形成彈性膜，其穩定性很強，常態下不易破裂。泡沫的穩定性與表面粘性和彈性、電斥性、表面膜的移動、溫度、蒸發等因素有關。再者，氣泡與液體的表面張力反變相關，其張力愈小，則愈易起泡。在生活和生產中，有時泡沫的出現，給人們帶來諸多不便，故必須消泡。凡能破壞泡沫穩定性的因素，均可用于消泡。消泡涵蓋“抑泡”和“破泡”兩重因素。有機硅消泡劑即賦此功能，它能降低水、溶液、懸浮液等的表面張力，防止形成泡沫，或使原有泡沫減少，通常具有選擇性作用。一般物理消泡法難于瞬間消泡，而化學和界面消泡，則十分快捷、便當、高效。
概而言之，消泡劑是指具有化學和界面化學消泡作用的藥劑。作為消泡劑，有低碳醇、礦物油、有機極性化合物及硅樹脂等。其形態有油型、溶液型、乳液型、泡沫型。作為消泡劑均具消泡力強、化性穩定、生理惰性、耐熱、耐氧、抗蝕、溶氣、透氣、易擴散、易滲透、難溶于消泡體系且無理化影響、消泡劑用量少、高效等特點。
一、有機硅消泡劑機理：
有機硅消泡或抑泡的能力，是由于它具有的很低的表面張力。有機硅化合物（硅油）干擾氣液界的表面張力，導致消泡效果。
當有機硅加到泡沫介質中時，硅油的小顆粒落到泡的表面，同時有效地降低接觸點的表面張力，在泡外皮引起一個薄弱點，從而引起破泡。消泡活性標準可以如此描述：游離的硅油小粒子必須完全地、盡可能快地和有效地分散到活動區內。硅油借助于生產加工時加入的比例很小，表面積很大的SiO2填料作用，而迅速分散，并在SiO2粒子接觸點外引起破乳破泡，擠在一起的泡沫由于臨近處泡沫的破裂，引起不穩定態，加快引起連續破泡的效果，至達到穩定態。如果是乳液狀消泡劑，乳液太穩定，將減少消泡作用。穩定性差時，有較大活性。因此，需要在穩定性和活性之間加以平衡，并選擇在水相及油相中溶解度低，而又具有極高活性的有機硅化合物。
消泡劑的機能，也有按破泡、脫泡、抑泡三種機理進行定義。
破泡：相對于泡沫，從空氣側進入泡中，將泡合一破壞。
抑泡：從液體側進入泡中，將泡合一破壞。
脫泡：從氣泡的界面侵入泡中，令氣泡合一浮出液面。
消泡劑有油型、溶液型、乳液型，固體粉末型及復合型等。
二、有機硅消泡劑種類：
1、水乳劑型消泡劑：
以硅酮為主體，及白炭黑復合物，在表面活性劑（乳化劑）的作用下制備成O/W型各種不同濃度的水乳消泡（適合水性介質消泡場合）或制成高濃度硅膏，用時采用涂抹法或臨時稀釋后使用。
2、油體系消泡劑：
借助溶劑攜帶硅油并分散到起炮液中。溶劑擴散，硅油或微滴發揮消泡作用（一般高、低粘度硅油調合）或制成硅油/礦物油分散體。
原油破乳脫水：
原油占有一定的比例時以W/O乳液形式得到的，不將其中大部份水份除去，這種油是不能加工的，石油工業需要大量有機硅表面活性劑作破乳劑用。此為白色固體，1％水溶液表面張力為20.6mN/m
3、固體粉劑消泡劑：
含質量分數2%~5%有機硅消泡成分及質量分數98%~50%的粉狀固體載體。
4、消泡棒：
硅油、磺酸鈉鹽及蠟的制劑。
5、自乳化自分散型消泡劑：
以聚硅氧烷與聚醚共聚的有機硅表面活性劑，在聚硅氧烷分子鏈上引入親水基，可顯著改善有機硅在水中的分散性，或成自乳化狀，成為一類專門的消泡劑，在濁點以上消泡，適合高溫高壓噴射染色等消泡。
“自乳化型”消泡劑耐熱、機械穩定性，耐酸、堿，苛刻條件下消泡，如聚酯纖維高溫染色，二乙醇胺水溶液脫硫體系，各種油劑切削液，不凍液等體系消泡。
三、有機硅消泡劑應用：
1、紡織印染：
（1）、上漿工藝：水乳劑型有機硅消泡劑，如：JY-851（或有機硅聚醚），上漿槽內添加量0.2?0.25g/L
（2）、化纖油劑：化纖油劑加入0.02?0.04%水乳液型消泡劑。化纖油劑配方中應含有機硅聚醚硅油。
（3）、退漿精煉：選用含聚醚有機硅，
（4）、漂白：酸性較強，有機硅消泡劑。
（5）、染色：有機硅乳液消泡劑。噴射染色選用聚醚有機硅，高溫消泡、低溫水溶，不沾污織物。
2、石化工業：
（1）、鉆井：乙基硅油用于泥漿添加劑。
（2）、采油：油氣分離，消泡棒。熔點比井口泡沫溫度高2.8?13.9℃。
（3）天然汽油吸收：用汽油將硅油配成2％溶液。
（4）油氣分離破乳：
A、油氣分離，原油中添加0.025～0.0065mg/Kg可提高生產能力；
B、破乳：油氣分離的原油一般微W/O型乳液，添加0.2mg/Kg左右的適宜消泡劑，可達到破乳消泡的效果。
（5）精煉：減壓蒸餾添加消泡劑，餾分顏色改善，餾分范圍放寬，常用有硅油的柴油溶液。
（6）高能燃料（內燃、噴氣、航空燃料）用氰烷基聚硅氧烷分散在高閃點煤油中，再加到高能燃料中作高效消泡劑。
（7）瀝青、渣油：添加硅油量為0.2×10－6～2.0×10－6
（8）延遲焦化、除焦、消垢：消泡劑添加參考量：0.05～100×10－6
（9）消泡鉆井液：高粘度磺金屬鹽（石油磺酸鈣：磺化瀝青鈉＝1：1），硅氧烷的加入量約100～400×10－6或5～15mg/Kg，磺酸鹽：硅氧烷接近1：1為佳。
（10）潤滑油：如內燃機、汽車潤滑劑、金屬加工液、壓縮機油等，當用硅油添加作消泡，是因為以下優點：
A、難溶于潤滑油，處于分散狀態，有利于吸附在氣泡膜上破泡；
B、有與礦物油類似的烷基，能擠進泡膜，削弱分子引力；
C、表面張力低，滲透好，吸附在泡膜表面時使局部表面張力降低，因泡膜表面張力不均勻而破泡。
重質油選用粘度小硅油，添加量1～10×10－6。另外，烷基聚丙烯酸酯也比較好，有較好的氣體釋放性。
支鏈胺加入粗汽油、石腦油中，再加入到潤滑油中，也可作消泡劑，加入量微0.05～1％，此消泡劑可加入金屬切削液中。
3、造紙工業
（1）制漿：有機硅乳液消泡劑（90g/T紙）。
（2）涂布紙：涂層涂料，壓光后印刷畫報等的用紙，涂布氣泡一般用非硅消泡劑。
（3）污水處理：水乳劑型有機硅消泡劑.
4、涂料、油墨中的應用
I、涂料生產中對消泡劑的要求：
（1）與泡沫表面的活性物質有一定親和力，但再氣泡液中應該是難溶與不溶的；
（2）表面張力低于氣泡液的表面張力，且有較低HLB值；
（3）應使乳液（乳膠）穩定；
（4）涂料成膜后不能引起魚眼和縮孔的不良后果；
（5）水性涂料用消泡劑：多使用水中難溶的物質，如礦物油、醇、有機硅樹脂，有機硅是水性涂料的消泡劑。
非水性涂料用消泡劑：常用難溶于有機溶劑中的物質，如低級醇、有機硅樹脂（有機硅樹脂用量要適量，過量易縮裂、陷穴，現多采用改性的有機硅樹脂或經乳化的有機硅樹脂）。
II、水性涂料中推薦使用的有機硅消泡劑：
（1）硅油、疏水SiO2混合物適用：
環氧樹脂，澆涂，用量0.3％；
熱塑丙烯酸樹脂，噴涂，用量0.3％
（2）聚醚聚硅氧烷與疏水SiO2混合物適用：
熱固性醇酸樹脂，浸涂用量0.3％，刮涂用量0.1％
（3）疏水SiO2、烴類、硅油的混合物適用：
熱塑性丙烯酸樹脂，印刷、油墨，用量0.1％；
空氣干燥型丙烯酸樹脂，澆涂，用量0.5％。
（4）硅油及疏水SiO2混合物乳液適用：
醇酸改性苯丙樹脂，澆涂，用量0.5％
5、洗滌劑工業用有機硅消泡劑
金屬清洗液，要求耐堿，時加入液體產品時透明且有消泡活性。
6、食品工業用有機硅消泡劑：

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