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背 景
消泡剂是用于消除对生产生活带来危害的泡沫的一种助剂。在工业生产过程中,只要涉及到搅拌问题,都会产生泡沫,如制浆造纸、纺织印染、涂料加工等等。这些工业过程产生的泡沫会造成很多问题,如生产能力减小、原料浪费、反应周期延长、质量下降等等。因此,消除或者控制有害泡沫具有极大的经济和技术意义。
泡沫消除的方法有机械方法和化学方法。机械方法主要是通过调节体系的温度和压力等方法消泡,化学方法则是指添加消泡剂。
消泡剂的消泡机理
消泡剂的作用原理是通过进入泡沫的双分子定向膜,破坏其力学平衡,从而达到消泡的目的。消泡剂的消泡机理可分为以下3种:
消泡剂与发泡剂发生化学反应而消泡。例如发泡剂为肥皂时,加酸使其变为硬脂酸,也可以加入钙离子、镁离子等金属离子,使其成为不溶于水的固体,导致泡沫破裂。
一些非极性消泡剂如煤油、柴油等,还有小分子醇类消泡剂,他们的表面张力低于泡沫膜的表面张力,能在气泡液膜表面顶走原来的起泡剂,使得泡膜强度降低(油性物质的自身分子链短,不能形成坚固的吸附膜),从而达到消泡的目的。
一些消泡剂以及某些固体疏水性颗粒,例如含氟表面活性剂、硅油、聚醚、胶体SiO2等,能够进入泡沫的双分子膜中,使得泡膜中的局部表面张力降低,而其余部分的表面张力不变,这种张力差异使得张力较强的部位牵引着张力较弱的部位,从而产生裂口,使泡内气体外泄而消泡。
消泡剂的性能要求
作为消泡剂,应具有较低的表面张力和HLB值,不溶于发泡介质之中,但又很易按照一定的粒度大小均匀的分散在泡沫介质中,产生持续的和均衡的消泡能力。因此消泡剂应该具有下述性能:
A、消泡剂的表面张力应该低于被消泡体系的表面张力或比起泡剂有更高的表面活性,能促使起泡剂脱附,但它本身所形成的表面膜强度较差;
B、泡剂泡沫表面有较好的铺展性,在其铺展过程中促进泡沫的排液作用,使液膜变薄;
C、在被消泡体系中不溶解或溶解度极小,但又有一定的亲和性;
D、化学惰性,不与被消泡体系中的组分发生化学反应。
消泡剂类型
消泡剂种类繁多,目前使用的消泡剂,根据其特性效果,大致可以分为以下三类:
A、矿物油、脂肪酸(酯)、酰胺类、低级醇类等有机物
这类消泡剂被称为第一代消泡剂,矿物油如火油、松节油、液体石蜡等,一般用于造纸和印花等行业。脂肪酸(酯)类如牛油、猪油、豆油、蓖麻油等,在造纸、染色、建筑涂料、发酵等领域应用广泛。醇类如椰子醇、己醇、环己醇,可用于制糖、发酵石油精制等。酰胺类的包括聚酰胺、二硬酯酰乙二胺等。
B、有机硅类
有机硅类是目前染整、食品、发酵、造纸、化工生产、粘合剂、润滑油等行业中使用较广的一类消泡剂。单纯的硅油如二甲基硅油,并没有消泡的作用,但将其乳化后,表面张力迅速降低,很小的使用量就能达到很强的破泡和消泡作用。
消泡剂系由硅脂、乳化剂、增稠剂等配以适量水经机械乳化而成。其特点是表面张力小,表面活性高,消泡力强,用量少,成本低。 根据不同的应用领域,有机硅乳液消泡剂的性能有不同的侧重点,有的消泡剂侧重于消泡,有的消泡剂侧重于抑泡,有的消泡剂侧重于相容性等等。
聚醚类消泡剂,是以含有活性氢的物质为起始剂,在一定的条件下和环氧乙烷(EO)以及环氧丙烷(PO)发生聚合而成的,根据不同的应用领域,在EO和PO的结合方式以及合成的聚醚的分子量上有讲究。
C、聚醚改性聚硅氧烷消泡剂
聚醚改性聚硅氧烷消泡剂是近年来最热的一种消泡剂。在硅醚共聚物的分子中,硅氧烷段是亲油基,聚醚段是亲水基,通过调节两种链段的比例和嵌段方式,我们可以得到很大性能各异、低毒环保的消泡剂。聚硅氧烷消泡剂,即本体型消泡剂,在我们实际应用中俗称“硅脂”或“硅膏”,通常由聚二甲硅氧烷和白炭黑两个主要组成物质通过一定的加工工艺加工而成,以聚二甲基硅氧烷为基材的消泡剂是消泡体系中一类理想的消泡剂,这类消泡剂是目前乳液型消泡剂的重要组成部分。单纯的聚二甲基硅氧烷抑泡性能差,消泡作用需要白炭黑粒子来加强。
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