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目前常采用的工業(yè)消泡劑大致有3類,即聚醚型、硅油型、硅醚混合型。
1、聚醚型消泡劑
一般有機(jī)化合物如醚類、烴類、醇類及磷酸酯類,鋪展系數(shù)較大,因此破泡作用很強(qiáng),但是抑泡作用卻很差。以環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷開環(huán)聚合制得的聚醚是優(yōu)良的水溶性非離子表面活性劑,其典型結(jié)構(gòu)為:CnH2n+1O(EO)a(PO)bH。分子中聚環(huán)氧乙烷鏈節(jié)是親水基,聚環(huán)氧丙烷鏈節(jié)是疏水基。環(huán)氧乙烷的量超過25%時聚醚溶于水。表征聚醚水溶性的指標(biāo)是濁點(diǎn)。調(diào)節(jié)環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的比例可制得不同親水親油平衡值(HLB)的表面活性劑,獲得所期望的表面活性。通過調(diào)節(jié)EO/PO比和相對分子質(zhì)量,改善其水溶性和油溶性,可大大降低發(fā)泡液表面張力,具有很好的消泡、抑泡能力。
聚醚消泡劑最大的優(yōu)點(diǎn)是抑泡能力較強(qiáng),因此它是目前發(fā)酵行業(yè)應(yīng)用的主導(dǎo)消泡劑,但是它又有一個致命的缺點(diǎn)是破泡率低,一旦產(chǎn)生了大量的泡沫,它不能一下有效地?fù)錅纾切枰录右欢肯輨┎拍苈鉀Q問題。
2、硅油型消泡劑
單純的有機(jī)硅,如二甲基硅油,并沒有消泡作用。但將其乳化后,表面張力迅速降低,使用很小量即能達(dá)到很強(qiáng)的破泡和抑泡作用,成為一種重要的消泡劑成份。硅油型消泡劑一般具有較高的消泡效能,其使用時的關(guān)鍵在于硅油的乳化。如乳化不完全,使用時會破乳,影響其使用效果。常用的有機(jī)硅消泡劑都是以硅油作為基礎(chǔ)組分,配以適宜的溶劑、乳化劑或無機(jī)填料配制成的。有機(jī)硅作為優(yōu)良的消泡劑,除去消泡力強(qiáng),尤為可貴的是硅氧烷集化學(xué)穩(wěn)定性、生理惰性和高低溫性能好等特性于一身,因而獲得廣泛應(yīng)用。
因硅油本身具有親油性,因此對油溶性溶液的消泡具有令人滿意的效果。
有機(jī)硅消泡劑,屬低毒、抗氧化、破泡能力較強(qiáng)的消泡劑,但是它的抑泡能力較差,耗用量大,對微酸性發(fā)酵效果差,對菌絲發(fā)育又有一定的抑制作用。因此,在發(fā)酵業(yè)上的應(yīng)用就受到了一定的限制;在紡織印染行業(yè),尤其是淺色織物使用時,由于硅斑不易洗凈而又一次受到限制。
3、聚醚改性有機(jī)硅消泡劑
聚醚改性有機(jī)硅,是在硅氧烷分子中引入聚醚鏈段制得的聚醚-硅氧烷共聚物(簡稱硅醚共聚物) 聚醚改性有機(jī)硅消泡劑是將兩者的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來的一種新型高效消泡劑。它是選擇具有較強(qiáng)抑泡能力的聚醚和疏水性強(qiáng)、破泡迅速的二甲基硅油為主要成分和能使硅油與聚醚有機(jī)結(jié)合起來的乳化劑、穩(wěn)定劑等成分組成的消泡劑。它具有表面張力低、消泡迅速、抑泡時間長、成本低、用量少、應(yīng)用面廣等特點(diǎn)。對有機(jī)硅進(jìn)行聚醚改性,使之具有二類消泡劑的優(yōu)點(diǎn),成為一種性能優(yōu)良,有廣泛應(yīng)用前景的消泡劑。
在硅醚共聚物的分子中,硅氧烷段是親油基,聚醚段是親水基。聚醚鏈段中聚環(huán)氧乙烷鏈節(jié)能提供親水性和起泡性,聚環(huán)氧丙烷鏈節(jié)能提供疏水性和滲透力,對降低表面張力有較強(qiáng)的作用。聚醚鏈端的基團(tuán)對硅醚共聚物的性能也有很大的影響。常見的端基有羥基、烷氧基等。調(diào)節(jié)共聚物中硅氧烷段的相對分子質(zhì)量,可以使共聚物突出或減弱有機(jī)硅的特性。同樣,改變聚醚段的相對分子質(zhì)量,會增加或降低分子中有機(jī)硅的比例,對共聚物的性能也會產(chǎn)生影響。
有機(jī)硅用作噴染消泡劑,已有不少文獻(xiàn)報道。老的染色工藝,一般應(yīng)用二甲基聚硅氧烷消泡劑,就可達(dá)到滿意的消泡劑效果,并保證染色均勻。但新的染色工藝,使用了高溫高壓機(jī)械,在這種機(jī)械里,被染物受染色液的噴射而運(yùn)動,同時被染色。雖產(chǎn)生的泡沫可由普通的有機(jī)硅消泡劑消泡,但在高溫高壓下,一般的硅氧烷消泡劑會產(chǎn)生薄膜狀沉淀而使被染物產(chǎn)生斑點(diǎn)。應(yīng)用嵌段共聚物就能克服以上缺點(diǎn),因?yàn)檫@些消泡劑組分能溶于冷水,而不溶于熱水,所以能起消泡作用。但只用這種共聚物消泡劑的消泡效果不令人滿意,若在共聚物中加入一定量的霧狀SiO2,就可達(dá)到令人滿意的消泡效果,并生產(chǎn)出染色均勻的織物。
聚醚改性有機(jī)硅消泡劑很容易在水中乳化,亦稱作“自乳化型消泡劑”。在其濁點(diǎn)溫度以上時,失去對水的溶解性和機(jī)械穩(wěn)定性,并耐酸、堿和無機(jī)鹽,可用于苛刻條件下的消泡,廣泛用于滌綸織物高溫染色工藝、發(fā)酵工藝中的消泡。此外,也可用于二乙醇胺脫硫體系的消泡及各種油劑、切削液、不凍液、水性油墨等體系的消泡,也適用于印刷行業(yè)感光樹脂制版后,洗掉未固化樹脂的消泡,是一種很有代表性、性能優(yōu)良、用途廣泛的有機(jī)硅消泡劑。
消泡劑的消泡機(jī)理
1.泡沫局部表面張力降低導(dǎo)致泡沫破滅:該種機(jī)理的起源是將高級醇或植物油撒在泡沫 上,當(dāng)其溶入泡沫液,會顯著降低該處的表面張力。 因?yàn)檫@些物質(zhì)一般對水的溶解度較小,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.消泡劑能破壞膜彈性而導(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.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.添加疏水固體顆粒可導(dǎo)致氣泡破滅:在氣泡表面疏水固體顆粒會吸引表面活性劑的 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 助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而導(dǎo)致氣泡破滅:對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。