有機(jī)硅消泡劑的應(yīng)用進(jìn)展

胡質(zhì)云，張 健

(唐山三友硅業(yè)有限責(zé)任公司研發(fā)部，河北 唐山 063000)

有機(jī)硅消泡劑的應(yīng)用進(jìn)展

胡質(zhì)云，張 健

(唐山三友硅業(yè)有限責(zé)任公司研發(fā)部，河北 唐山 063000)

介紹了有機(jī)硅消泡劑的分類及基本成分，闡述了有機(jī)硅消泡劑的消泡抑泡原理及其特點(diǎn)，概述了有機(jī)硅消泡劑在紡織、造紙、涂料等領(lǐng)域的應(yīng)用情況，并展望了有機(jī)硅消泡劑的發(fā)展方向。

有機(jī)硅消泡劑；造紙工業(yè)；紡織行業(yè)； 涂料行業(yè)

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中(如紡織、食品、涂料、造紙、發(fā)酵、石油開(kāi)采等)大量的泡沫不僅占用生產(chǎn)空間、阻礙生產(chǎn)機(jī)械正常運(yùn)作，降低生產(chǎn)效率，更可能引發(fā)諸多嚴(yán)重的問(wèn)題如火災(zāi)等。人們常采用消泡劑進(jìn)行消泡，使工作正常運(yùn)行。

目前常用的消泡劑種類較多，從消泡劑主體成分上分類包括非硅類消泡劑（聚醚消泡劑、磷酸酯、羧化物與脂肪醇、酰胺）、有機(jī)硅消泡劑及復(fù)合型消泡劑。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)在有機(jī)硅消泡劑的研究與應(yīng)用方面已取得長(zhǎng)足的發(fā)展，有機(jī)硅消泡劑在各行業(yè)均得到了廣泛的應(yīng)用。

1 有機(jī)硅消泡劑的分類及主體成分

有機(jī)硅消泡劑按形態(tài)分為油型消泡劑、溶液型消泡劑、乳液型消泡劑和固體型消泡劑4種。

油型消泡劑主體成分為二甲基硅油，僅適用于油性發(fā)泡體系，且對(duì)微酸性發(fā)酵效果差，對(duì)菌絲發(fā)育有一定的抑制作用，因此在發(fā)酵行業(yè)的應(yīng)用也受到了限制。同時(shí)在紡織印染行業(yè)，由于沉淀在織物上的硅斑不易洗凈，又一次受到限制。由于適用范圍較小，在應(yīng)用領(lǐng)域方面受到限制，目前所占市場(chǎng)份額不大。

溶液型消泡劑是用二甲基硅油溶解在乙醇等有機(jī)溶劑中混勻而成，由于有機(jī)溶劑的氣味、成本等問(wèn)題，目前已很少使用。

固體型消泡劑主要由二甲基硅油等活性成分包覆在碳酸鈣表面，干燥后進(jìn)行粉碎制得。

乳液型消泡劑由二甲基硅油與疏水白炭黑經(jīng)高溫反應(yīng)生成硅膏，再將硅膏與相應(yīng)的乳化劑、增稠劑等按一定比例乳化成乳液。我國(guó)從20世紀(jì)60年代起使用有機(jī)硅類消泡劑，自80年代得到了快速發(fā)展，目前在各領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。

2 有機(jī)硅消泡劑的消泡原理及特點(diǎn)

2.1 消泡原理

泡沫是氣體不溶于表面活性劑而形成的穩(wěn)定狀態(tài)，氣泡形成后，由于發(fā)泡體系分子間的作用，親水基和疏水基被氣泡壁吸附，形成規(guī)則排列，其親水基朝向水相，疏水基朝向氣泡內(nèi)，從而在氣泡界面上形成彈性膜，其穩(wěn)定性很強(qiáng)，常態(tài)下不易破裂。

有機(jī)硅消泡劑中的二甲基硅油、聚醚硅油、疏水白炭黑形成的活性成分加入泡沫體系后，由于該活性成分具有較低的表面活性，很快分布于液體表面，抑制形成新的彈性膜，即終止泡沫的產(chǎn)生。另一方面，活性成分鋪展于泡沫彈性膜表面，進(jìn)一步擴(kuò)散、滲透在膜表面，使其膜壁迅速變薄，破壞了泡沫的平衡穩(wěn)定體系，泡沫同時(shí)又受到周圍表面張力大的液體強(qiáng)力牽引，從而導(dǎo)致破泡。

2.2 有機(jī)硅消泡劑的特點(diǎn)

有機(jī)硅消泡劑具有高效性，有機(jī)硅消泡劑相對(duì)與其他消泡劑具有更低的表面張力，能夠在較低的用量下快速破泡抑泡，一般使用量為泡沫體系的1～100×10-6即可達(dá)到消泡抑泡效果。

有機(jī)硅消泡劑應(yīng)用廣泛，由于硅油的特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)，使它既不與水或含極性基團(tuán)的物質(zhì)相溶，也不與烴類或含烴基的有機(jī)物相溶，因此，有機(jī)硅消泡劑在水、動(dòng)植物油及高沸點(diǎn)礦物油中均不溶解。由于硅油對(duì)各類物質(zhì)的不溶性，因而應(yīng)用面廣，既使用在水體系中消泡，又可在油體系中使用，對(duì)高溫、強(qiáng)堿強(qiáng)酸、高剪切等環(huán)境也可適用。

有機(jī)硅消泡劑具有生理惰性，硅油已被證明對(duì)人畜沒(méi)有毒性，其半致死劑量大于34g·kg-1。所以有機(jī)硅消泡劑（在適宜的乳化劑搭配下）可安全地用于食品、醫(yī)療、醫(yī)藥及化妝品等工業(yè)上。

基于以上優(yōu)點(diǎn)，有機(jī)硅消泡劑在近30年來(lái)，在各領(lǐng)域中得到了快速發(fā)展，對(duì)紡織、造紙、涂料、發(fā)酵等行業(yè)的發(fā)展起到良好的推動(dòng)作用。

3 在紡織工業(yè)中的應(yīng)用

在紡織工業(yè)生產(chǎn)中，由于紡織助劑中存在表面活性劑，所以在紡織品處理過(guò)程中，在強(qiáng)烈的機(jī)械作用下很容易產(chǎn)生泡沫，大量的泡沫不僅占用生產(chǎn)空間、嚴(yán)重影響生產(chǎn)設(shè)備的利用，降低生產(chǎn)效率，同時(shí)給紡織處理工藝帶來(lái)不便，甚至?xí)?duì)紡織品的質(zhì)量產(chǎn)生影響[1]。

有機(jī)硅消泡劑用于化纖粘膠纖維的消泡時(shí)，粘膠纖維油產(chǎn)生大量泡沫，該體系酸堿條件溫和，對(duì)消泡劑的要求不高，常用聚醚改性有機(jī)硅消泡劑，由于對(duì)抑泡性能的要求高于消泡性，常用較高粘度的甲基硅油制備硅膏，加入107膠提高抑泡性能。阻燃纖維生產(chǎn)工序中，由于發(fā)泡體系屬于酸性環(huán)境，因此有機(jī)硅消泡劑的增稠體系必須用聚丙烯酸等作為增稠劑，羧甲基纖維素鈉等在酸性環(huán)境中析出絮凝物質(zhì)，對(duì)后續(xù)過(guò)濾工作帶來(lái)堵管等麻煩。

在染色過(guò)程中所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題就是染液中易產(chǎn)生泡沫，它不僅會(huì)使染液外溢造成嚴(yán)重流失，污染環(huán)境，而且導(dǎo)致織物染色不勻，影響染色物的質(zhì)量。尤其是在新近開(kāi)發(fā)的高效、節(jié)能、環(huán)境友好、小浴比的染色工藝中，更不允許泡沫的存在。要解決這一問(wèn)題，必須加入消泡劑。有機(jī)硅用作噴染消泡劑，已有不少文獻(xiàn)報(bào)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(dòng)，同時(shí)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(huì)產(chǎn)生薄膜狀沉淀而使被染物產(chǎn)生斑點(diǎn)。因此對(duì)有機(jī)硅消泡劑的水分散性提出了更高的要求，普通聚醚硅油難以達(dá)到要求。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能令人滿意，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。

4 在造紙工業(yè)中的應(yīng)用

在制漿造紙工業(yè)(簡(jiǎn)稱造紙工業(yè))中，泡沫處理是生產(chǎn)中的棘手問(wèn)題。從蒸球出料后的制漿單元操作一直到涂布工序(洗滌、濾漿、漂白、脫水、抄紙、施膠、涂布等)，均有不同程度的泡沫存在，泡沫嚴(yán)重地影響著正常生產(chǎn)以及紙張質(zhì)量[2]。過(guò)多的泡沫會(huì)影響紙的抄造性能和均勻度；在涂布加工中，泡沫產(chǎn)生的魚眼會(huì)影響紙的適應(yīng)性能和平滑度[3]。造紙工業(yè)中脫墨劑、草漿黑液、涂布劑、陽(yáng)離子松香施膠劑等由于加入氫氧化鈉等強(qiáng)堿，體系具有極強(qiáng)的堿性，造紙工業(yè)對(duì)有機(jī)硅消泡劑的耐堿性要求較高。

李小瑞等人[4]將二甲基硅油、聚醚、復(fù)合乳化劑和助乳化劑復(fù)配,制得有機(jī)硅/聚醚復(fù)合乳液消泡劑。對(duì)于脫墨液、草漿黑液、涂布劑和陽(yáng)離子松香施膠劑,有機(jī)硅/聚醚復(fù)合乳液消泡劑的應(yīng)用效果優(yōu)于單純的聚醚消泡劑和有機(jī)硅消泡劑,消泡速度更快,用量更少。

楊建[5]發(fā)明了一種用于紙張上光的有機(jī)硅復(fù)合消泡劑，該消泡劑由聚醚、硅油、羧甲基纖維素、硬脂酰胺組成，使用效果好，生產(chǎn)成本低。

有機(jī)硅消泡劑可以應(yīng)用于造紙工業(yè)的每個(gè)工序，消泡效率很高，而其抑泡效果有時(shí)差強(qiáng)人意。因而，有機(jī)硅可以與脂肪酸酰胺、聚醚等其它具有消泡抑泡活性的表面活性劑復(fù)配成復(fù)合消泡劑，這樣既可以提高有機(jī)硅消泡劑的抑泡能力，又能降低產(chǎn)品的成本。隨著表面活性劑復(fù)配技術(shù)的發(fā)展，有機(jī)硅消泡劑顯示出廣闊的應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)潛力[6]。

5 在涂料行業(yè)中的應(yīng)用

近20年開(kāi)發(fā)的涂料如聚氨酯涂料、交聯(lián)固化環(huán)保涂料、乳膠涂料、粉末涂料等，多是由強(qiáng)極性樹脂和高表面張力的溶劑組成，體系易起泡，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程及后續(xù)產(chǎn)品均造成了較大影響。消泡不好容易造成涂料成膜過(guò)程中發(fā)生縮孔、縮邊、橘皮、印痕、流掛、浮色、發(fā)花等表面缺陷，不僅影響涂膜的裝飾效果，而且會(huì)降低或損壞其保護(hù)作用[7]。早年涂料行業(yè)一般采用礦物油和聚醚作為消泡劑，隨著有機(jī)硅消泡劑的研究進(jìn)展，近年來(lái)，有機(jī)硅消泡劑在涂料行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

作為涂料消泡劑的評(píng)估可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：消抑泡性能、涂刷實(shí)驗(yàn)和消泡劑本身的穩(wěn)定性。消泡劑的加入一般分為兩步，第一步在進(jìn)行顏料高速分散時(shí)加入，這一步主要是讓細(xì)微顏料填料粒子的表面充分潤(rùn)濕；第二步在配漿時(shí)加入，進(jìn)一步消滅涂料內(nèi)部的氣泡，同時(shí)抑制氣泡在涂刷施工過(guò)程中的生成。消泡劑的兩步加量根據(jù)實(shí)際情況而定，一般是第一步加1/2，第二步加1/2。涂料的涂刷實(shí)驗(yàn)非常重要，它主要用于評(píng)估消泡劑的加入對(duì)涂料涂刷后的縮孔、縮邊和魚眼等的影響，這些現(xiàn)象的考察應(yīng)該在涂刷至少24h后才能進(jìn)行。

葛玉華[8]利用脂肪醇、聚二甲基硅氧烷、環(huán)氧丙烷、礦物油進(jìn)行復(fù)配，發(fā)明了一種專用于涂料行業(yè)的有機(jī)硅消泡劑，該消泡劑消泡效果好，成本低。

余龍飛等人[9]以低含氫硅油和烯丙基聚醚為原料，氯鉑酸為催化劑，在無(wú)溶劑條件下合成了聚醚改性聚硅氧烷；并將其與硅膏、白炭黑、乳化劑、增稠劑等復(fù)配，制成有機(jī)硅消泡劑。由此聚醚改性聚硅氧烷配成的有機(jī)硅消泡劑用于水性涂料中，具有優(yōu)異的消／抑泡性能及良好的體系相容性。

6 結(jié)語(yǔ)

有機(jī)硅消泡劑應(yīng)用領(lǐng)域的不斷開(kāi)拓，為新型、高效、多功能復(fù)合型的有機(jī)硅消泡劑提供了廣闊的市場(chǎng)，由于各領(lǐng)域發(fā)泡體系、工作液不同，這就要求有機(jī)硅消泡劑具有特定的針對(duì)性。隨著新的高活性消泡組分的不斷發(fā)現(xiàn)，復(fù)配組分協(xié)同效應(yīng)研究的不斷深入，為揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮各種消泡劑的優(yōu)勢(shì)，有機(jī)硅消泡劑將朝著高效持久和性能復(fù)合化的方向發(fā)展，研制、合成適用性強(qiáng)，用量小，能提高產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備利用率的新型高效、多功能復(fù)合型硅聚醚消泡劑將是當(dāng)前消泡劑的發(fā)展方向。

[1] 李莉，李歡玲，余龍飛，等.紡織用聚醚改性聚硅氧烷消泡劑的研究[J].有機(jī)硅材料，2009，23(2)：98-102.

[2] 武玉民，張慶思. 造紙助劑乙撐雙硬脂酸酰胺最佳合成條件的研究(Ⅱ)[J].造紙化學(xué)品，1997 (3)：29-30.

[3] 汪多仁.有機(jī)硅消泡劑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展[J].造紙化學(xué)品，2011(4)：46-48.

[4] 李小瑞，章慧敏，陳文霞.有機(jī)硅/聚醚復(fù)合乳液消泡劑的配制[J].有機(jī)硅材料，2004，18(6)：18-20.

[5] 楊建.紙張上光消泡劑：中國(guó)，200910213182.X[P].2011-05-04.

[6] 武玉民，于躍芹，劉偉，徐桂英，劉少杰.造紙工業(yè)消泡劑概況及發(fā)展[J].日用化學(xué)品科學(xué)，1999(4)：141-143.

[7] 余龍飛.有機(jī)硅表面助劑在涂料工業(yè)中的應(yīng)用[J].廣東化工，2012，39（9）：3-5.

[8] 葛玉華.涂料消泡劑：中國(guó)，102040874A[P].2011-05-04

[9] 余龍飛，鄭小珊，李歡玲，李莉.聚醚改性聚硅氧烷的合成及其在水性涂料消泡劑中的應(yīng)用[J].有機(jī)硅材料，2013，27（5）：333-338.

Application Progress of Organic Silicon Defoamer

HU Zhi-yun, ZHANG Jian
(Tangshan Sanyou Silicon Industry Co. Ltd., Tangshan 063000, China)

The classif cation of silicone defoamers and basic ingredients was describesd, defoaming suppression foam principles and characteristics of silicone defoamers was elaborated. The application of silicone defoamers in the textile, paper, paint and other areas were introduced. The development direction and organic silicon anti foaming agent was prospected.

silicone defoamers; textile industry; paint industry; paper industry

TQ 423.95

A

1671-9905(2014)12-0033-03

胡質(zhì)云（1987-），女，漢族，本科，主要從事有機(jī)硅新材料的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，E-mail:huzhiyun162@163.com

2014-10-24