消泡劑的分類及其特點(diǎn)概述

朱天一，李茂，程亮，劉曉磊，朱江，馬筱怡，孫曉婷

(1.中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心,遼寧 大連 116032；2.中國(guó)石油大連石化公司,遼寧 大連 116032)

消泡劑的分類及其特點(diǎn)概述

朱天一1，李茂2，程亮1，劉曉磊1，朱江1，馬筱怡1，孫曉婷1

(1.中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心,遼寧 大連 116032；2.中國(guó)石油大連石化公司,遼寧 大連 116032)

文章簡(jiǎn)述了消泡劑的組成及作用機(jī)理，重點(diǎn)闡述了消泡劑的種類及其性能特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域等。種類主要有非硅型、聚醚型、有機(jī)硅型和聚醚改性有機(jī)硅型。非硅型由于專用性強(qiáng)，目前應(yīng)用較少。聚醚型和有機(jī)硅型有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，例如聚醚型的消泡能力差，抑泡能力強(qiáng)，有機(jī)硅型卻相反，所以根據(jù)其行業(yè)和性能需求來(lái)選擇。聚醚改性有機(jī)硅型兼具聚醚型和有機(jī)硅型的優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)消泡劑的發(fā)展方向。

消泡劑；聚醚；有機(jī)硅；聚醚改性有機(jī)硅

0 引言

消泡劑，是消除泡沫的一種添加劑。在涂料、紡織、醫(yī)學(xué)、發(fā)酵、造紙、水處理及石油化工等領(lǐng)域生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的泡沫，進(jìn)而影響到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)過(guò)程?；趯?duì)泡沫的抑制、消除，生產(chǎn)時(shí)通常要把特定量的消泡劑加入其中。

1 消泡劑的組成

消泡劑的組成主要有活性成分、乳化劑、載體和乳化助劑，其中活性成分為最主要的核心部分，起到破泡、減小表面張力作用；乳化劑是使活性成分分散成小顆粒，以便于更好地分散到油或者水中，起到更好的消泡效果；載體在消泡劑中占較大比例，其表面張力并不高，主要起到支持介質(zhì)的作用，對(duì)抑泡、消泡效果有利，能把成本降低；乳化助劑是使乳化效果更好。

2 消泡劑的作用機(jī)理

影響泡沫穩(wěn)定性的因素有液體的表面張力及其修復(fù)能力、界面膜的性質(zhì)、表面活性劑的種類等。起泡體系的種類不同，導(dǎo)致泡沫穩(wěn)定因素也不同。消泡劑的表面張力低，易于進(jìn)入液膜中并擴(kuò)展，降低液膜的表面張力，使液膜逐漸變薄，內(nèi)部受力不均勻，失去自我修復(fù)能力從而導(dǎo)致其破裂。泡沫的破裂過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 泡沫破裂過(guò)程[1]

3 消泡劑的分類

消泡劑主要分為非硅型、聚醚型、有機(jī)硅型和聚醚改性有機(jī)硅型。

3.1非硅型

非硅型消泡劑主要有醇類、脂肪酸、脂肪酸酯及磷酸酯類等，適用于油性基液中。它的制備原料易得、環(huán)保性能高、生產(chǎn)成本低，但對(duì)致密型泡沫的消泡效率較低，且專用性較強(qiáng)，目前可以使用此類消泡劑的行業(yè)較少。

3.2聚醚型

聚醚型消泡劑是環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷的共聚物，主要是利用其溶解性在不同溫度表現(xiàn)出的不同特性達(dá)到消泡作用。低溫下，聚醚分散到水中，當(dāng)溫度不斷升高時(shí)，聚醚親水性逐漸降低，直到濁點(diǎn)時(shí)，使聚醚成為不溶解狀態(tài)，這樣才發(fā)揮消泡作用。在制備過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)聚醚的種類及原料的比例就可改變其濁點(diǎn), 從而可以應(yīng)用在不同行業(yè)。

聚醚型消泡劑具有抑泡能力強(qiáng)、耐高溫等優(yōu)良性能，缺點(diǎn)是有一定毒性，使用條件受溫度限制，破泡速率不高，使用領(lǐng)域窄。泡沫如果產(chǎn)生的數(shù)量較多，其無(wú)法迅速消滅泡沫，必須有消泡劑重新加入其中，消泡效果才能體現(xiàn)出來(lái)[2]。

聚醚型消泡劑主要分為GP型、GPE型、GPES型。

聚合環(huán)氧丙烷與環(huán)氧乙烷、或環(huán)氧丙烷與甘油即可獲得GP型。其在起泡介質(zhì)內(nèi)的抑泡能力要高于消泡能力。常用在生物農(nóng)藥、酵母等生產(chǎn)中做消泡劑。

GPE型消泡劑主要是將環(huán)氧乙烷加在聚丙二醇鏈段(GP型消泡劑)末端，變成親水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油鏈端。其在介質(zhì)中易溶解，消泡能力強(qiáng)，但溶解度也較大，抑泡性能較差，常用于制藥工業(yè)做抗菌素發(fā)酵過(guò)程的消泡劑。

GPES型是在GPE型消泡劑鏈端用硬脂酸進(jìn)行酯化處理后得到一種新的聚醚型消泡劑。因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的分子親油性增加，親水性降低，易于聚集在氣液界面，因而消泡效率高。

3.3有機(jī)硅型

聚二甲基硅氧烷(也叫做硅油)是有機(jī)硅型消泡劑的主要成分。和H2O、普通油類相比，硅油表面張力更小,既適用于水基起泡體系，又適用于油性起泡體系。在H2O、普通油類中，硅油活性高、溶解度低，其基本特征表現(xiàn)在化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、使用范圍廣泛、揮發(fā)性低、無(wú)毒，且消泡能力比較突出等，缺點(diǎn)是抑泡性能較差。

這一類消泡劑的種類主要包括固體型、乳液型、溶液型和油型。

固體型消泡劑具有穩(wěn)定性好、工藝簡(jiǎn)單、便于運(yùn)輸、使用方便等特點(diǎn)。它對(duì)油相、水相均適用，介質(zhì)分散性也比較突出，在低(無(wú))泡洗衣粉領(lǐng)域應(yīng)用比較普遍。

乳液型消泡劑中的硅油具有較大的張力，乳化難度系數(shù)大，乳化劑一旦選擇不當(dāng)，會(huì)造成消泡劑在短時(shí)間內(nèi)分層、變質(zhì)等現(xiàn)象。乳液的穩(wěn)定性對(duì)消泡劑質(zhì)量極為關(guān)鍵，因此乳液型硅類消泡劑的制備重點(diǎn)在于乳化劑選擇。同時(shí)乳液型消泡劑具有價(jià)格便宜、適用范圍廣泛、消泡效果明顯等特點(diǎn)，在有機(jī)硅消泡劑中用量最大。隨著配方技術(shù)的進(jìn)步，乳液型消泡劑會(huì)有較大發(fā)展。

溶液型消泡劑是硅油溶解在溶劑中制成的溶液，其消泡原理是：利用溶劑將硅油成分?jǐn)y帶且于起泡溶液內(nèi)分散，在這一過(guò)程中，硅油會(huì)逐步凝聚成微滴，由此完成消泡。硅油溶解在非水有機(jī)溶液體系中，例如多氯乙烷、甲苯等，可以作為油性溶液消泡。硅油溶解在水相體系溶液中，例如乙二醇、甘油等，可以作為水性溶液消泡。需要注意的是，溶劑在提高消泡劑分散性的同時(shí)，其成本也會(huì)加大，其制備過(guò)程中攪動(dòng)的速度、力度如果不足, 溶劑雖易得到擴(kuò)散，硅油卻凝聚成粒度大、消泡活性較差的油珠[3]。

成本較高的二甲基硅油通常適合油溶性溶液的消泡。一般來(lái)說(shuō)，高黏度的起泡體系選擇低黏度的消泡劑，低黏度的起泡體系選擇高黏度的消泡劑。

3.4聚醚改性有機(jī)硅型消泡劑

此類消泡劑是利用聚醚鏈段或聚硅氧烷鏈段改性接枝后獲得的硅醚共聚物，它是將兩者的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)得到一種新型高效消泡劑，具有分散性好、抑泡能力強(qiáng)、穩(wěn)定、無(wú)毒、揮發(fā)性低、消泡效力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

3.4.1 聚醚改性有機(jī)硅型消泡劑特點(diǎn)

逆溶解性：由于分子中含有聚醚鏈段，所以具備聚醚消泡劑的濁點(diǎn)特性，能基于體系消泡的溫度需求方便地選擇適用的聚硅氧烷聚醚型消泡劑。

自乳性:由于硅氧烷鏈段和聚醚鏈段對(duì)溶劑的憎、親性能不同，當(dāng)聚醚改性有機(jī)硅型消泡劑加入溶劑中，聚醚鏈段伸展于外部、聚硅氧烷鏈段卷曲于內(nèi)部，所形成分散狀態(tài)即所謂的“自乳性”。消泡劑在自乳性作用下，可以迅速、均勻地分散于起泡液內(nèi),其穩(wěn)定性較為突出，對(duì)抑泡、消泡功能的全面發(fā)揮有利。對(duì)聚醚鏈段、硅氧烷鏈段的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以使消泡劑適用于不同性質(zhì)起泡溶液[4]。

3.4.2 聚醚改性有機(jī)硅型消泡劑種類

根據(jù)內(nèi)部銜接方式不同，聚醚改性有機(jī)硅型消泡劑可以分為以下兩類：

以酸為催化劑制備的-Si-O-C-鍵連接的共聚物，這種消泡劑易于水解,穩(wěn)定性較差。如果有胺類緩沖劑存在，可以進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間保留。但因其價(jià)格低，發(fā)展?jié)摿O為明顯。

-Si-C-鍵銜接的共聚物結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定, 在密閉條件下, 可以保存兩年以上。但是由于生產(chǎn)過(guò)程中要使用價(jià)格昂貴的鉑為催化劑, 使得此類消泡劑的生產(chǎn)成本高昂,所以并未得到廣泛應(yīng)用。

4 總結(jié)及展望

各種消泡劑有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，如聚醚型消泡劑抑泡性能好，耐高溫高堿，不過(guò)其消泡效果并不理想；有機(jī)硅型消泡劑的表面張力低、消泡效率高，但是抑泡性能較差，容易變質(zhì)；有機(jī)硅型聚醚改性消泡劑兼具有機(jī)硅型消泡劑、聚醚型消泡劑的優(yōu)勢(shì)，它具有消泡和抑泡效果好、分散性能高、儲(chǔ)存穩(wěn)定等特點(diǎn)。隨著科技的發(fā)展，聚醚改性有機(jī)硅型消泡劑將取代性能較差、化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定等缺點(diǎn)的消泡劑，進(jìn)而在未來(lái)的市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。

[1] 陳萍華，將華麟，舒紅英，等.有機(jī)硅消泡劑的研究及其發(fā)展趨勢(shì)[J].江西化工，2007 (3)：5-7.

[2] 葛成燦，王源生，余紅偉，等.泡沫及消泡劑的研究進(jìn)展[J].材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，2010，25(6):81-85.

[3] 李春靜，盧義和，宮素芝，等.消泡劑的發(fā)展概述[J].四川化工，2005，8(6)：20-23.

[4] 趙玉索.有機(jī)硅消泡劑的研究及發(fā)展[J].浙江化工，2007，38(3)：12-14.

Types and Characteristics Introduction of Antifoaming Agent

ZHU Tian-yi1, LI Mao2, CHENG Liang1, LIU Xiao-lei1, ZHU Jiang1, MA Xiao-yi1, SUN Xiao-ting1

(1.PetroChina Dalian Lubricating Oil Ramp;D Institute, Dalian 116032, China;2.PetroChina Dalian Petrochemical Company, Dalian 116032, China)

The paper describes the composition and mechanism of the antifoaming agent, focusing on its types, performances and characteristics, application fields and so on. It has 4 types including non-silicon, polyether, organosilicon and TMPES (Polyether Modified Organic Silicon). Non-silicon is less used currently because of its specificity. Polyether and organosilicon have their own advantages and disadvantages, such as the poor defoaming ability and strong foam inhibition of polyether, while organosilicon is the opposite, so choosing according to its industry and performance requirements. TMPES is the future orientation for antifoaming agent, with advantages of both polyether and organosilicon.

antifoaming agent; polyether; organosilicon; TMPES

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.06.005

1002-3119(2017)06-0023-03

TE624.82

A

2017-07-24。

朱天一，工程師，學(xué)士，2006年畢業(yè)于沈陽(yáng)化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)，主要從事車(chē)用油品開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究。E-mail：zhutianyi_rhy@petrochina.com.cn