氣相法白炭黑在消泡劑中的應(yīng)用

陳春江，趙 磊，趙 潔，曲雪麗

(1.唐山三友硅業(yè)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305;2.河北省有機(jī)硅新材料工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063305)

氣相法白炭黑是極其重要的高科技超微細(xì)無機(jī)新材料之一，由于其粒徑很小、比表面積大、表面吸附力強(qiáng)、表面能大、化學(xué)純度高、分散性能好等方面具有特異的性能，以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性，在眾多學(xué)科及領(lǐng)域內(nèi)獨(dú)具特性，有著不可取代的作用。廣泛用于各行業(yè)作為添加劑、催化劑載體，石油化工，脫色劑，消光劑，橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑，塑料充填劑，油墨增稠劑，金屬軟性磨光劑，絕緣絕熱填充劑，高級(jí)日用化妝品填料及噴涂材料、醫(yī)藥、環(huán)保等各種領(lǐng)域，消泡劑中所用的氣相法白炭黑就是作為一種填充材料在消泡體系中發(fā)揮重要的作用。

氣相法白炭黑一般有親水型和疏水型兩種產(chǎn)品，其中疏水型產(chǎn)品是利用親水型產(chǎn)品經(jīng)過表面化學(xué)處理而得，現(xiàn)在各消泡劑廠家普遍采用疏水型氣相法白炭黑，利用其表面的疏水基團(tuán)吸引起泡體系中表面活性劑的疏水端，使得疏水性的固體顆粒變?yōu)橛H水性的，從而降低了泡沫中表面活性劑的濃度，促使泡沫破裂，提高消泡速度。

1 作用機(jī)理

氣相法白炭黑(即納米二氧化硅)由于表面嚴(yán)重的配位不足、龐大的比表面積以及表面欠氧等特點(diǎn)，使它表現(xiàn)出極強(qiáng)的活性，很容易和甲基硅油、107膠中的氧起鍵合作用，提高了分子間的鍵力。疏水型氣相二氧化硅是通過親水型氣相二氧化硅與活性硅烷(例如氯硅烷、六甲基二硅胺烷或六甲基二硅氮烷)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使白炭黑表面的部分羥基被三甲基硅烷所取代而制得的，除了具有親水性產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)外，疏水型氣相白炭黑還具有其他優(yōu)異的特點(diǎn)：低吸濕性、很好的分散性、即使對(duì)于極性體系也有流變調(diào)節(jié)能力。疏水處理的氣相法白炭黑表面羥基數(shù)目減少使得白炭黑顆?；ハ嘀g的氫鍵作用減弱，有效的減少了白炭黑在使用過程中的團(tuán)聚現(xiàn)象。所以在消泡劑制備過程中選用疏水型氣相法白炭黑可以使其充分分散到硅油當(dāng)中，使制備的消泡劑中間料--硅膏均勻細(xì)膩。

市場(chǎng)上氣相法白炭黑型號(hào)多的數(shù)不勝數(shù)，具有得性質(zhì)和處理風(fēng)格也各具特色。具有代表性的有：⑴國(guó)內(nèi)安徽敬業(yè)的疏水型氣相納米二氧化硅主要是通過HMDS(六甲基二硅氮烷)處理的，是一種高純度的白色粉末，比表面積為(175±20)m2/g。⑵贏創(chuàng)德固賽有一種為提高消泡劑性能而專門開發(fā)出的高效消泡劑二氧化硅，高效的破泡能力和在疏水性溶劑的中高分散性，使之可以應(yīng)用在各種消泡劑中。

2 結(jié)構(gòu)改性

氣相法白炭黑可應(yīng)用在弱酸、弱堿、鹽、高溫、剪切等體系中，但是在高溫強(qiáng)堿起泡液中，親水型白炭黑會(huì)逐漸溶于體系中變成水溶性硅酸鹽，從而降低消泡效果，而疏水型白炭黑由于表面Si-OH數(shù)量很少，減少了在水體系中的締合度，較親水型要難溶些，所以在這種起泡液中，選用疏水型白炭黑效果要好些。

為了使消泡劑在各種起泡體系中都有很好的效果，我們對(duì)疏水型白炭黑進(jìn)行了結(jié)構(gòu)再改性。采用甲基硅油、107膠、甲基三乙氧基硅烷在氫氧化鉀催化條件下與疏水型白炭黑上硅氧烷鏈節(jié)和少量的羥基反應(yīng)形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物。

反應(yīng)原理為：

(1)利用疏水型氣相白炭黑剩余的少量羥基與107膠中的羥基進(jìn)行脫水縮合反應(yīng)，進(jìn)一步降低白炭黑表面Si-OH數(shù)量，進(jìn)而減少了白炭黑在水體系中的締合度，提高了白炭黑在硅油中的溶解性，同時(shí)也提高了消泡劑的消泡性能。

(2)在白炭黑表面Si-OH與107膠中羥基縮合形成的直鏈結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加入甲基三乙氧基硅烷、甲基硅油升溫至180℃高溫，可以使二氧化硅有脫離體系的趨勢(shì)，同時(shí)這種脫離是不可逆的，當(dāng)這種趨勢(shì)達(dá)到一定程度后，就發(fā)生了經(jīng)疏水處理的白炭黑上存在的硅氧烷鏈節(jié)與甲基硅油、甲基三乙氧基硅烷上氧原子進(jìn)行配位結(jié)合，制成具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子體系，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子體系在起泡體系中使體系產(chǎn)生體積比較大的氣泡，有利于泡沫的快速消失；同時(shí)，由于大分子在起泡液中溶解較慢，這就可以提高消泡劑的抑泡性能。

3 用量的影響

表1 不同含量白炭黑對(duì)消泡劑性能的影響

氣相法白炭黑在消泡劑中的應(yīng)用是先把白炭黑與二甲基硅油、107膠制成白炭黑硅膏，這樣可以提高白炭黑和硅油的浸潤(rùn)性和在硅油中的分散性，而白炭黑也不是越多越好，本文考察了不同含量的白炭黑對(duì)消泡劑性的影響，其性能影響如表1所示。

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)白炭黑用量逐漸增大時(shí)消泡性能是一個(gè)由差變好又變差的過程，而抑泡性能是逐漸增強(qiáng)的，為了同時(shí)滿足這兩方面的性能，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中白炭黑的加入量設(shè)定在3.5%～4%這個(gè)比例。

4 結(jié)論

(1)疏水型氣相法白炭黑因其表面存在的少量羥基可以與107膠的羥基脫水縮合，制成長(zhǎng)鏈分子結(jié)構(gòu)提高白炭黑與硅油的浸潤(rùn)性和在硅油中的分散性，有助于提高消泡劑的消泡性能。

(2)利用疏水處理后白炭黑表面具有的三甲基硅烷進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性，制成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子體系，有利于提高消泡劑的抑泡性能。

(3)合理控制白炭黑的加入量，可以同時(shí)滿足消泡劑的消泡、抑泡性能。