乳液型阻燃纖維有機硅消泡劑的制備及性能

張健

（唐山三友化工股份有限公司，河北唐山063305）

目前，在化纖行業(yè)阻燃纖維制造過程中，攪拌、閃蒸等工藝會產(chǎn)生大量的泡沫，倘若不及時抑止，泡沫濃度過大，會影響正常生產(chǎn)，引起設備和管道腐蝕，甚至導致產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力下降，因此需加入消泡劑[1-3]。

1 實驗部分

1.1 主要實驗原料

主要原料：甲基硅油（粘度/25℃：350 mPa·s/；1 000 mPa·s），工業(yè)品，唐山三友硅業(yè)有限責任公司；107硅橡膠,粘度50 000 mPa·s,工業(yè)品，唐山三友硅業(yè)有限責任公司；聚醚硅油,粘度/25℃：700～1 000 mPa·s,自制；Tween-80、Span-80，均為AR，江蘇海安化工廠；羧甲基纖維素鈉，工業(yè)級，保定華瑞化工有限公司。

1.2 阻燃纖維有機硅消泡劑的制備方法

1.2.1 硅膏的制備

將甲基硅油（粘度/25℃：350 mPa·s）、甲基硅油（粘度/25℃：1 000 mPa·s）、107 硅橡膠，按2∶2∶1 加入到帶有攪拌器、溫度計的三口瓶中，攪拌混勻。再投入氣相法二氧化硅。二氧化硅∶混合硅油=90∶10（質(zhì)量比），持續(xù)攪拌，升溫至130℃～140℃，保持2～3 h，再升溫至180℃～190℃，保溫2 h，然后冷卻至室溫，得到白色或淡黃色硅膏。

1.2.2 阻燃纖維有機硅消泡劑的復配制備

在三口瓶中，加入硅膏和聚醚硅油，硅膏∶聚醚硅油=40∶8（質(zhì)量比），攪拌均勻后加入8 份復合乳化劑（Tween 80和Span 80，比例HLB約為10），升溫至60℃～70℃，攪拌20 min后冷卻至室溫，最后將137份質(zhì)量分數(shù)為1%的羧甲基纖維素鈉水溶液與上述中間產(chǎn)物混合，攪拌30 min，制成白色阻燃纖維有機硅消泡劑。

1.3 性能測試

1.3.1 消泡性能測試

起泡液配比為98%硫酸∶十二烷基苯磺酸鈉∶OP-10∶水=0.5∶0.5∶0.5∶98.5。

室溫下將50 mL起泡液加入到100 mL帶塞量筒中，上下振蕩30 次，使泡沫體積至100 mL，然后加入0.05 g消泡劑，同時啟動秒表記錄泡沫完全消失時間。消泡時間越短，消泡效果越好。

1.3.2 抑泡性能測試

在500 mL量筒中加入100 mL起泡液，加入0.1 g消泡劑，將壓縮空氣軟管插到起泡液底部鼓泡，穩(wěn)定氣流量為5 L/min，記錄泡沫到200 mL 刻度處所使用時長。時間越長，消泡劑的抑泡性能越好。

1.3.3 穩(wěn)定性測試

（1）離心穩(wěn)定性

根據(jù)GB/T 26527-2011，將消泡劑在3 000 rpm的離心機上離心15 min，觀察分層情況。

（2）熱穩(wěn)定性

取適量消泡劑，于60℃下放置24 h，觀察是否分層。

2 結果與討論

2.1 二甲基硅油及107硅橡膠對消泡劑性能的影響

二甲基硅油的熱穩(wěn)定性好，表面張力低，消泡能力強，具有生化惰性，對大多數(shù)的起泡介質(zhì)具有優(yōu)異的消泡效果。消泡機理是通過消泡劑進入了介質(zhì)泡沫的雙分子定向膜，從而使定向膜的力學平衡被破壞，起到消泡抑泡的作用[6]。

試驗表明，二甲基硅油對消泡劑有著較大的影響。低粘度的甲基硅油在起泡液中易分散，發(fā)揮消泡作用，但抑泡效果差；107 硅橡膠及高粘度硅油溶解度小，抑泡時間比較長，但乳化過程困難，消泡效果差。綜合以上因素，為了獲得最佳的消泡抑泡性能，本研究試驗所選硅油為350 和1 000 mPa·s，所選107硅橡膠為50 000 mPa·s，用量為17%～18%。

2.2 氣相二氧化硅對消泡劑性能的影響

在二甲基硅油中混入氣相二氧化硅，可明顯改善消泡效果。因為氣相二氧化硅易分散，密度小，比表面積大，并且未經(jīng)疏水處理顯親水性，在有機相中浸潤和分散較難；經(jīng)疏水處理后表面羥基減少，自由能降低，由親水變?yōu)槭杷?，與有機相的浸潤和分散效果改善明顯，從而有利于提高乳液系統(tǒng)穩(wěn)定性。

在其他條件相同的情況下，二氧化硅的使用量對消泡效果的影響結果如表1。

表1 二氧化硅用量對消泡劑性能的影響

表1顯示當二氧化硅的用量低于10%時，隨著二氧化硅用量的增加，消泡抑泡效果提高，但當二氧化硅高于10 g 時，消泡抑泡效果提升不明顯。綜合考慮，消泡劑中氣相二氧化硅的用量與硅油質(zhì)量比10 g為宜。

2.3 乳化劑復配對消泡劑性能的影響

甲基硅油乳化困難，故選擇正確的乳化劑是關鍵。Span類和Tween類乳化劑的HLB值（8-11）相接近，親和力好，并且其化學結構與二甲基硅油相似，因此選擇Span-80 與Tween-80 乳化劑復配使用效果更加明顯。表2 顯示復配乳化劑的HLB 值接近10 時，效果更加明顯。

表2 復配乳化劑不同的HLB值對消泡劑性能的影響

其他條件和乳化劑復配使用后HLB 值不變，分析乳化劑加入量的影響，實驗結果如表3。

表3 乳化劑用量對消泡性能的影響

表3顯示，乳化劑的用量大小對消泡劑乳液穩(wěn)定性影響較大，綜合分析，乳化劑加入量以4%為好。

2.4 聚醚硅油對消泡劑性能的影響

將聚醚硅油與二甲基硅油、107 硅橡膠及改性二氧化硅乳化復合。固定其他條件不變，分析聚醚硅油用量對消泡抑泡效果的影響，實驗結果如表4。

表4 聚醚硅油用量對消泡性能的影響

表4 顯示，聚醚硅油在一定范圍內(nèi)隨著其用量增加，消泡抑泡性能隨之提高，這是因為聚醚硅油利用組分間協(xié)同增效的作用，從而提高消泡抑泡效果。當聚醚硅油用量超過4%時，乳液中親水性基團含量高，反而導致消泡抑泡效果變差，經(jīng)上分析聚醚硅油用量應控制在4%左右為宜。

2.5 增稠劑對消泡劑性能的影響

為使消泡劑在較長時間內(nèi)穩(wěn)定，配方中需添加增稠劑以提高乳液穩(wěn)定性，本實驗選用羧甲基纖維素鈉作為增稠劑，用量占乳液總量的1%時效果最佳。

2.6 消泡劑穩(wěn)定性實驗

制成消泡劑在離心機3 000 rpm 轉速下保持15 min不分層，表明制成消泡劑離心穩(wěn)定性好。在60℃環(huán)境下放置24 h 未出現(xiàn)分層、破乳現(xiàn)象，表明制成消泡劑耐熱穩(wěn)定性好。

2.7 產(chǎn)品性能比較

本產(chǎn)品與市售的其他消泡劑進行比較，結果如表5。

表5 本產(chǎn)品與市售產(chǎn)品性能比較

由此分析，本乳液的消抑泡效果及穩(wěn)定性優(yōu)于市售產(chǎn)品。

3 結論

本研究制備的阻燃纖維有機硅消泡劑產(chǎn)品原料來源方便，工藝流程簡單，生產(chǎn)環(huán)保，易工業(yè)化，使用效果和穩(wěn)定性較好。