有機(jī)硅消泡劑的研究進(jìn)展及應(yīng)用

摘要：氣泡是工業(yè)生產(chǎn)中的常見現(xiàn)象，不僅會(huì)降低生產(chǎn)效率，也會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至導(dǎo)致設(shè)備故障。消泡劑作為重要的功能助劑，其中有機(jī)硅消泡劑因其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性，成為近年來的研究熱點(diǎn)。有機(jī)硅消泡劑不僅能有效抑制氣泡生成，同時(shí)具有耐高溫、耐酸堿、低毒等特性，已成為國內(nèi)外重點(diǎn)研究對(duì)象。綜述了消泡機(jī)理，進(jìn)而探索不同種類及性能的有機(jī)硅消泡劑，旨在為相關(guān)領(lǐng)域研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：有機(jī)硅消泡劑；應(yīng)用分析；研究進(jìn)展

有機(jī)硅消泡劑作為工業(yè)生產(chǎn)中重要的表面活性劑，為提高生產(chǎn)效率發(fā)揮著重要作用。隨著當(dāng)下科技水平的提高，有機(jī)硅消泡劑的研究與應(yīng)用范圍持續(xù)擴(kuò)大，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的性能引起多個(gè)行業(yè)的廣泛關(guān)注。有機(jī)硅消泡劑廣泛用于化工行業(yè)，如聚合物、樹脂、涂料、黏合劑等，產(chǎn)品具有良好的消泡效果及穩(wěn)定性能，可有效減少泡棉問題，提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。有機(jī)硅消泡劑還在食品加工業(yè)、醫(yī)藥制藥、日化用品等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，進(jìn)而為工業(yè)生產(chǎn)提供有效的技術(shù)支撐。

1消泡機(jī)理分析

消泡機(jī)理指的是消除液體表面氣泡的原理及工藝。消泡機(jī)理在化工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。消泡機(jī)理可分為物理、化學(xué)兩種［1］。從物理上講氣泡是由氣體在一定條件下聚集而成，消泡過程主要是通過力學(xué)、熱力學(xué)相互作用對(duì)氣泡進(jìn)行破壞和稀釋。消泡劑是一類由表面活性劑組成的液體，能使液體表面張力發(fā)生變化，從而引起氣泡的不穩(wěn)定和破裂。消泡機(jī)理還涉及氣泡在液相中的運(yùn)動(dòng)與聚集過程，可利用攪拌、振動(dòng)等手段加速氣泡的破碎與消除。從化學(xué)上講消泡機(jī)理還涉及液體化學(xué)組分對(duì)氣泡的影響，某種材料本身就有消泡的特性，能與氣泡表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而破壞氣泡的穩(wěn)定性。消泡過程也會(huì)受到多種因素影響，如溫度、pH、表面活性劑、溶劑、氣泡大小等，通過對(duì)多種因素進(jìn)行分析，可更好地理解消泡機(jī)理，并為消泡劑的選擇和應(yīng)用提供更科學(xué)的依據(jù)。

2有機(jī)硅消泡劑種類及性能

2.1硅油型有機(jī)硅消泡劑

硅油是一種以聚二甲基硅氧烷為主要組分的常用消泡劑，該消泡劑具有良好的消泡效果及穩(wěn)定性，能有效降低液體表面張力，從而抑制氣泡的形成與擴(kuò)散。硅油型有機(jī)硅消泡劑具有耐高溫性能，適用于多種高溫條件，尤其是應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的高溫環(huán)境中，進(jìn)而維持穩(wěn)定且良好的消泡效果［2］。硅油型有機(jī)硅消泡劑也具備較高的化學(xué)穩(wěn)定性，使用期間不會(huì)因酸堿問題對(duì)消泡效果造成影響，適用于多種復(fù)雜的化學(xué)環(huán)境，可維持穩(wěn)定且高效的消泡效果。另外，硅油型有機(jī)硅消泡劑具有良好的潤濕性能，能降低液體表面張力，使液體更易與固體表面直接接觸，提升了液體在固體表面的擴(kuò)散性與滲透性。

2.2硅油溶液型有機(jī)硅消泡劑

有機(jī)硅消泡劑的種類相對(duì)較多，其中以溶液型消泡劑最為常見。硅油溶液型消泡劑是一種以有機(jī)硅組分溶于有機(jī)溶劑的液態(tài)消泡劑，具有良好的消泡效果及穩(wěn)定性［3］。硅油溶液型消泡劑具有以下特點(diǎn)：

（1） 良好的消泡效果：硅油溶液型消泡劑能有效降低液體表面張力，并能快速抑制液體中的氣泡生成，從而達(dá)到消除氣泡的目的。該消泡劑的消泡效果持久、穩(wěn)定性好，能適應(yīng)不同的工業(yè)生產(chǎn)條件。

（2） 抗高溫性：硅油溶液型消泡劑具備耐高溫特點(diǎn)，在高溫條件下仍能保持穩(wěn)定的消泡效果，整體性能不易被分解或失效。

（3） 不揮發(fā)性：硅油溶液型消泡劑可以均勻溶于液體當(dāng)中，并不易揮發(fā)，能夠保持持久的消泡效果，顯著降低加入頻率及用量［4］。

（4） 對(duì)多種液體具有良好的相容性：硅油溶液型消泡劑對(duì)各種液體具有良好的相容性，不會(huì)出現(xiàn)分相和沉淀現(xiàn)象，使用更加方便簡捷。

2.3乳液型有機(jī)硅消泡劑

乳液型有機(jī)硅消泡劑是常用的消泡劑，主要以有機(jī)硅化合物為主。徐媚提出，乳化劑的支鏈結(jié)構(gòu)類似于甲基硅油及硅橡膠，因此乳化劑能夠高效與硅橡膠及甲基硅油發(fā)生融合，并將其均勻分布于乳液顆粒表面，從而減小乳液的固液界面能，提高乳液的乳化效率［5］。這種復(fù)合乳化劑具有較低的起泡性能，對(duì)消泡劑的消泡及抑泡性能影響較小，該消泡劑具有良好的穩(wěn)定性及環(huán)境友好性。研究結(jié)果表明，乳液型有機(jī)硅消泡劑能有效降低液體表面張力，有利于氣泡的破碎和消除。該特性使乳液型有機(jī)硅消泡劑能有效控制各種液體加工工藝中的氣泡，從而提高生產(chǎn)效率。乳液型有機(jī)硅消泡劑在不同的溫度、酸堿度、離子濃度等條件下均能保持一定的消泡效果，具有良好的穩(wěn)定性，從而保證乳液型有機(jī)硅消泡劑在復(fù)雜工藝條件下的穩(wěn)定消泡效果。采用乳液型有機(jī)硅消泡劑既能滿足生產(chǎn)需要，又能減輕環(huán)境污染，符合可持續(xù)發(fā)展理念。

2.4固體型有機(jī)硅消泡劑

固態(tài)有機(jī)硅消泡作用機(jī)理主要是在液體表面形成一層薄膜，阻止氣泡聚集；通過其具備的高表面活性及低張力特性，使氣泡更易在液體中破碎、消散，從而實(shí)現(xiàn)消泡。實(shí)際應(yīng)用中固體型有機(jī)硅消泡劑的性能與其化學(xué)結(jié)構(gòu)、粒度、溶解性和加入量有關(guān)，不同種類的有機(jī)硅類消泡劑，其消泡速率、消泡效果及耐高溫性各不相同，因此選擇與應(yīng)用時(shí)可根據(jù)具體生產(chǎn)需要加以適當(dāng)搭配與調(diào)整［6］。固態(tài)有機(jī)硅消泡劑穩(wěn)定性相對(duì)良好，能在較大的溫度、壓力范圍內(nèi)保持一定的消泡效果。固態(tài)有機(jī)硅消泡劑使用期間并不會(huì)產(chǎn)生具有揮發(fā)性的有機(jī)化合物，符合現(xiàn)代綠色環(huán)保的要求。另外，固態(tài)有機(jī)硅消泡能力強(qiáng)，能有效降低液體表面張力，直接減少液體中的氣泡，從而提高生產(chǎn)效率。固態(tài)有機(jī)硅消泡劑具備良好的耐腐蝕、耐化學(xué)性能，適用于不同的酸、堿環(huán)境中，進(jìn)而保持良好的消泡作用，也可延長其使用壽命。

2.5聚醚改性有機(jī)硅消泡劑

有機(jī)硅消泡劑的種類和性能是當(dāng)前消泡劑研究的熱點(diǎn)之一，其中聚醚型有機(jī)硅消泡劑由于其結(jié)構(gòu)獨(dú)特、性能優(yōu)良而備受關(guān)注。聚醚型有機(jī)硅消泡劑的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是其形成機(jī)理的重要依據(jù)。劉運(yùn)鈺等人提出，聚醚型有機(jī)硅消泡劑主要以含巰基的硅油為原料［7］，經(jīng)斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合法合成聚醚基改性有機(jī)硅消泡劑甲基封端烯丙基聚氧丙烯醚，在試劑相對(duì)分子質(zhì)量為2 000、m（甲基封端烯丙基聚氧丙烯醚）=1.00∶1.15，反應(yīng)溫度為75 ℃，時(shí)間為8 h，甲基封端烯丙基聚氧丙烯醚為2%時(shí)，收率達(dá)到91.8%；通過與BYK028及進(jìn)口消泡劑901W的比較，發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異的消泡、抑泡性能，且對(duì)各種乳液具有良好的相容性；在水性樹脂體系中，其消泡、抑泡性能均優(yōu)于進(jìn)口消泡劑901W。在水性聚氨酯體系中，甲基封端烯丙基聚醚型有機(jī)硅消泡劑具有比901W更好的消泡性和抑泡性。利用聚醚基改性有機(jī)硅消泡劑可為制備聚醚型有機(jī)硅消泡劑提供新思路，具有較好的工業(yè)應(yīng)用前景。聚醚改性有機(jī)硅消泡劑一般含有有機(jī)硅、聚醚兩種基團(tuán)，使消泡劑兼具有機(jī)硅與聚醚的特點(diǎn)。有機(jī)硅基團(tuán)的疏水性使得消泡劑能在液體表面形成膜狀，阻止氣泡的生成與發(fā)展；同時(shí)聚醚基的親水性增強(qiáng)了消泡劑與液體之間的相容性，使消泡效果更好。實(shí)際應(yīng)用中聚醚型有機(jī)硅消泡劑既能有效降低液體表面張力，又能穩(wěn)定氣泡大小及分散度，提高液體穩(wěn)定性。另外，聚醚型有機(jī)硅消泡劑還具有良好的耐高溫抗腐蝕性，適應(yīng)不同行業(yè)的消泡要求［8］。聚醚型有機(jī)硅消泡劑在工業(yè)上具有廣闊的應(yīng)用前景，如化工領(lǐng)域可將其應(yīng)用于聚合反應(yīng)、回收溶劑、制備離子交換樹脂，有效控制泡沫，從而提高生產(chǎn)效率；在食品加工方面，可應(yīng)用于釀酒、糖果、果汁加工等過程，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量；在油田開發(fā)中，可將其應(yīng)用于注水、鉆井液、儲(chǔ)層改造等方面，從而提高生產(chǎn)效率［9］。

3研究展望

有機(jī)硅消泡劑作為新型表面活性劑，已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)下有機(jī)硅消泡劑的研究主要在以下幾個(gè)領(lǐng)域：從工業(yè)化應(yīng)用角度出發(fā)，對(duì)有機(jī)硅消泡劑的穩(wěn)定性及持久性進(jìn)行改進(jìn)，以滿足不同生產(chǎn)工藝需要；有機(jī)硅消泡劑在食品加工及藥物制備等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，相關(guān)研究也在持續(xù)探索［10］。相信未來有機(jī)硅消泡劑的研發(fā)將持續(xù)深化，不但在技術(shù)上有所創(chuàng)新，更要擴(kuò)大應(yīng)用范圍。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)和健康意識(shí)的提高，有機(jī)硅消泡劑的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，有望在未來成為各行業(yè)不可或缺的功能材料，進(jìn)而為社會(huì)的發(fā)展帶來更大的效益。

4結(jié)語

有機(jī)硅消泡劑是具有廣泛應(yīng)用前景的表面活性劑，近年來取得重要研究進(jìn)展。在化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，通過對(duì)有機(jī)硅消泡劑的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，有機(jī)硅消泡劑的消泡效果及穩(wěn)定性持續(xù)提升，從而為工業(yè)化應(yīng)用提供更多可能性。有機(jī)硅消泡劑在食品、化工、制藥等多個(gè)行業(yè)具有重要應(yīng)用價(jià)值，可有效消除氣泡對(duì)生產(chǎn)過程的干擾與影響。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，有機(jī)硅消泡劑將會(huì)愈發(fā)重要，從而為各行業(yè)的發(fā)展提供支撐。

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