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常见消泡剂的种类

常见消泡剂的种类
在工业生产的过程中会产生许多有害泡沫,需要添加消泡剂。消泡剂的种类很多,有机硅氧烷、聚醚、硅和醚接枝、含胺、亚胺和酰胺类的,具有消泡速度更快,抑泡时间更长,适用介质范围更广,甚至苛刻介质环境如高温、强酸和强碱的特点。广泛应用于清除胶乳、纺织上浆、食品发酵、生物医药、涂料、石油化工、造纸、工业清洗等行业生产过程中产生的有害泡沫。
1、天然油脂(即豆油、玉米油等)
  优点:来源容易,价格低,使用简单;
  缺点:如贮存不好,易变质,使酸值增高。
2、高碳醇
  高碳醇是强疏水弱亲水的线型分子,在水体系里是有效的消泡剂。七十年代初前苏联学者在阴离子、阳离子、非离子型表面活性剂的水溶液中试验,提出醇的消泡作用,与其在起泡液中的溶解度及扩散程度有关。C7~C9的醇是最有效的消泡剂。
  C12~C22的高碳醇借助适当的乳化剂配制成粒度为4~9μm,含量为20~50%的水乳液,即是水体系的消泡剂。
  还有些成酯,如苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯等在青霉素发酵中具有消泡作用,后者还可作为前体。
  3、聚醚类消泡剂
  种类挺多,主要有以下几种:
  a.GP型消泡剂
  以甘油为起始剂,由环氧丙烷,或环氧乙烷与环氧丙烷的混合物进行加成聚合而制成的
  GP型的消泡剂亲水性差,在发泡介质中的溶解度小,所以宜使用在稀薄的发酵液中。它的抑泡能力比消泡能力优越,适宜在基础培养基中加入,以抑制整个发酵过程的泡沫产生。
  b.GPE型消泡剂即泡敌
  在GP型消泡剂的聚丙二醇链节末端再加成环氧乙烷,成为链端是亲水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油,也叫。按照环氧乙烷加成量为10%,20%,……50%分别称为GPE10,GPE20,……GPE50。
  GPE型消泡剂亲水性较好,在发泡介质中易铺展,消泡能力强,但溶解度也较大,消泡活性维持时间短,因此用在粘稠发酵液中效果较好。
  c.GPES型消泡剂:有一种新的聚醚类消泡剂,在GPE型消泡剂链端用疏水基硬脂酸酯封头,便形成两端是疏水链,当中间隔有亲水链的嵌段共聚物。这种结构的分子易于平卧状聚集在气液界面,因而表面活性强,消泡效率高。
4、硅类
  最常用的是聚二甲基硅氧烷,也称二甲基硅油。它表面能低,表面张力也较低,在水及一般油中的溶解度低且活性高。它的主链为硅氧键,为非极性分子。与极性溶剂水不亲和,与一般油的亲和性也很小。它挥发性低并具有化学惰性,比较稳定且毒性小。纯粹的聚二甲基硅氧烷,不经分散处理难以作为消泡剂。可能是由于它与水有高的界面张力,铺展系数低,不易分散在发泡介质上。因此将硅油混入SiO2气溶胶,所构成的复合物,即将疏水处理后的SiO2气溶胶混入二甲基硅油中,经一定温度、一定时间处理,就可制得。
  有机硅消泡剂系由硅脂、乳化剂、防水剂、稠化剂等配以适量水经机械乳化而成。其特点是表面张力小,表面活性高,消泡力强,用量少,成本低。它与水及多数有机物不相混溶,对大多数气泡介质均能消泡。它具有较好的热稳定性,可在5℃-150℃宽广的温度范围内使用;其化学稳定性较好,难与其他物质反应,只要配置适当,可在酸、碱、盐溶液中使用,无损产品质量;它还具有生理惰性LD250g/Kg鼠,通常用于食品和医药行业。它对所有气泡体系兼具有抑泡、破泡功能,隶属广谱型消泡剂范畴。它被广泛用于洗涤剂、造纸、纸浆、制糖、电镀、化肥、助剂、废水处理等生产过程中的消泡。在石油工业中,它被大量用于天然气的脱硫,加速油气分离;它还被用于乙二醇的干燥、芳香烃的萃取、沥青的加工、润滑油的脱蜡等装置中控制或抑制气泡。在纺织工业中,它用于染色、精练、上浆等过程中的消泡;在化学工业中它被用于合成树脂、胶乳、涂料、油墨等过程中的消泡;在食品工业中它被用于各种浓缩、发酵、蒸馏过程的消泡。可将硅脂涂在锅壁上、出口处或涂在金属网上,进行消泡。将硅脂配成溶液,可用于油相系统消泡。将硅脂加低粘度硅油配成水乳液,可用于多种水相系统消泡。在医学上,通常用于患者术前、X光和胃镜检查前清除脏器或胃内器官的胀气。
  消泡剂大致可分两类:一类能消除已产生的气泡,如乙醇等;另一类则能抑制气泡的形成如乳化硅油等。我国许可使用的消泡剂有乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯
5、聚醚改性硅
  结合了聚醚跟有机硅消泡剂二者的优点,具有无毒无害,对菌种无害,添加量极少,是一种高性价比的产品。
有机硅消泡剂的消泡机理
泡沫经常伴随着人们的生活和生产,有时需要利用泡和泡沫,像浮选、灭火、除尘、洗涤、制造泡沫陶瓷和塑料等;但有的场合却需要消除泡和泡沫,如发酵、涂料、造纸、印染、排除体内器官胀气、锅炉用水、废水处理及棱镜(或玻璃)的制造等。平常喝啤酒时由于震动啤酒中的二氧化碳转变成气态致使啤酒出现大量泡沫,这是啤瓶中加一滴油就可以消泡,这其实就是利用了消泡剂的原理。
一般而言,纯水和纯表面活性剂不起泡,这是因为它们的表面和内部是均匀的,很难形成弹性薄膜,即使形成亦不稳定,会瞬间消失。但当溶液中有表面活性剂的存在,气泡形成后,由于分子间力的作用,其分子中的亲水基和疏水基被气泡壁吸附,形成规则排列,其亲水基朝向水相,疏水基朝向气泡内,从而在气泡界面上形成弹性膜,其稳定性很强,常态下不易破裂。泡沫的稳定性与表面粘性和弹性、电斥性、表面膜的移动、温度、蒸发等因素有关。
再者,气泡与液体的表面张力反变相关,其张力愈小,则愈易起泡。在生活和生产中,很多时候泡沫的出现,给人们带来诸多不便,故必须消泡。凡能破坏泡沫稳定性的因素,均可用于消泡。消泡涵盖“抑泡”和“破泡”两重因素。有机硅消泡剂即具备这样的功能,它能降低水、溶液、悬浮液等的表面张力,防止形成泡沫,或使原有泡沫减少,通常具有选择性作用。
一般物理消泡法难于瞬间消泡,而化学和界面消泡,则十分快捷、便当、高效。概而言之,消泡剂是指具有化学和界面化学消泡作用的药剂。作为消泡剂,有低碳醇、矿物油、有机极性化合物及硅树脂等。其形态有油型、溶液型、乳液型、泡沫型。作为消泡剂均具消泡力强、化性稳定、生理惰性、耐热、耐氧、抗蚀、溶气、透气、易扩散、易渗透、难溶于消泡体系且无理化影响、消泡剂用量少、高效等特点。
消泡剂品种繁多,用途广泛。消泡剂“抑泡”、“破泡”过程是:当体系加入消泡剂后,其分子杂乱无章地广布于液体表面,抑制形成弹性膜,即终止泡沫的产生。当体系大量产生泡沫后,加入消泡剂,其分子立即散布于泡沫表面,快速铺展,形成很薄的双膜层,进一步扩散、渗透,层状入侵,从而取代原泡膜薄壁。由于其表面张力低,便流向产生泡沫的高表面张力的液体,这样低表面张力的消泡剂分子在气液界面间不断扩散、渗透,使其膜壁迅速变薄,泡沫同时又受到周围表面张力大的膜层强力牵引,这样,致使泡沫周围应力失衡,从而导致其“破泡”。不溶于体系的消泡剂分子,再重新进入另一个泡沫膜的表面,如此重复,所有泡沫,全部覆灭。
如何正确选择消泡剂
涂料生产和施工都会不同程度地产生气泡,气泡的产生防碍生产、施工的顺利进行,同时给成品涂膜带来缺陷。正确选用合适的消泡剂可以保证涂料生产和施工的正常进行。
消泡剂的任务:破坏气泡表面液膜,阻止泡的形成和促使泡的破灭。消泡剂用于大泡,微泡需脱气、消泡一起使用。
消泡剂特点:消泡剂不溶于介质,但能以微滴形式进入并分散于介质,消泡微滴最有效的直径相当于泡沫壁的厚度。
消泡剂组成:水性建筑涂料用消泡剂分非硅类和含硅类,常规消泡剂由以下组分组成:
活性物质:起破泡消泡作用,表面张力小。代表物有动植物油、疏水二氧化硅、高级醇等。
扩散剂:润湿乳化剂,保证消泡微滴扩散接触到气泡膜并铺展。有壬(辛)基酚聚氧乙烯醚、皂盐等。
载体:有助于活性物质和起泡体系结合,易于分散到起泡体系,把两者结合起来,其本身表面张力低,有助于抑泡,且可以降低成本。
消泡剂消泡所必须具备的两个条件:渗透因子:E=γ1+γ12-γ3>0,保证消泡剂渗透到泡沫壁;铺展因子S=γ1-γ12-γ3>0,保证消泡剂微滴在泡沫介质中的扩散铺展,消泡剂消泡的全过程见右图。
消泡剂应用中需要注意的问题:消泡剂多为几种不同性质和作用的物质混合而成,在储运中分层,为保证消泡良好使用前要搅拌均匀,COGNIS新型分子级消泡剂FoamStar30、FoamStar34、FoamStar36无分层现象,使用方便。FoamStar36在高乳液体系高、低黏度的拉毛涂料中有良好的消泡效果。
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