高效乳液消泡剂的研制

在造纸、发酵、涂料、印染及废水处理等工业过程中，由于搅拌、振动等常常产生大量泡沫，对生产操作、产品质量及生产环境带来很多不良影响。为了消除泡沫对生产的影响，一般都是加入化学消泡剂来消除泡沫。化学消泡剂的特点是不溶于起泡介质，以液滴、包裹固体质点的液滴或固体质点的形式分散于起泡介质中，能自发地进人液膜，使气泡破裂。

常用的有醇类、油脂类、醚类、皂类、有机极性化合物及聚硅氧烷类等各种类型的消泡剂。聚硅氧烷类的乳液型消泡剂同非硅类消泡剂相比，具有消泡效果好、用量少的优点。但有机硅乳液型消泡剂成本较高，抗剪切和抗高温性能差，易漂油、分层，耐碱性差。抑泡能力不是很理想。我们不用常规的二氧化硅作载体，复合其它辅助消泡成分，制备了性能优异的低成本消泡剂，在实际应用中取得成功。

1、实验部分

1．1原料与仪器

聚二甲基硅氧烷(1 000mPa·s)，聚二甲基硅氧烷(500mPa·s)，德国瓦克公司产品；沉淀Si02、司班60、土温60、油酸、羟乙基纤维素、防腐剂、聚醚L6l、十二烷基苯磺酸钠、超细硅酸铝等均为工业

品。

电动搅拌机；均质机；50 mL标准比色管；EHSYLAB电加热器。

1．2实验方法

1．2．1硅油膏的制备

在烧杯中加入15％复合聚二甲基硅氧烷(500mPa·S：l 000mPa·s)质量比为I：1．3，1％超细硅酸铝，搅拌，升温至110—150℃，保温2—3 h，即成硅油膏。

1．2．2 油相的制备

向硅油膏中加入0．82％司班60，0．68％土温60，升温80℃，搅拌20—30 min使完全溶解。

1．2．3增稠剂溶液的制备

烧杯中加软化水，搅拌下加入羟乙基纤微素，加热到65℃，保持20min，溶解。

1．2．4消泡剂的制备

将油相加入乳化器，加热至70—75℃，高速搅拌下加入增稠剂溶液。20 rain后加入1％聚醚L61，继续高速搅拌30 rain，随后缓慢加人余量50一60℃热水，搅拌20 min，降至室温。

1．3消泡剂的性能测试

1．3．1 消泡评测方法

向50 mL标准比色管中加入20 mL 2％的十二烷基苯磺酸钠水溶液，塞好塞子，以60次／min的速度竖直振荡1 rain，滴加5滴5％消泡剂，记录泡沫全消时间。需时越短，消泡力越高。

1．3．2抑泡力测试方法

消泡测试后的比色管内液体，不再加消泡剂，以60次／min的速度竖直振荡20 s，静置考察泡末消除时间，记录消泡次数。

消泡次数多寡体现了抑泡性的好坏。第一次泡沫消失的时间称为消泡时间，随后不再加入消泡剂，继续进行第二次振荡静止后观察泡沫消失时间。同样重复进行到泡沫消失时间为一规定值(如60 s)，此时的重复次数称为消泡次数。消泡次数多，抑泡性能好。

2、结果与讨论

2．1乳化剂的选择

乳化剂的作用是降低油相和水相之间的界面张力，使作为消泡剂主体的油相在水相中较稳定地分散成细小粒子，从而得到稳定的乳状液。

用于消泡剂乳化加工的乳化剂应具有下列条件：

① 化能力强，能得到贮存稳定性好的乳状液；

② 化剂本身低泡或不助泡，有消泡作用的更好；

③ 于应用时的环境条件适应性好，不受介质的pH值、温度、水质、硬度等的影响而发生乳化性能的很大变化。

乳化剂通常采用复合表面活性剂，虽然可以参考用亲水亲油值HLB来选择，但由于添加材料的复杂性和制作工艺的差异，最佳配伍性和加入量还要实验确定。

通常情况下选择适宜的乳化剂可使乳液稳定，但是若乳液过分稳定，使用时破乳慢不能发挥消泡作用，反而会使消泡效力下降；乳化剂用量小，则乳液会不稳定，分散不好破乳快，活性好，但易凝聚，导致污染起泡介质；乳化程度适当，分散后破乳速度合理，效果最好。固定聚二甲基硅氧烷质量分数15％，考察复合乳化剂(配比为1．2：1)质量分数对乳液稳定性和消泡效果的影响，见表1。

由表1可知，随着复合乳化剂质量分数的增加，乳液稳定性和消泡效果均变好，但乳化剂质量分数过高，生产成本增加。因此，乳液中复合乳化剂的质量分数为1．5％较好。  

2．2载体的选择

通常都选择沉淀SiO：或气相Si02，固定聚二甲基硅氧烷质量分数15％，复合乳化剂加量1．5％，考察了不同类型载体及添加量对消泡效果的影响，结果见表2。

由表2可知，超细硅酸铝可使消泡时间大大缩短，但用量必须恰当，当用量≥5％时，会使乳液分层，且影响消泡效果和成本；用量太少则不能充分分散硅油，发挥不了消泡作用。最佳载体量为消泡剂总量的1％。

超细硅酸铝实际是沉淀硅酸铝钠，按氧化物表示为：Na20·A1203·Si02·nH20，其中Si02和A1203含量分别在80％和10％左右。超细硅酸铝为化学惰性体，不论在酸性介质中还是在碱性介质中都是稳定的，它具有极细的微粒、极好的悬浮性和纯白的外观，比表面积大于100 m2／g。另外其具有多羟基性，在水性介质中很容易润湿和分散。

由它作载体形成的消泡剂有如下特点：

①分散性极好，消泡快；②悬浮性好，消泡剂储存期长，分水少。

2．3硅油的选择

作为消泡剂的主成分，聚二甲基硅氧烷表面张力低，消泡能力强，热稳定性好，化学和生理惰性，加之不溶于水，又不溶于动植物油及高沸点矿物油中，因而，对大多数起泡介质能予以优异的消泡性能。

低黏度聚二甲基硅氧烷易分散，消泡快，抑泡性差；高黏度聚二甲基硅氧烷难分散，消泡慢，持久性强，抑泡性好。把不同黏度的硅油复合使用，效果最好。固定聚二甲基硅氧烷质量分数15％，复合乳化剂加量1．5％，改变500 mPa·s和l 000 mPa·8聚二甲基硅氧烷的质量比，考察不同黏度聚二甲基硅氧烷对消泡性能的影响，结果见表3。

由表3可知，聚二甲基硅氧烷质量比(500mPa·s：l 000mPa·s)为1：1．3时消泡效果最好，消泡时间13 8，消泡次数15次。固定复合乳化剂加量1．5％，聚二甲基硅氧烷质量比(500mPa·s：l 000mPa·s)为1：1．3，考察聚二甲基硅氧烷的质量分数对消泡剂的性能影响，见表4。

2．4复合聚醚对消泡剂性能的影响

在有机硅消泡剂中复合一定量的聚醚或低HLB值的油溶性表面活性剂，消泡性能将进一步优化。如添加聚醚L61，无论是消泡还是抑泡性能均有提高，在上述优化配方基础上添加一定量的聚醚L6l，结果见表5。

由表5可知，添加l％聚醚L61的消泡剂的消泡及抑泡性能都有较大提高，消泡时间降至9 8，第一次抑泡时间为10 s，第二次抑泡时间为30 s。如果继续增加聚醚的量，性能改进不明显，且聚醚本身是表面活性剂，会带进泡沫，就是说必须满足一个条件，要在浊点以上使用，否则它会由消泡剂变为起泡剂。另外，聚醚L61的HLB值为3左右，会引起有机硅破乳，稳定性受到影响。为了克服这一点，需要在设计乳化体系时控制HLB值为8~12。复合聚醚的消泡剂耐碱性提高，在相对高的温度下使用有一定的优势，因为此时处于聚醚的浊点之上，能充分发挥消泡作用。

2．5消泡剂配方与技术指标

综上研究，确定高效乳液消泡剂的配方见表6。

3、结论

采用15％复合聚二甲基硅氧烷作为消泡剂主剂，聚二甲基硅氧烷质量比(500mPa·S：1000mPa· s)为1:1.3，配以0．82％司班60和0．68％吐温60的复合乳化剂，l％超细硅酸铝，添加1％的聚醚1．61制得高效乳液消泡剂，消泡剂的稳定性及消泡性能和抑泡性能较好。该复合消泡剂在大型造纸厂使用效果良好，可取代市场常规的油性消泡剂和有机硅消泡剂。