漫談消泡劑

摘要：消泡劑是某些生產過程中不可缺少的助劑。目前的消泡劑主要分為第一代消泡劑、聚醚類消泡劑、有機硅類消泡劑、聚醚改性聚硅氧烷類消泡劑四類。組分結構單一、經濟效益較差的低檔消泡劑被多功能、高效率的復配型消泡劑取代是未來消泡劑發展的趨勢。

關鍵詞：泡沫；消泡劑；作用機理；分類

文章編號：1005－6629(2008)11－0045－03中圖分類號：X79文獻標識碼：E

在許多生產過程中，泡沫會給生產帶來許多麻煩，消滅有害的泡沫可以利用靜置、減壓（抽真空）、加溫或加壓等辦法。但是當需要在短時間內，迅速而有效地消除泡沫時，就需要借助于添加消泡劑。目前消泡劑廣泛應用于造紙、涂料、紡織、食品、制藥及石油化工工業中，用量也在不斷地增加，選擇合適的消泡劑越來越受到各領域的重視。鑒于消泡劑在生活中的廣泛應用，化學教師可將此作為學生課外的閱讀材料，培養他們對化學學習的興趣，增強化學與日常生產生活的聯系。

1 消泡劑作用機理

1.1 泡沫與消泡劑

所謂“泡沫”就是一個不溶性氣體在外力作用下進入液體之中，被液膜包圍起來而形成相互隔離的非均相體系。產生泡沫時，由于液體與氣體的接觸表面迅速增加，體系的自由能也迅速增加。泡沫體系自由能的增量，是表面張力和表面積增量的乘積。泡沫產生的難易程度與液體體系的表面張力直接有關，表面張力越低，體系形成泡沫所需的自由能就越小，就越易生成泡沫。

泡沫的本質是不穩定的，它的破除要經過3個過程——氣泡的再分布、膜厚的減薄和膜的破裂。但是一個比較穩定的泡沫體系，要經過這3個過程而達到自然消泡是需要很長的時間，因此需要使用消泡劑。目前常使用的消泡劑從組成上大致可分為三類，即有機硅型、非硅型和聚醚型。

消泡劑是以低濃度加入到起泡液體中，能控制泡沫的物質之總稱。習慣上，還有破泡劑、防泡劑或抑泡劑等不同名稱。消泡劑是某些生產過程中不可缺少的助劑，它不僅能除去液面上的泡沫，還可以改善過濾、脫水、洗滌和各種漿體的排液效果，確保各類容器的處理容量，提高工業裝置的生產效率。

1.2 消泡機理

消泡劑是以微粒的形式滲入到泡沫的體系中，當泡沫要產生時，存在于體系中的消泡劑微粒能迅速破壞氣泡的彈性膜，抑制泡沫的產生。如果泡沫已經產生，添加的消泡劑接觸泡沫后，即捕獲泡沫表面的憎水鏈端，經迅速鋪展，形成很薄的雙膜層，進一步擴散，層狀侵入，取代原泡沫的膜壁。消泡劑本身的表面張力很低，能使含有消泡劑部分的泡膜的膜壁逐漸變薄，而被周圍表面張力大的膜層強力牽引，整個氣泡就會產生應力的不平衡，從而導致氣泡的破裂。

消泡劑必須是易于在溶液表面鋪展的液體，消泡劑進入泡沫的雙分子定向膜，破壞定向膜的力學平衡而起到破泡的效果。消泡劑在溶液表面鋪展越快，則使液膜變得越薄，迅速達到臨界厚度，泡沫破壞加快，消泡作用加強。性能優秀的消泡劑必須兼有消泡和抑泡作用，它不僅能使泡沫迅速破滅，而且能在相當長的時間內防止泡沫的生成。

2消泡劑的分類

由于起泡體系和生產條件不同，使用的消泡劑亦不盡相同。同一種產品在生產過程的不同階段可能需使用不同的消泡劑。為滿足各種需要，應生產品種多樣、性質各異的消泡劑。消泡劑在其物理及化學性質方面應符合以下條件：消泡劑對起泡體系有高效的消泡作用，比起泡介質有更低的表面張力，不溶于起泡介質，且不受起泡體系增容作用和降解作用的影響。消泡劑對起泡體系是惰性的，不起化學反應，對最終產物無副作用，也不影響產品性能和外觀。另外，還需滿足生產過程特殊條件，如pH和溫度的要求等。消泡劑還應具有使用時操作方便、易處理、自身有較好的貯存穩定性。

自從德國實驗物理學家Quincke首先提出用化學方法來消泡，到目前為止消泡劑已經歷了四次更新換代。

2.1第一代消泡劑

第一代消泡劑為礦物油、脂肪酸及脂肪酸酯、脂肪酰胺、低級醇類等有機物。有機類消泡劑價格低廉，目前市場上仍在大量使用。它適合于在液體剪切力較小，所含表面活性劑發泡能力較溫和的條件下使用，但對致密型泡沫的消除能力較差。由于有機消泡劑的應用領域具有特殊性，因此它在應用上有較大的局限性。但是有些特殊的行業：如強酸、強堿等，就需要像聚四氟乙烯這類耐酸堿的有機消泡劑。近年來，出于對環境保護的重視，天然油脂類消泡劑的地位又有了提高。與硅氧烷類消泡劑相比的有機消泡劑生產成本低，從這個意義上講有機消泡劑是有市場競爭力的。

2.2 聚醚類消泡劑

第二代消泡劑是聚醚類消泡劑。聚醚是分子量較低的聚氧乙烯與聚氧丙烯的嵌段共聚物，它是一種性能優良的水溶性非離子表面活性劑。與水接觸時，醚鍵中的氧原子能夠與水中的氫原子以微弱的化學力結合，形成氫鍵。此時，分子的鏈節成為曲折形，疏水基團置于分子內側，鏈周圍變得容易與水結合。當溫度升高，分子運動較為劇烈時，分子鏈變為鋸齒狀，失去了與水的結合性，由低溫溶解狀態升溫至呈現混濁狀態時的溫度就是聚醚的濁點。只有當發泡體系的溫度超過濁點溫度時，聚醚消泡劑才容易發揮消泡作用。在制備過程中，通過調節聚氧乙烯、聚氧丙烯的分子量及比值，可以改變其濁點，從而可適用于不同場合的需用。

聚醚型消泡劑是消泡劑產品中最重要的品種之一，具有無毒、無味、無刺激、易在水中分散等特點。它除可應用于一般工業外，還可用于食品、發酵、化妝品和醫藥等行業，是含硅消泡劑所無法取代的。聚醚消泡劑自1954年首先由美國Wyandott公司投產后得到迅速發展，特別是在20世紀60年代，隨著聚醚工業的迅速發展，聚醚類消泡劑發展更為迅速。我國在1967年研制成功并投入生產聚醚類消泡劑，它主要有直鏈聚醚和由醇、氨為起始劑的聚醚，如聚氧乙烯、聚氧丙烯等或端基酯化的聚醚衍生物。

2.3 有機硅類消泡劑

有機硅類消泡劑是目前染整、食品、發酵、造紙、化工生產、粘合劑、膠乳、潤滑油等行業中使用較廣泛的一類消泡劑。我國從20世紀70年代開始研制和使用有機硅消泡劑，近年來，取得了較好的效果。但從整體上來看，檔次較低，品種亦較簡單，與國外相比尚有較大差距。目前一些引進裝置上用的高效有機硅消泡劑還主要依賴進口。

有機硅消泡劑由于其應用場合的廣泛性，其國內外商品型號不下幾十種，一般為聚二甲基硅氧烷，某些場合也需要乙基、羥基、苯基等硅氧烷。二甲基硅油屬于MDnM型的線型聚甲基硅氧烷，分子中含易繞曲的“之”字形鏈，這樣的分子結構決定了它有以下特性：①表面張力低：聚二甲基硅氧烷的表面張力比水、表面活性劑水溶液及一般油類都要低，因而很適宜作消泡劑。②在水及一般油中的溶解度低且活性高：聚硅氧烷分子結構特殊，主鏈為硅氧鍵，為非極性分子，與極性溶劑水不親和，與一般油品親和性也很小。③揮發性低并具有化學惰性：二甲基硅油揮發性極低，而且還有低的表面張力，二者結合，使消泡劑可以在廣泛的溫度里起消泡作用。④無生理毒性：一般用作消泡劑的二甲基硅油的聚合度較高，脫除了低聚物的二甲基硅油無生理毒性。

2.4 聚醚改性聚硅氧烷類消泡劑

第四代消泡劑是聚醚改性聚硅氧烷類消泡劑，它是在聚硅氧烷鏈段上通過改性引入聚醚鏈段。在硅醚共聚物的分子中，硅氧烷鏈段有親油性，聚醚鏈段有親水性。聚醚鏈段中聚環氧乙烷鏈節能提供親水性和起泡性，聚環氧丙烷鏈節能提供疏水性和滲透力。聚醚改性聚硅氧烷類消泡劑不僅具有聚硅氧烷類消泡劑的消泡效力強、表面張力低、揮發性低、無毒、無污染、生理惰性等特點，而且還具有聚醚類消泡劑的耐高溫、耐強堿性等特性。

聚醚改性有機硅消泡劑是將兩者的優點有機結合起來的一種新型高效消泡劑，除此之外還具有許多優異的特性：①消泡效力強——既有聚硅氧烷所固有的低表面張力、高活性的特點，又具有聚醚在水中易分散的優點。②逆溶解性——聚醚改性聚硅氧烷在低溫下，聚醚鏈與水形成氫鍵可攜帶著聚硅氧烷鏈均勻地擴散分布到水中，類似于溶解狀態；而在溫度升高時，隨著氫鍵的破壞，聚醚鏈親水性變差，直到濁點時，失去了親水性，使整個聚硅氧烷聚醚鏈成為不溶解狀態時，才發揮消泡作用。聚硅氧烷聚醚型共聚物具有低溫溶解和高溫不溶解性，有力地提高了聚硅氧烷應用性能。③自乳性：聚硅氧烷聚醚型共聚物在適宜的溫度下，將其加入水中會自發地形成聚硅氧烷鏈段卷曲在內部、聚醚段伸展在外部的分散狀態，在水中形成膠團，使聚硅氧烷聚醚型消泡劑能在起泡液中均勻分散，有助于充分發揮消泡作用。④穩定性：各類聚硅氧烷聚醚型消泡劑的熱穩定性都比較好，在有效期內，均可用于沸騰狀態的水體系，甚至可用于高溫130℃的起泡水體系。⑤無毒：聚硅氧烷聚醚消泡劑允許作為間接食品添加劑添加到食品的包裝紙中。近年來這一類型的消泡劑發展很快，已經衍生成一系列產品，與聚醚型消泡劑、聚硅氧烷型消泡劑，形成鼎立的三大合成消泡劑。

由于聚醚改性硅油消泡劑具有無毒、無害、高效、多能及生理惰性等特性，已越來越受到廠家的青睞，聚醚改性硅油消泡劑國外已有生產，目前，此產品在國內正處于研制階段。它能迅速溶于水中，可單獨使用，也可與其他處理劑配合使用；穩定性好，不發生破乳漂油現象，也無沉淀物產生；對非水體系同樣也有效。聚醚改性硅油消泡劑是有機硅中最理想的新品種，有很好的發展前景。

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