復(fù)配型聚醚改性硅氧烷消泡劑乳液的制備

尤小姿，徐文遠(yuǎn)，朱曉英，王瑜鋼，童鋒

（浙江新安化工集團(tuán)股份有限公司有機(jī)硅研究所，浙江 建德 311600）

在許多工業(yè)（如印染、發(fā)酵、造紙、涂料、醫(yī)藥、油田開采、水處理等）的生產(chǎn)過程中，由于攪拌、振動(dòng)、沸騰等操作經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，如不經(jīng)適當(dāng)抑止，泡沫會(huì)給生產(chǎn)帶來很多麻煩，如影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行、減少設(shè)備有效負(fù)載量、造成產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)能力下降等。為了消除和抑制泡沫，最有效和最經(jīng)濟(jì)簡便的方法就是加入消泡劑。常用的有醇類、油脂類、醚類、皂類、有機(jī)極性化合物及聚硅氧烷類等各種類型的消泡劑。聚硅氧烷類的乳液型消泡劑同非硅類消泡劑相比，具有消泡效果好、用量少等優(yōu)點(diǎn)。

聚醚改性聚硅氧烷消泡劑是將聚醚和有機(jī)硅消泡劑兩者的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來的一種新型高效消泡劑，由于其消泡效力強(qiáng)，且其耐熱性、抗剪切性及耐酸堿性能好，加之還具有無毒無味、貯藏穩(wěn)定及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛用在各種場(chǎng)合，特別是用于許多苛刻條件下的消泡，如紡織品高溫染色工藝、發(fā)酵工藝中的消泡，但是此類消泡劑在我國還處于研制階段，很多廠家依賴進(jìn)口，因此對(duì)于聚醚改性硅油消泡劑的研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義[1-10]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原料和儀器

二甲基硅油 （350 cp、1000 cp）、羥基硅油（100 cp、700 cp、50 萬 cp）、 疏水氣相法白炭黑（300目）、聚醚改性硅油：浙江新安化工集團(tuán)股份有限公司； 乳化劑 Span-60、Span-80、Tween-60：上海凱必特化工有限公司；MQ硅樹脂：得爾塔有機(jī)硅；KOH：上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；平平加、OP：無錫市首越貿(mào)易公司；脂肪醇聚氧乙烯醚AEO系列：沙索化學(xué)；增稠劑CMC（羧甲基纖維素納）：南通市晗泰化工有限公司。

儀器：剪切乳化機(jī)、均質(zhì)機(jī)、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、恒速攪拌器、增力電動(dòng)攪拌器、臺(tái)式離心機(jī)、恒溫鼓風(fēng)烘箱等。

1.2 消泡劑乳液的制備方法

（1）耐酸性和中性消泡劑的制備：在燒杯中加入100 g的二甲基硅油，10 g白炭黑，150℃加熱攪拌保溫3 h，降至室溫即制得硅膏。另取燒杯中加入22 g上述硅膏，6 g羥基硅油，聚醚改性硅油14 g，70℃左右加熱攪拌30 min左右，使硅膏分散；再加入復(fù)合乳化劑6 g，70℃左右加熱攪拌2～3 h，使乳化劑溶解并混合均勻；降溫至50℃左右，攪拌加入水55 g，得到粗乳液，然后用剪切乳化機(jī)以12000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10 min，得到白色均勻乳液。

（2）耐堿性消泡劑的制備：在燒杯中加入350 cp的二甲基硅油40 g，1000 cp的二甲基硅油 26 g，700 cp羥基硅油 17 g，白炭黑 5 g，MQ 硅樹脂 10 g，氫氧化鉀2 g，150℃加熱攪拌保溫3 h，降至室溫即制得硅膏。另取燒杯中加入25 g上述硅膏，15 g聚醚改性硅油，70℃左右加熱攪拌30 min左右，使硅膏分散。加入復(fù)合乳化劑6 g，70℃左右加熱攪拌2～3 h，使乳化劑溶解并混合均勻；降溫至50℃左右，攪拌加入水55 g，得到粗乳液，然后用剪切乳化機(jī)以12000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10 min，即可得到均勻乳液。

1.3 消泡劑的性能測(cè)試

（1）消泡性能：向100 mL標(biāo)準(zhǔn)比色管中加入20 mL 2%的十二烷基苯磺酸鈉水溶液，塞好塞子，以60次／min的速度豎直振蕩1 min，滴加0.2 g稀釋后的10%消泡劑，記錄泡沫全消時(shí)間。需時(shí)越短，消泡力越高。

（2）抑泡性能：消泡測(cè)試后的比色管內(nèi)液體，不再加消泡劑，以60次／min的速度豎直振蕩20 s，靜置考察泡末消除時(shí)間，記錄消泡次數(shù)。消泡次數(shù)多寡體現(xiàn)了抑泡性能的好壞。第一次泡沫消失的時(shí)間稱為消泡時(shí)間，隨后不再加入消泡劑，繼續(xù)進(jìn)行第二次振蕩靜止后觀察泡沫消失時(shí)間。同樣重復(fù)進(jìn)行到泡沫消失時(shí)間為一規(guī)定值（如60 s），此時(shí)的重復(fù)次數(shù)稱為消泡次數(shù)。消泡次數(shù)多，抑泡性能好。

（3）離心穩(wěn)定性：將乳液在離心機(jī)中以3000r/min離心測(cè)試30 min，觀察乳液是否分層、漂油等。

（4）分散性：分散性參照農(nóng)乳，分為五個(gè)等級(jí)，一級(jí)最好，五級(jí)最差。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚醚硅油的選擇和用量對(duì)消泡劑性能的影響

聚醚的結(jié)構(gòu)對(duì)改性硅油有較大的影響，環(huán)氧乙烷EO鏈段增加會(huì)提高水溶性，環(huán)氧丙烷PO鏈段增加會(huì)提高聚醚硅油的疏水性，減小共聚物在水中的溶解度，降低溶點(diǎn)。一般來說，能改善消泡性能。但是溶解度太大會(huì)有助泡作用，因此可選聚醚結(jié)構(gòu)EO/PO為0.5～2.0。本公司銷售的聚醚硅油239、290制成的消泡劑性能良好。

聚醚硅油自身能自乳化，能與硅膏產(chǎn)生協(xié)同作用。改變其用量，考察對(duì)消泡性能的影響。如表1所示，隨著聚醚硅油用量增加，消泡劑的消泡性能明顯改善，但當(dāng)用量超過15%時(shí)，抑泡性能會(huì)降低。

表1 聚醚硅油用量對(duì)消泡劑性能的影響

2.2 乳化劑的選擇和用量對(duì)消泡劑性能的影響

乳化劑的選擇是實(shí)驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵。通常以HLB值為依據(jù)，已知乳化硅油所需的HLB值為10左右，為此可選HLB符合的表面活性劑為乳化劑，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)多組份乳化劑效果最好，由司盤與吐溫復(fù)配而成。結(jié)果如表2所示，復(fù)配乳化劑對(duì)乳狀液中的水相和油相都有某種程度的親和力，因此乳液穩(wěn)定性、流動(dòng)性較單一乳化劑好。

乳化劑的用量影響到乳液粒徑的大小，進(jìn)而影響到乳液的穩(wěn)定性。當(dāng)乳化劑用量太少時(shí)，乳化劑不能完全包覆在乳膠粒表面，因此不能形成完整的水包油體系，但當(dāng)乳化劑用量過大時(shí)，形成的粒徑過小，界面能太大，導(dǎo)致乳液的穩(wěn)定性反而下降。結(jié)果如表3，當(dāng)乳化劑用量為7%時(shí)，乳液的穩(wěn)定性、分散性已經(jīng)很好，再增加乳化劑用量，影響消泡性能。

2.3 乳化時(shí)間對(duì)消泡劑性能影響

選用7%復(fù)配3乳化劑，聚醚硅油用量15%，制得耐酸性消泡劑，考察乳化時(shí)間的影響。結(jié)果如表4所示，乳化時(shí)間過短，硅油不能充分乳化，制得的乳液粗糙且穩(wěn)定性差。若乳化時(shí)間過長，增加了能耗，流動(dòng)性變差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：乳化時(shí)間應(yīng)大于30 min，40 min最佳。

表2 乳化劑對(duì)消泡劑性能的影響

表3 乳化劑用量對(duì)消泡劑性能的影響

表4 乳化時(shí)間對(duì)消泡劑性能的影響

2.4 主要技術(shù)性能

將自制消泡劑與其他消泡劑對(duì)比，從表5可以看出，自制消泡劑各方面性能與邁圖SAG47相比相差不大。

表5 消泡劑的技術(shù)指標(biāo)

3 結(jié)論

以甲基硅油、氣相法白炭黑、聚醚硅油為主要成份，采用司盤、吐溫為復(fù)合乳化劑制得了耐酸和耐堿消泡劑。該消泡劑離心穩(wěn)定性好、在水中的分散性良好、消泡效好、生產(chǎn)過程無污染。

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