新型聚醚消泡劑在工業清洗中的應用

邢一鳴，劉洋，蔡政，劉鴿

（沈陽浩博實業有限公司，遼寧 沈陽 110122）

汽車前處理工序一般分為：脫脂、表調、磷化三大工序，脫脂的作用是除去車身防銹油脂、沖壓拉延油、操作中的油跡、汗漬、灰塵等雜質[1,2]。在金屬清洗中，適量的泡沫可以懸浮油污，加速脫脂反應，但是泡沫過多，就會從槽子中冒出，會污染場地，浪費脫脂液，降低槽液液位，使脫脂后的噴淋泵不能正常運行，影響噴射壓力、流量，降低噴淋效果[3]。過多的泡沫會限制產品的生產能力、影響生產的產品質量、造成資源嚴重浪費、造成環境污染、可能會引起生產事故[4]。

影響泡沫穩定性的因素有：(1)溶液的黏度；(2)溶液的表面張力；(3)泡沫的表面黏度；(4)表面活性劑的結構；(5)Marangoni 效應；(6)泡沫的彈性；(7)其他影響因素。其他影響因素包括：溫度、溶劑的揮發速度、酸堿度、表面活性劑的吸附快慢、泡沫的大小、泡沫的受沖擊程度、體系中各組分的相互作用等。在不同體系中影響泡沫穩定的主要因素不盡相同，多種因素同時存在，共同作用。泡沫的彈性是影響泡沫穩定性的主要因素[5]。

消除泡沫是采取一定措施破碎已形成的泡沫，或降低泡沫層的厚度。常用的消除泡沫方法有很多，主要可分為物理方法和化學方法。物理方法主要有靜置消泡法、減壓消泡法、升溫消泡法、流體噴射消泡法、機械攪拌消泡法和超聲波消泡法等；化學方法主要有添加消泡劑消泡法、添加改變穩泡劑穩定性的物質等[6-7]。該方法由于破泡速率快、抑泡時間長、投加量少、對生產過程無影響、適用范圍廣、對環境無污染等優點成為各行業應用最廣泛的消泡方法。消泡劑先自發進入液膜內，在界面上迅速鋪展，分散。改變液膜的界面性能，從而使膜破裂[8]。消泡機理：(1)破壞膜的彈性；(2)促進液膜排液；(3)消泡劑的加入降低了泡沫局部的表面張力導致泡破；(4)低分子消泡劑乙醇、丙醇等的加入使表面層的表面活性劑濃度降低，并溶入表面活性劑吸附層破壞泡沫穩定性。

因此，汽車前處理過程普遍采用在脫脂劑中加入少量消泡劑的方法，減少泡沫的產生，這就要求消泡劑具有消除和抑制泡沫產生的作用。目前，市面上的聚醚消泡劑主要有：GP 型甘油聚醚、GPE型聚氧乙烯（聚氧丙烯）醚和PPG 型聚丙二醇等[9]。該類消泡劑大多是以多元醇或多元胺等含活該類潑氫的化合物作起始劑，在催化劑存在下用環氧丙烷、環氧乙烷開環聚合而成[10-11]。聚醚類的消泡劑與體系的相容性較好，但消泡能力較弱，目前市場應用較少，無法滿足對消泡、抑泡要求較高的生產工藝中[12]。該類消泡劑的分子結構為線型結構，在與發泡液結合過程中所形成的泡沫為線型結構，之前加入的消泡劑會溶于起泡膠束中。這就使消泡劑不能在液體表面快速擴散開來，消泡能力明顯下降[13]。聚醚消泡劑的性能影響因素主要有起始劑結構、分子量、環氧乙烷和環氧丙烷的嵌段方式及兩者的比例等，以上幾大要素對消泡劑的消泡、抑泡性能起到決定性作用，也是該領域科研人員面臨的難題。本文合成一款新型聚醚消泡劑，并對消泡性能進行綜合性評價。

1 實驗部分

1.1 主要原料

QSJ200、氫氧化鉀、過氧化氫、醋酸均為化學純；環氧乙烷和環氧丙烷為工業級，含量大于99.0%。

1.2 聚醚消泡劑的合成

向2 L 高壓反應釜中加入計量的QSJ200、氫氧化鉀，用氮氣置換3 次，并升溫攪拌，當溫度達到制定溫度后抽真空脫水。待反應釜中達到指定的反應溫度、壓力后，按照一定的順序、速度加入計量的環氧丙烷和環氧乙烷，進料結束后，保溫反應至反應釜內的壓力不再發生變化，抽真空脫除未反應的環氧丙烷、環氧乙烷及低分子化合物，得到了消泡劑預聚物；在一定的條件下對預聚物進行脫色、降溫處理，最后放料得到消泡劑成品。

1.3 濁點的測定

配制1%試樣水溶液，此時的消泡劑在水中為難容懸浮狀態，將其加入試管中，內置溫度計，置于冰水浴中攪拌，如難溶物全部溶解，記錄此時的溫度為濁點。

1.4 羥值的測定

按照GB—T 7383—1997 所提供方法實施。

1.5 泡沫性能（羅氏泡沫儀）

用表面活性劑1308 和去離子水配制成15%的水溶液作為發泡液，并加入3%的聚醚消泡劑，使用羅氏泡沫儀進行測試，測試溫度為50 ℃，分別考察0 s、30 s、60 s、120 s、180 s、240 s、300 s、360 s、420 s 的泡沫高度。

1.6 泡沫性能（噴淋機）

按照1.5 的配方配制噴淋槽液，采用噴淋機進行噴淋實驗，記錄槽液中泡沫高度隨噴淋時間的變化，測試條件：溫度為50 ℃，噴淋壓力為0.025 MPa，噴淋時間為8 h。

2 結果與討論

2.1 消泡劑脫色工藝

將未經處理的聚醚消泡劑加熱到70～90 ℃之間，然后加入適量的過氧化氫，充分攪拌，有大量氣泡產生后繼續攪拌10 min；加入適量的醋酸，充分攪拌10 min，測定其pH 不再發生變化為止。經不同比例的過氧化氫和醋酸處理后，結果如表1所示。

表1 聚醚消泡劑脫色處理

從表1 可以看出，隨著過氧化氫含量的提高，聚醚消泡劑外觀從黃色液體變為淡黃色液體，提高過氧化氫含量有利于樣品脫色，但樣品的透明度不夠好，繼續提高過氧化氫含量未能提高樣品透明度。同時，提高醋酸含量，樣品的pH 值變為酸性，外觀也隨之變為淡黃色透明液體。綜上所述，樣品4中過氧化氫和醋酸的含量較為合適。

2.2 穩定條件實驗

對聚醚消泡劑進行了三次重復性合成實驗，測試結果與進口樣品進行對比，結果如表2所示。

表2 穩定條件實驗

從表2 中可以看出，聚醚消泡劑三次重復實驗的理化指標變化不大，實驗得到產品性能均達到進口樣品的水平，重復性較好。

2.3 消泡性能分析

一般認為消泡劑屬于表面張力較低的物質，與泡沫的液膜接觸后，部分液膜的表面張力將低于液膜的其余部分，從而產生表面張力差導致液膜破裂[14]。

2.3.1 羅氏泡沫法

采用羅氏泡沫儀對自制樣品和進口樣品的泡沫性能進行分析，如表3所示。

表3 泡沫高度隨時間變化

由表3 可知，隨著時間的推移，液體的泡沫高度逐漸降低，前180 s 破泡速度較快，之后破泡速度逐漸降低，最終穩定在10 mm 的高度。通過數據對比，自制樣品的泡沫性能與進口樣品接近，可以有效降低工作液的泡沫高度。

2.3.2 噴淋機實驗

由于消泡劑存在長期使用過程中，其抑泡、消泡作用會減弱甚至消失，因此，需考察在連續噴淋（8 h）過程中，隨著噴淋時間的延長，槽液中泡沫高度的變化，實驗結果如圖1所示。

圖1 噴淋機泡沫高度隨時間的變化

由圖1 可以看出，隨著噴淋時間的延長，槽液中泡沫高度逐漸增加，最終穩定在18 cm，自制樣品的抑泡性能與進口樣品接近。

3 結論

1）聚醚消泡劑經脫色處理后，顏色可以達到淡黃色透明液體，且各項理化指標性能穩定，重現性好。

2）聚醚消泡劑的消泡性能和抑泡性能較好，可以達到進口樣品水平。