聚醚改性硅油消泡劑的復配

李春靜

河北化工醫藥職業技術學院化學與環境工程系 （河北石家莊 050026）

泡沫問題存在于全世界數百種行業中。多數情況下，泡沫的產生會給生產帶來許多麻煩與不便，需要抑制和消除。聚醚改性硅油消泡劑是近年各行業關注的熱點，它不僅具有聚醚和有機硅兩類消泡劑的優點，還具有逆溶解性、自乳性、生理惰性等特點。因此被廣泛應用于各種場合，尤其是像紡織品高溫染色、發酵等條件比較苛刻的工藝中的消泡[1]。

單純的聚醚改性硅油消泡劑具有良好的消泡性能，但是由于此類消泡劑成本較高，嚴重阻礙了其在各消泡行業中的使用。向聚醚改性硅油中加入其他類消泡劑，并添加乳化劑、穩定劑等輔助成分，不僅可以降低消泡劑的成本，還可顯著提高消泡、抑泡性能，減少消泡劑使用量[2]。為此，本課題對聚醚改性硅油消泡劑的復配進行了研究。

1 實驗部分

1.1 主要原料和儀器

聚醚改性硅油，自制；氣相白炭黑（疏水處理），工業級，廣州吉必盛科技實業有限公司；Span，Tween，化學純，國藥集團化學試劑有限公司；二甲基硅油（100～1000 MPa·s，25 ℃），工業級，濟南瑞元化工有限公司；FJ-200 高速分散均質機，上海標本模型廠；TGL-16 離心機，常州金南儀器制造有限公司。

1.2 聚醚改性硅油的合成

聚醚改性硅油共聚物的合成采用縮合法，反應方程式如下：

主要步驟是：將原料含氫硅油、聚醚、溶劑以及酸催化劑按前期實驗得出的最佳配比（即含氫硅油與聚醚的質量比為1∶20，催化劑用量為0.2%）加入四口燒瓶中，在攪拌條件下緩慢加熱至105 ℃，使之回流，反應10 h 后，結束降溫，然后加堿中和、抽濾除去催化劑，再減壓蒸餾除去溶劑，即得聚醚硅油產品[3]。

1.3 聚醚改性硅油的復配

1.3.1 硅膏的制備

按配比準確稱量二甲基硅油和疏水白炭黑，置于圓底燒瓶中，攪拌并緩慢升溫，加熱至190～200℃，恒溫3～5 h 后降溫至50～60 ℃，得到硅膏，然后加入聚醚改性聚硅氧烷共聚物進行復配，充分攪拌均勻后，降溫出料。

1.3.2 聚醚改性硅油消泡劑的制備

首先取親水親油平衡值（HLB 值）不同的Span和Tween 混合，調節HLB 值在7～10，攪拌均勻后待用。取一定量上述實驗制備的復配物加入四口瓶中，按比例加入配制的乳化劑，攪拌升溫至60～80 ℃。緩慢加入少量的水，使乳化劑溶解后，繼續攪拌恒溫2 h，之后緩慢加入剩余的水，然后用均質機高速攪拌約10 min，得聚醚改性硅油消泡劑產品。

1.4 消泡劑性能測試

1.4.1 消泡效果的測定

作為消泡劑，它應該具有消泡性，即使產生的泡沫破滅；還應該具有抑泡性，即防止泡沫的產生。好的消泡劑既能快速地消滅泡沫，還能在一定時間內抑制泡沫再生，所以消泡效果的測定主要包括消泡性能與抑泡性能的測定，采用氣體鼓吹法[3]。以質量分數為1%的K12溶液為起泡液，通過向發泡液中加入一定量配好的5%消泡劑溶液，來測定其消泡和抑泡時間。消泡時間越短，抑泡時間越長，說明消泡劑的性能越好。

1.4.2 水分散性和穩定性的測定

在燒杯中加入5 g 消泡劑，再加入25 g 蒸餾水，振蕩搖勻，觀察分散結果：若液體中無油相出現，表明消泡劑分散性為優；有細小油滴出現或有較少難分散的絮狀物，表明水分散性為良；有較大較多油滴或有較多難分散的絮狀物，說明水分散性一般；幾乎不能分散于水中，或有較大絮狀物不能消失，說明水分散性差[4]。取一定量的消泡劑在轉速為3 000 r/min的高速離心機中離心15 min 觀察分層情況，不分層，表明消泡劑的性能穩定[5]。

2 結果與討論

2.1 白炭黑用量的確定

超微細二氧化硅俗稱白炭黑，是SiO2的無定形結構，它可以使消泡劑快速分散在起泡液中，是一種很重要的分散劑。疏水型白炭黑降低了其與水體系的締合度，在起泡體中單獨添加，也有消泡作用。二甲基硅油表面張力低，破泡迅速，但它在水中的溶解度小、分散性差、抑泡性差，單獨使用幾乎無消泡效果。實驗采用疏水白炭黑作為載體與二甲基硅油進行復配。

將疏水白炭黑和二甲基硅油先制成硅膏，這樣可以提高二者之間的浸潤性及白炭黑在二甲基硅油中的分散性[6-7]。用于硅膏的白炭黑有氣相法白炭黑和沉淀法白炭黑。相比之下，氣相法白炭黑比表面積更大，密度更小，易分散，制成的乳液也更穩定。所以，實驗選用氣相法白炭黑與二甲基硅油制備硅膏。在其他條件一定的前提下，改變白炭黑用量，其對硅膏性能的影響如表1 所示。

表1 白炭黑用量對硅膏性能的影響

由表1 可知，隨著白炭黑用量的增加，硅膏水分散性變好。這是因為：疏水白炭黑粒徑小，并且有足夠大的比表面積，可以提高硅油的分散性，使硅油在發泡液中形成數量非常多且小的消泡單元；白炭黑極易吸附于氣泡液膜并產生很大的力，在硅油低表面張力的作用下使氣泡破裂，從而發揮協同作用，提高其消泡效果。當白炭黑質量分數大于6%時，硅膏過于黏稠，穩定性變差，容易產生分層現象。硅膏黏度大，會影響后期的乳化，所以將疏水白炭黑的用量定為硅膏總量的6%。

2.2 硅膏用量的確定

固定聚醚改性硅油共聚物的用量，改變硅膏用量，比較其配比對消泡劑性能的影響，結果見表2。

表2 硅膏用量對消泡效果的影響

由表2 可知，隨著硅膏用量的增加，消泡時間減少。這是因為：加入的硅膏多，起泡液表面張力迅速減小，消泡速度升高，消泡效果變好。但當硅膏用量過多時，抑泡時間卻減少。這主要是因為：隨著硅膏加入量的增多，體系的黏度變大，出現團聚現象，穩定性變差，易分層，抑泡性能下降。兼顧消泡性能及穩定性，共聚物和硅膏的質量比選擇10∶1.50 較適宜。實驗結果同時說明，為提高聚醚改性聚硅氧烷共聚物與硅膏復配物的水分散性和穩定性，有必要加入其他表面活性劑，以進一步協調其性能的改善。

2.3 乳化劑的選擇

乳化劑作為一種表面活性劑，作用是將主成分（主、副消泡劑，載體）引入體系，使其迅速展開、分散，遍及發泡介質，與盡可能多的表面接觸，同時在消泡劑顆粒表面形成保護膜，防止粒子聚集，從而提高消泡效果。

復合型表面活性劑比單一表面活性劑更能提高體系穩定性，有效降低表面張力。另外，被乳化物和乳化劑結構越相近，復合物的親合力越好[6]。因此，實驗選用了結構與聚醚改性硅油相近的非離子型乳化劑Span 和Tween。根據復合乳化劑的原則，選一個HLB 值較低的作為主乳化劑，再選一個HLB 值較高的作為分散促進劑。采用乳化劑Span60，Span80 與乳化劑Tween20，Tween60，Tween80 進行復配：Span的親油性強，HLB 值較小；Tween 的親水性強，HLB值較大。調節復合乳化劑的HLB 值為8～10，表3 是不同復合乳化劑乳化性能對消泡劑的影響。

表3 不同復合乳化劑的乳化性能

由表3 可知，復合乳化劑Span-60 與Tween-60復配，充分發揮了協同作用，顯示了最佳乳化效果，在穩定性與水分散性等方面都是較為理想的選擇。所以，實驗選擇Span-60 和Tween-60 來制備復合乳化劑。

2.4 乳化劑用量的確定

乳化劑可使乳液穩定。在乳化劑的作用下，乳液在水中迅速擴散，使消泡劑分子均勻分布在泡沫液中，提高其消泡、抑泡性能。但是若乳液過分穩定，反而會使消泡效力下降。在保證聚醚改性硅油消泡劑活性的前提下，對乳化劑用量對消泡劑性能的影響進行了研究，結果如表4 所示。

由表4 可知：乳化劑用量小時，乳液不是很穩定，有分層現象；加大乳化劑的量后，乳液穩定性增強，消泡劑顆粒分散性變好，消泡速度變快、抑泡時間變長。但乳化劑用量太多，會使乳液過度乳化，粒徑小的乳液易溶解于表面膠束中，失去作用。另外，乳液黏度增大，破乳慢，分散性降低，其消泡、抑泡效果會變差，且乳化劑是非離子表面活性劑，量大時使溶液具有起泡性，不利于消泡。所以，選擇乳化劑的用量為總量的2.0%。

表4 乳化劑用量對消泡劑性能的影響

2.5 與其他消泡劑的比較

確定聚醚改性硅油消泡劑的復配參數后，將本實驗自制的消泡劑（其中聚醚改性硅油與硅膏的質量比為10∶1.50，乳化劑的加入量為總質量的2.0%）與目前廠家常用的進口同類消泡劑進行比較。在相同條件下分別測定了消泡時間、抑泡時間、水分散性、穩定性等，結果如表5 所示。

表5 消泡劑的性能比較結果

由表5 可知，復配產品的消泡性、抑泡性大大優于未復配前聚醚改性硅油消泡劑和進口同類消泡劑，且其水分散性及穩定性都比較理想。測定結果表明復配消泡劑具有可觀的應用前景。

3 結論

將1.5 份硅膏與10 份聚醚改性硅油共聚物進行復配，提高了消泡劑的消泡和抑泡性能；加入質量分數為2.0%的乳化劑，提高了消泡劑的水分散性和穩定性，得到了實驗范圍內性能最佳的消泡劑產品。將合成的復配消泡劑與廠家常用的進口同類消泡劑進行比較，結果表明該消泡劑消泡、抑泡性能優良，水溶性、穩定性良好，具有很好的開發應用前景。