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)常會產(chǎn)生大量泡沫，如不經(jīng)適當(dāng)抑止，泡沫會給生產(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．

消泡劑又稱防沫劑，按狀態(tài)可分為油狀、乳液狀、固態(tài)以及膏狀等；按化學(xué)組成可分為醇類、脂肪酸類、酰胺類、磷酸鹽類、聚醚類和聚硅氧烷類(習(xí)慣又稱有機(jī)硅類)等．同非硅類消泡劑相比，有機(jī)硅類消泡劑因具有消泡和抑泡效果好、用量少等特點(diǎn)而受到各行各業(yè)的關(guān)注．目前，有機(jī)硅消泡劑已在國內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，但與國外每年萬噸以上的消耗量相比，無論是在檔次、品種，還是在數(shù)量上都還存在著很大差距，一些高檔次設(shè)備用的乳液型有機(jī)硅消泡劑還主要依賴進(jìn)口．為此，在前期研究工作的基礎(chǔ)上，2006年我們申報(bào)了陜西省教育廳產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目——納米增效聚醚有機(jī)硅消泡劑的開發(fā)，現(xiàn)已成功研制出了乳液型高效有機(jī)硅消泡劑，且已轉(zhuǎn)讓給青島能遠(yuǎn)物資有限公司．實(shí)驗(yàn)證明，該消泡劑的主要技術(shù)指標(biāo)與國外同類產(chǎn)品相當(dāng)，是一種高效的有機(jī)硅乳液消泡劑，完全可以替代進(jìn)口產(chǎn)品，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的應(yīng)用前景．

1.實(shí)驗(yàn)

1．1主要原料和儀器

主要原料：甲基硅油(粘度：600～800mPa·s／25℃)，工業(yè)品，濟(jì)南億佳化工有限公司；聚醚硅油(粘度：800～1 000mPa·s／25℃)，實(shí)驗(yàn)室自制；氣相二氧化硅(白炭黑)，工業(yè)品。廣州吉必盛科技實(shí)業(yè)有限公司；Span-80，AR，上?；瘜W(xué)試劑公司；Tween-80，AR，天津宏美化工有限公司；羧甲基纖維素鈉，AR，河北省文安縣盛源纖維素廠．

儀器：電動(dòng)攪拌機(jī)；溫度自動(dòng)控制儀；高速離心機(jī)；--Vl燒瓶；回流冷凝管；溫度計(jì)．

1．2 高效乳液型有機(jī)硅消泡劑的制備方法

1．2．1改性二氧化硅的制備

將甲基硅油和氣相法白炭黑(SiO2)按質(zhì)量比100：8加入到帶有攪拌器、溫度計(jì)、回流冷凝管的三口燒瓶中，加熱攪拌升溫到130---150℃處理3～5 h，然后冷卻至室溫，得到白色粘稠液體，即改性二氧化硅．

1．2．2高效乳液型有機(jī)硅消泡劑的復(fù)配

在帶有攪拌器、溫度計(jì)的三口燒瓶中，加入36份改性二氧化硅、20份聚醚硅油，攪拌混合均勻，再加入12份復(fù)合乳化劑(由Span80與Tween80組成，親水親油平衡值HLB約為10)，升溫到40---50℃攪拌30 min，然后緩慢加入110份水，攪拌1 h得O／W型乳液，最后加入羧甲基纖維素鈉(CMC)水溶液(由2份CMC和20份熱水混合而成)，攪拌30 min后出料，得乳白色高效乳液型有機(jī)硅消泡劑．

1．3 消泡劑的性能測試

起泡液：雕牌洗衣粉：十二烷基苯磺酸鈉：TX-10：水=O．5：0．5：0．5：98．5．

1．3．1消泡性能

室溫下，將25 mL起泡液加入到100 mL帶塞量筒中，上下震蕩10次，使泡沫體積達(dá)100 mL，然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．05％的消泡劑，同時(shí)啟動(dòng)秒表記錄泡沫完全消失的時(shí)間．時(shí)間越短，說明消泡劑的消泡性能越好．

1．3．2抑泡性能

在500 mL量筒中加入100 mL起泡液，再加入一定量的消泡劑(用量為發(fā)泡液用量的0．05％)，將與N。瓶相連的玻璃管插入起泡液內(nèi)鼓氣泡，控制Nz流量為3 L／min，記錄泡沫體積達(dá)到200 mL刻度處所

需的時(shí)間．時(shí)間越長，說明消泡劑的抑泡性能越好．

1．3．3穩(wěn)定性

離心穩(wěn)定性：在離心機(jī)中，以3 000 r／min的轉(zhuǎn)速離心30 rain，觀察乳液是否分層、漂油．

熱穩(wěn)定性：在45--一60℃的條件下存放48 h，觀察乳液是否分層、破乳．

1．3．4水分散性

將0．5 g消泡劑加入燒杯中，再加入100 g水，振蕩，觀察其在水中的分散情況．若迅速分散，液面無油狀物，則消泡劑的水分散性為優(yōu)；若分散較快，液面無油狀物，水分散性為良；若分散較慢，液面出現(xiàn)少量絮狀物，水分散性為中；若不易分散，且絮狀物較難消失，則水分散性為差．

2、結(jié)果討論

2．1 甲基硅油粘度及用量對消泡荊性能的影響

甲基硅油表面張力低，消泡能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好，呈化學(xué)和生理惰性，加之不溶于水，對大多數(shù)起泡介質(zhì)均有優(yōu)異的消泡性能，因此，我們選擇甲基硅油作為消泡劑的一個(gè)主要組分．固定其他條件不變，考察甲基硅油粘度改變對消泡劑性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1．

表1表明，隨甲基硅油粘度的增加，消泡劑的消泡時(shí)間呈先下降而后略增加的趨勢，但抑泡時(shí)間則是一直在增加．這是因?yàn)榈驼扯燃谆栌捅砻鎻埩π?，易分散于起泡液中起消泡作用，但溶解度大，抑泡時(shí)間短；而粘度大的甲基硅油溶解度小，抑泡時(shí)間長，但乳化困難，消泡效果差．綜合各因素，為獲得良好的消泡、抑泡效果，本研究選用粘度為600--一800mPa·S的甲基硅油．

此外，甲基硅油在乳液中的含量也應(yīng)適中，若用量太低，消泡效果差，為達(dá)預(yù)期的消泡效果，所加的消泡劑乳液量必須多，但這將會影響產(chǎn)品質(zhì)量；若用量太高，則不易乳化．實(shí)驗(yàn)表明，甲基硅油在乳液中的適宜含量為16％～17％．

2．2二氧化硅選擇及用量對消泡劑性能的影響

可用于甲基硅油消泡劑的二氧化硅有：氣相二氧化硅、沉淀二氧化硅、硅膠、硅溶膠及石英粉末等．由于氣相二氧化硅(白炭黑)比表面積大，密度小，易分散，未經(jīng)疏水處理顯親水性，在有機(jī)相中難以浸潤和分散，經(jīng)疏水處理后的表面羥基含量減少，聚集傾向減弱，表面自由能降低，由親水轉(zhuǎn)為疏水，與有機(jī)相的浸潤性、分散性得到改善，有助于增強(qiáng)硅泊在起泡體系中的分散能力，增加乳液的穩(wěn)定性，因此，我們選擇氣相二氧化硅與甲基硅油進(jìn)行復(fù)配，以提高甲基硅油的消泡效果．

在其他條件相同的情況下，考察白炭黑不同用量對消泡劑

消泡性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示．

由表2可知，隨白炭黑用量的增加，所得消泡劑乳液穩(wěn)定性變差．相對于100 g甲基硅油而言，當(dāng)白炭黑的用量低于8 g(折合乳液中白炭黑用量為1．3％)時(shí)，隨白炭黑用量的增加，消泡劑消泡性能增強(qiáng)，但當(dāng)白炭黑的用量高于8 g以上時(shí)，其消泡性能基本不隨白炭黑用量的增加而改變．綜合考慮，我們認(rèn)為消泡劑中白炭黑的最適用量應(yīng)以1．3％左右為宜．

2．3聚醚硅油用量對消泡荊性能的影響

聚醚硅油本身就有消泡和抑泡性能，能與甲基硅油／改性白

炭黑產(chǎn)生協(xié)同作用．固定其他條件不變，加入聚醚硅油(粘度：868mPa·s)并改變其用量，觀察消泡劑的消泡性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3．

由表3得知，單純的甲基硅油／8炭黑乳液消泡效果不是最好．加入聚醚硅油后，在一定用量范圍內(nèi)，隨其用量增加，消泡劑消泡時(shí)間變短，且有利于延長抑泡時(shí)間．另外，乳液的穩(wěn)定性及其在水中的分散性隨聚醚硅油用量的增加而變好．這是由于加入聚醚硅油后，聚醚硅油自身能自乳化，利用組分間的協(xié)同增效作用而使消泡劑的消泡效果明顯改善．但當(dāng)聚醚硅油用量超過20 g(占乳液總質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％)時(shí)，會導(dǎo)致消泡劑組分的親水性大增，易分散于起泡液中而使抑泡性降低，故合適的聚醚硅油用量為10％左右．

2．4乳化荊的復(fù)配及其用量對消泡劑性能的影響

乳化劑是制備乳液型有機(jī)硅消泡劑的關(guān)鍵因素之一．甲基硅油難以乳化，為了使乳化劑能很好地起NSL化分散作用，首先應(yīng)考慮乳化劑的HLB值與硅油的HLB值(大約為8～11)相接近，其次要考慮乳化劑的發(fā)泡力要小，另外還要考慮被乳化體系與乳化劑憎水基之間的親合力．通常離子型乳化劑如磺酸鹽、硫酸酯等均有不同程度的助泡作用，而Span類和Tween類非離子型乳化劑與甲基硅油的親和力較好，且發(fā)泡性能低，故本研究選用Span-80與Tween-80進(jìn)行復(fù)配．復(fù)合乳化劑不同HLB值時(shí)消泡劑的消泡性能見表4．

由表4可看出，乳化劑HLB值約為10時(shí)，消泡劑的消泡性能、離心穩(wěn)定性及在水中的分散性均較好．

固定其他條件和乳化劑Span-80與Tween-80的配比均不變，考察復(fù)合乳化劑用量改變對消泡劑性 能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示．

由表5可知，乳化劑用量過小，消泡劑乳液不穩(wěn)定，容易分層．乳化劑用量過大，消泡劑乳液穩(wěn)定性提高，但消泡效果下降．此乃兩方面因素造成：一是乳化劑用量過多，導(dǎo)致乳液粒子過小，從而使消泡速度降低；二是乳化劑用量過多，增加乳液的穩(wěn)定性，使乳液粒子不能捕獲氣泡，失去消泡性能．當(dāng)復(fù)合乳化劑的用量小于6％時(shí)，消泡劑乳液的穩(wěn)定性隨復(fù)合乳化劑用量的增加而增加，且消泡性能增強(qiáng)；當(dāng)復(fù)合乳化劑的用量大于6％時(shí)，消泡劑的穩(wěn)定性不隨用量的變化而變化，但消泡性能降低．實(shí)驗(yàn)證明，復(fù)合乳化劑的用量約為6％時(shí)消泡劑消泡效果較好．

2．5增稠劑的影響

為了提高乳液的穩(wěn)定性，加入增稠劑是一種有效的途徑．常用的增稠劑有羧甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素、聚乙二醇、海藻酸鈉等．本實(shí)驗(yàn)選用羧甲基纖維素鈉作增稠劑，用量占乳液總量的1％時(shí)取得了較佳的效果．

2．6消泡劑的穩(wěn)定性、分散性試驗(yàn)

將制得的消泡劑在離心機(jī)上以3 000 r／min的速度離心30 min，消泡劑乳液無分層現(xiàn)象出現(xiàn)，表明所制得的消泡劑具有良好的離心穩(wěn)定性．

將制得的消泡劑在45"--60℃的條件下存放48 h，乳液無分層、破乳現(xiàn)象發(fā)生，說明所制得的消泡劑具有良好的耐熱穩(wěn)定性．

將0．5 g消泡劑加入燒杯中，加入100g蒸餾水，振蕩，消泡劑能較快分散于水中，且液面無油狀物出現(xiàn)，表明消泡劑在水中分散性良好．

2．7與其他消泡劑消泡性能的比較

將自制的消泡劑與國內(nèi)廠家常用消泡劑及進(jìn)口同類消泡劑進(jìn)行比較，結(jié)果見表6．

由表6可看出，自制消泡劑產(chǎn)品的消泡性能、水分散性以及穩(wěn)定性都比較理想．

3、結(jié)論

(1)以甲基硅油、氣相法二氧化硅、聚醚硅油為主要成分，采用Span80與Tween80為復(fù)合乳化劑，羧甲基纖維素鈉為增稠劑制得了高效乳液型有機(jī)硅消泡劑．該消泡劑消泡效果好，其主要技術(shù)指標(biāo)與國外同類型產(chǎn)品相當(dāng)．

(2)所制得的消泡劑乳液其離心穩(wěn)定性、耐熱穩(wěn)定性好，在水中的分散性良好．

(3)本產(chǎn)品生產(chǎn)過程無三廢排放，已在青島能遠(yuǎn)物資有限公司實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，取得了很好的效果．