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有机硅在消泡剂的应用

发布时间 2016-07-29

有机硅在消泡剂领域应用

前言:现代工业生产中, 泡沫无处不在:各类加工液的机槽;各类工业清洗池;各类工业和农业产品及制剂中;石油化工的各个生产环节中, 水处理等等。泡沫, 给工业生产带来种种问题: 为了防止泡沫溢出, 投料系数被迫降低 30%~ 50%; 泡沫溢出导致原材料的浪费;泡沫占据空间, 影响反应速度, 生产周期被迫延长;泡沫会影响产品品质, 如涂料, 塑胶制品;泡沫的产生, 对工业生产稳定性产生影响, 造成操作波动, 质量不稳定。针对泡沫问题, 最直接的解决方式就是使用消泡剂。

消泡剂的作用机理

有机硅消泡或抑泡的能力,是由于它具有的很低的表面张力。有机硅化合物(硅油)干扰气液界的表面张力,导致消泡效果。

当有机硅加到泡沫介质中时,硅油的小颗粒落到泡的表面,同时有效地降低接触点的表面张力,在泡外皮引起一个薄弱点,从而引起破泡。

最佳消泡活性标准可以如此描述:游离的硅油小粒子必须完全地、尽可能快地和有效地分散到活动区内。硅油借助于生产加工时加入的比例很小,表面积很大的SiO2填料作用,而迅速分散,并在SiO2粒子接触点外引起破乳破泡,挤在一起的泡沫由于临近处泡沫的破裂,引起不稳定态,加快引起连续破泡的效果,至最后达到稳定态。如果是乳液状消泡剂,乳液太稳定,将减少消泡作用。稳定性差时,有较大活性。因此,需要在稳定性和活性之间加以平衡,并选择在水相及油相中溶解度低,而又具有极高活性的有机硅化合物。

消泡剂的机能,也有按破泡、脱泡、抑泡三种机理进行定义。

破泡:相对于泡沫,从空气侧进入泡中,将泡合一破坏。

抑泡:从液体侧进入泡中,将泡合一破坏。

脱泡:从气泡的界面侵入泡中,令气泡合一浮出液面。

消泡剂有油型、溶液型、乳液型,固体粉末型及复合型等。均应具备下述性质:

1、消泡力强,用量少;

2、加入后不影响体系基本性质;

3、表面张力小;

4、与表面平衡性好;

5、扩散性、渗透性好;

6、耐热耐酸耐碱好;

7、化学性稳定、耐氧化性强;

8、气体溶解性,透过性好;

9、在起泡溶液中溶解性小;

10、生理安全性高。

消泡剂种类

1、水乳剂型消泡剂:

以聚二甲基硅氧烷(二甲基硅油)为主体,及白炭黑复合物,在表面活性剂(乳化剂)的作用下制备成O/W型各种不同浓度的水乳消泡(适合水性介质消泡场合)或制成高浓度硅膏,用时采用涂抹法或临时稀释后使用。

2、油体系消泡剂:

借助溶剂携带硅油并分散到起炮液中。溶剂扩散,硅油或微滴发挥消泡作用(一般高、低粘度硅油调合)或制成硅油/矿物油分散体。石油工业需要大量有机硅表面活性剂作破乳剂用。

3、固体粉剂消泡剂:

含质量分数2%~5%有机硅消泡成分及质量分数98%~50%的粉状固体载体。

4、消泡棒:

硅油、磺酸钠盐及蜡的制剂。

5、自乳化自分散型消泡剂:

以聚硅氧烷与聚醚共聚的有机硅表面活性剂,在聚硅氧烷分子链上引入亲水基(聚醚改性硅油),可显著改善有机硅在水中的分散性,或成自乳化状,成为一类专门的消泡剂,在浊点以上消泡,适合高温高压喷射染色等消泡。

“自乳化型”消泡剂耐热、机械稳定性,耐酸、碱,苛刻条件下消泡,如聚酯纤维高温染色,二乙醇胺水溶液脱硫体系,各种油剂切削液,不冻液等体系消泡。

的应用

1、纺织印染:

(1)上浆工艺:水乳剂型有机硅消泡剂,如:BD-304(或有机硅聚醚),上浆槽内添加量0.2¬0.25g/L

(2)化纤油剂:化纤油剂加入0.02¬0.04%水乳液型消泡剂。化纤油剂配方中应含有机硅聚醚硅油。

(3)退浆精炼:选用含聚醚有机硅,如:BD-3055。

(4)漂白:酸性较强,有机硅消泡剂。

(5)染色:有机硅乳液消泡剂。喷射染色最好选用聚醚有机硅,高温消泡、低温水溶,不沾污织物。

2、石化工业:

(1)钻井:乙基硅油(或甲基硅油层乳液)用于泥浆添加剂。

(2)采油:油气分离,消泡棒。熔点比井口泡沫温度高2.8-13.9℃。

(3)天然汽油吸收:用汽油将二甲基硅油配成2%溶液。

(4)油气分离破乳:

A、油气分离,原油中添加0.025~0.0065mg/Kg可提高生产能力;

B、破乳:油气分离的原油一般微W/O型乳液,添加0.2mg/Kg左右的适宜消泡剂,可达到破乳消泡的效果。

(5)精炼:减压蒸馏添加消泡剂,馏分颜色改善,馏分范围放宽,常用有硅油的柴油溶液。

(6)高能燃料(内燃、喷气、航空燃料)用氰烷基聚硅氧烷分散在高闪点煤油中,再加到高能燃料中作高效消泡剂。

(7)沥青、渣油:添加硅油量为0.2×10-6~2.0×10-6

(8)延迟焦化、除焦、消垢:消泡剂添加参考量:0.05~100×10-6

(9)消泡钻井液:高粘度磺金属盐(石油磺酸钙:磺化沥青钠=1:1),硅氧烷的加入量约100~400×10-6或5~15mg/Kg,磺酸盐:硅氧烷接近1:1为佳。

(10)润滑油:如内燃机、汽车润滑剂、金属加工液、压缩机油等,当用硅油添加作消泡,是因为以下优点:

A、难溶于润滑油,处于分散状态,有利于吸附在气泡膜上破泡;

B、有与矿物油类似的烷基,能挤进泡膜,削弱分子引力;

C、表面张力低,渗透好,吸附在泡膜表面时使局部表面张力降低,因泡膜表面张力不均匀而破泡。

重质油选用粘度小硅油,添加量1~10×10-6。另外,烷基聚丙烯酸酯也比较好,有较好的气体释放性。

支链胺加入粗汽油、石脑油中,再加入到润滑油中,也可作消泡剂,加入量微0.05~1%,此消泡剂可加入金属切削液中。

3、造纸工业

(1)制浆:有机硅乳液消泡剂(90g/T纸)。

(2)涂布纸:涂层涂料,压光后印刷画报等的用纸,涂布气泡一般用非硅消泡剂。

(3)污水处理:水乳剂型有机硅消泡剂,如BD-303有机硅消泡剂。

4、涂料、油墨中的应用

I、涂料生产中对消泡剂的要求:

(1)与泡沫表面的活性物质有一定亲和力,但再气泡液中应该是难溶与不溶的;

(2)表面张力低于气泡液的表面张力,且有较低HLB值;

(3)应使乳液(乳胶)稳定;

(4)涂料成膜后不能引起鱼眼和缩孔的不良后果;

(5)水性涂料用消泡剂:多使用水中难溶的物质,如矿物油、高级醇、有机硅树脂,有机硅是水性涂料最好的消泡剂。

非水性涂料用消泡剂:常用难溶于有机溶剂中的物质,如低级醇、有机硅树脂(有机硅树脂用量要适量,过量易缩裂、陷穴,现多采用改性的有机硅树脂或经乳化的有机硅树脂)。

II、水性涂料中推荐使用的有机硅消泡剂:

(1)硅油、疏水SiO2混合物适用:环氧树脂,浇涂,用量0.3%;热塑丙烯酸树脂,喷涂,用量0.3%

(2)聚醚聚硅氧烷与疏水SiO2混合物适用:热固性醇酸树脂,浸涂用量0.3%,刮涂用量0.1%

(3)疏水SiO2、烃类、硅油的混合物适用:热塑性丙烯酸树脂,印刷、油墨,用量0.1%;空气干燥型丙烯酸树脂,浇涂,用量0.5%。

(4)硅油及疏水SiO2混合物乳液适用:醇酸改性苯丙树脂,浇涂,用量0.5%。

5、洗涤剂工业用有机硅消泡剂

聚硅氧烷和改性三聚磷酸钠作为粉状洗涤剂添加剂,含SiO2为2~6%的二甲基硅油(1500c.s)乳液与无水三聚磷酸钠混合,乳液用量10~40%,形成水合物作添加剂。

金属清洗液,要求耐碱,最好时加入液体产品时透明且有消泡活性。

6、食品工业用有机硅消泡剂:

食品专用聚硅氧烷树脂:二甲基聚硅氧烷为主体,含15%以下SiO2食品为水溶液时,用其乳化后的产品,其它均可直接用油型的产品,用量控制0.05g/Kg以下,此类消泡场合包括发酵及制糖,硅-乙二醇共聚物适合发酵过程抑泡。

结语:工业生产的中的泡沫虽然细小, 但带来的影响是不小的,选择合适的消泡剂, 能有效减轻泡沫对生产的影响, 提高生产效率, 保证产品品质。随着行业的进步和技术的发展,有机硅类消泡剂的发展和应用将会渗透到各种工业和化工生产领域。

 

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