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常州新盛順杰化工有限公司
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消泡劑品種繁多,用途廣泛。在人們的生活和生產中,有時需要利用泡及泡沫,像浮選、滅火、除塵、洗滌、制造泡沫陶瓷和塑料等;有時需要消除泡及泡沫,如發酵、涂料、造紙、印染、排除體內器官脹氣、鍋爐用水、廢水處理及棱鏡(或玻璃)的制造等。所謂“泡”或“氣泡”是指不溶性氣體存在于液體或固體中,或存在于以它們的薄膜包圍的獨立的氣泡。許多氣泡聚集在一起彼此以薄膜隔開的積聚狀態謂之泡沫。氣泡是一種具有氣/液、氣/固、氣/液/固界面的分散體系,后者常見于選礦及油田體系的氣泡。
純水和純表面活性劑不起泡,因為它們的表面和內部是均勻的,很難形成彈性薄膜,即使形成亦不穩定,會瞬間消失。但在溶液中有表面活性劑的存在,氣泡形成后,由于分子間力的作用,其分子中的親水基和疏水基被氣泡壁吸附,形成規則排列,其親水基朝向水相,疏水基朝向氣泡內,從而在氣泡界面上形成彈性膜,常態下不易破裂。泡沫的穩定性與表面粘性和彈性、電斥性、表面膜的移動、溫度、蒸發等因素有關。在生活和生產中,有時泡沫的出現,給人們帶來諸多不便,故必須消泡。凡能破壞泡沫穩定性的因素,均可用于消泡。有機硅消泡劑即賦此功能,它能降低水、溶液、懸浮液等的表面張力,防止形成泡沫,或使原有泡沫減少,通常具有選擇性作用。一般物理消泡法難于瞬間消泡,而化學和界面消泡,則十分快捷、便當、高效。
消泡劑是指具有化學和界面化學消泡作用的藥劑。作為消泡劑,有低碳醇、礦物油、有機極性化合物及硅樹脂等。其形態有油型、溶液型、乳液型、泡沫型。作為消泡劑均具消泡力強、化性穩定、生理惰性、耐熱、耐氧、抗蝕、溶氣、透氣、易擴散、易滲透、難溶于消泡體系且無理化影響、消泡劑用量少、高效等特點。
一、有機硅消泡劑機理:
有機硅消泡或抑泡的能力,是由于它具有的很低的表面張力。有機硅化合物(硅油)干擾氣液界的表面張力,導致消泡效果。
當有機硅加到泡沫介質中時,硅油的小顆粒落到泡的表面,同時有效地降低接觸點的表面張力,在泡外皮引起一個薄弱點,從而引起破泡。最佳消泡活性標準可以如此描述:游離的硅油小粒子必須完全地、盡可能快地和有效地分散到活動區內。硅油借助于生產加工時加入的比例很小,表面積很大的SiO2填料作用,而迅速分散,擠在一起的泡沫由于臨近處泡沫的破裂,引起不穩定態,加快引起連續破泡的效果,至最后達到穩定態。如果是乳液狀消泡劑,乳液太穩定,將減少消泡作用。穩定性差時,有較大活性。因此,需要在穩定性和活性之間加以平衡,并選擇在水相及油相中溶解度低,而又具有極高活性的有機硅化合物。
消泡劑的機能,也有按破泡、脫泡、抑泡三種機理進行定義。
破泡:相對于泡沫,從空氣側進入泡中,將泡合一破壞。
抑泡:從液體側進入泡中,將泡合一破壞。
脫泡:從氣泡的界面侵入泡中,令氣泡合一浮出液面。
消泡劑有油型、溶液型、乳液型,固體粉末型及復合型等。
二、有機硅消泡劑種類:
1、水乳劑型消泡劑:
以聚二甲基硅氧烷(硅酮)為主體,及白炭黑復合物,在表面活性劑(乳化劑)的作用下制備成O/W型各種不同濃度的水乳消泡(適合水性介質消泡場合)或制成高濃度硅膏,用時采用涂抹法或臨時稀釋后使用。
2、 油體系消泡劑:
借助溶劑攜帶硅油并分散到起炮液中。溶劑擴散,硅油或微滴發揮消泡作用(一般高、低粘度硅油調合)或制成硅油/礦物油分散體。
原油破乳脫水:
原油占有一定的比例時以W/O乳液形式得到的,不將其中大部份水份除去,這種油是不能加工的,石油工業需要大量有機硅表面活性劑作破乳劑用。此為白色固體,1%水溶液表面張力為20.6mN/m
3、 固體粉劑消泡劑:
含質量分數2%~5%有機硅消泡成分及質量分數98%~50%的粉狀固體載體。
4、消泡棒:
硅油、磺酸鈉鹽及蠟的制劑。
5、自乳化自分散型消泡劑:
以聚硅氧烷與聚醚共聚的有機硅表面活性劑,在聚硅氧烷分子鏈上引入親水基,可顯著改善有機硅在水中的分散性,或成自乳化狀,成為一類專門的消泡劑,在濁點以上消泡,適合高溫高壓噴射染色等消泡。
“自乳化型”消泡劑耐熱、機械穩定性,耐酸、堿,苛刻條件下消泡,如聚酯纖維高溫染色,二乙醇胺水溶液脫硫體系,各種油劑切削液,不凍液等體系消泡。
三、有機硅消泡劑應用:
1、 紡織印染:
(1)、上漿工藝:水乳劑型有機硅消泡劑,如:JY-851(或有機硅聚醚),上漿槽內添加量0.2?0.25g/L
(2)、化纖油劑:化纖油劑加入0.02?0.04%水乳液型消泡劑。化纖油劑配方中應含有機硅聚醚硅油。
(3)、退漿精煉:選用含聚醚有機硅,
(4)、漂白:酸性較強,有機硅消泡劑。
(5)、染色:有機硅乳液消泡劑。噴射染色最好選用聚醚有機硅,高溫消泡、低溫水溶,不沾污織物。
2、 石化工業:
(1)、鉆井:乙基硅油(或甲基硅油層乳液)用于泥漿添加劑。
(2)、采油:油氣分離,消泡棒。熔點比井口泡沫溫度高2.8?13.9℃。
(3)天然汽油吸收:用汽油將二甲基硅油配成2%溶液。
(4)油氣分離破乳:
A、 油氣分離,原油中添加0.025~0.0065mg/Kg可提高生產能力;
B、 破乳:油氣分離的原油一般微W/O型乳液,添加0.2mg/Kg左右的適宜消泡劑,可達到破乳消泡的效果。
(5)精煉:減壓蒸餾添加消泡劑,餾分顏色改善,餾分范圍放寬,常用有硅油的柴油溶液。
(6)高能燃料(內燃、噴氣、航空燃料)用氰烷基聚硅氧烷分散在高閃點煤油中,再加到高能燃料中作高效消泡劑。
(7)瀝青、渣油:添加硅油量為0.2×10-6~2.0×10-6
(8)延遲焦化、除焦、消垢:消泡劑添加參考量:0.05~100×10-6
(9)消泡鉆井液:高粘度磺金屬鹽(石油磺酸鈣:磺化瀝青鈉=1:1),硅氧烷的加入量約100~400×10-6或5~15mg/Kg,磺酸鹽:硅氧烷接近1:1為佳。
(10)潤滑油:如內燃機、汽車潤滑劑、金屬加工液、壓縮機油等,當用硅油添加作消泡,是因為以下優點:
A、難溶于潤滑油,處于分散狀態,有利于吸附在氣泡膜上破泡;
B、有與礦物油類似的烷基,能擠進泡膜,削弱分子引力;
C、表面張力低,滲透好,吸附在泡膜表面時使局部表面張力降低,因泡膜表面張力不均勻而破泡。
重質油選用粘度小硅油,添加量1~10×10-6。另外,烷基聚丙烯酸酯也比較好,有較好的氣體釋放性。
支鏈胺加入粗汽油、石腦油中,再加入到潤滑油中,也可作消泡劑,加入量微0.05~1%,此消泡劑可加入金屬切削液中。
3、 造紙工業
(1)制漿:有機硅乳液消泡劑(90g/T紙)。
(2)涂布紙:涂層涂料,壓光后印刷畫報等的用紙,涂布氣泡一般用非硅消泡劑。
(3)污水處理:水乳劑型有機硅消泡劑.
4、 涂料、油墨中的應用
I、涂料生產中對消泡劑的要求:
(1)與泡沫表面的活性物質有一定親和力,但再氣泡液中應該是難溶與不溶的;
(2)表面張力低于氣泡液的表面張力,且有較低HLB值;
(3)應使乳液(乳膠)穩定;
(4)涂料成膜后不能引起魚眼和縮孔的不良后果;
(5)水性涂料用消泡劑:多使用水中難溶的物質,如礦物油、高級醇、有機硅樹脂,有機硅是水性涂料最好的消泡劑。
非水性涂料用消泡劑:常用難溶于有機溶劑中的物質,如低級醇、有機硅樹脂(有機硅樹脂用量要適量,過量易縮裂、陷穴,現多采用改性的有機硅樹脂或經乳化的有機硅樹脂)。
II、水性涂料中推薦使用的有機硅消泡劑:
(1)硅油、疏水SiO2混合物適用:
環氧樹脂,澆涂,用量0.3%;
熱塑丙烯酸樹脂,噴涂,用量0.3%
(2)聚醚聚硅氧烷與疏水SiO2混合物適用:
熱固性醇酸樹脂,浸涂用量0.3%,刮涂用量0.1%
(3)疏水SiO2、烴類、硅油的混合物適用:
熱塑性丙烯酸樹脂,印刷、油墨,用量0.1%;
空氣干燥型丙烯酸樹脂,澆涂,用量0.5%。
(4)硅油及疏水SiO2混合物乳液適用:
醇酸改性苯丙樹脂,澆涂,用量0.5%
5、 洗滌劑工業用有機硅消泡劑
聚硅氧烷和改性三聚磷酸鈉作為粉狀洗滌劑添加劑,含SiO2為2~6%的二甲基硅油(1500c.s)乳液與無水三聚磷酸鈉混合,乳液用量10~40%,形成水合物作添加劑。
金屬清洗液,要求耐堿,最好時加入液體產品時透明且有消泡活性。