聚醚消泡剂

聚醚消泡剂

聚醚型消泡剂是消泡剂产品中最重要的品种之一， 具有无毒、无气味、无刺激并在水中易分散等特点，除了一般工业应用外，还可应用于食品、发酵、化妆品和医药等行业中，是含硅消泡剂所无法取代的。聚醚型消泡剂根据合成所用的起始剂不同可分为多元醇型、脂肪酸酯型和胺醚型，其中应用较为广泛当属多元醇型和脂肪酸酯型。我国的聚醚型消泡剂生产起始于1969年，并首先应用于抗生素发酵，这类产品主要有：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。虽然聚醚型消泡剂的应用较为广泛，但某些性能与硅油类消泡剂还有一定差距，因此，创新设计聚醚的分子结构以获得良好的消泡性能是很有必要的。作者探讨了使用几种不同起始剂合成聚醚消泡
剂的性能，重点对多元醇型消泡剂的嵌段方式、链段长度、不同分子量的变化对消泡性能的影响进行了研究，同时对消泡剂用量以及温度和pH值等应用条件进行考察，并得到了相应的一些规律宿州 华 润 。
仪器与药品 WHF一2型高压釜，全自动仪表控制系统；ZD．2型振荡机，pH计，600mL刻度量筒，秒表。
丙三醇、月桂酸、十二胺、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾均为化学纯；环氧乙烷和环氧丙烷为工业级，含
量大于99．0％ ，水分分别小于0．01％ 和0．1％ 。

实验 聚醚消泡剂的合成宿州 华 润

把一定量的起始剂和催化剂投入高压釜中，用氮气置换3次，升温搅拌，于指定的温度下负压脱水至管凉为止；在一定的温度下同环氧化物进行开环聚合反应，按顺序分别滴加一定量的环氧乙烷和环氧丙烷。滴加完毕后老化40min，然后降温至80~C出料，得到聚醚型消泡剂。

发泡液的配制
用蒸馏水把定量的十二烷基硫酸钠在烧杯中完全溶解，配制成1％ 的水溶液作为发泡液，发泡液的pH值可根据性能评价的要求使用盐酸或氢氧化钠溶液进行调节，体系温度可根据要求进行升温或冷却。
消泡剂的性能评价
把调好的发泡液100mL盛入带有准确刻度的600mL平底量筒中，用瓶塞盖严并夹在振荡机上进行100次振荡(保证量筒中泡沫起满)，振荡后迅速取下。然后分别可进行以下性能的评价。
破泡性能评价方法
用滴管准确均匀地向量筒上端口加入定量的消泡剂，加完后马上开启秒表，及时记录不同时间的泡高，每个样品平行重复3次。计算其泡高的平均值作为消泡剂性能评价的标准，泡高越高，说明该消泡剂的破泡性能越差，反之，破泡性能越好。
抑泡性能评价方法
记录当时的泡高，每个样品平行重复3次，计算其泡高的平均值作为消泡剂抑泡性评价的标准，泡高越高

，说明该消泡剂的抑泡性能越差，反之越好。
穿透时间的测定
用滴管准确均匀地向量筒上端口加入定量的消泡剂，加完后马上开启秒表，仔细观察并记录消泡剂穿越泡沫层到达液面所需的时间，重复3次，取其平均值，作为消泡剂渗透性的评价标准。

结果与讨论 不同起始剂对聚醚消泡剂的性能影响
采用传统的“GPE”型聚醚消泡剂的结构，即起始剂与环氧丙烷先聚合，再与环氧乙烷聚合，分子量为3000，环氧乙烷占总量的10％ ，以不同的起始剂丙三醇、十二胺和月桂酸同环氧化物反应合成了3种典型的聚醚消泡剂。实验条件：20℃ ，pH=7．0，用量为0．05％ 。不同起始剂消泡剂性能比较的结果见表1。
表1 不同起始剂合成的聚醚消泡剂的性能比较

消泡剂品种 抑泡/mm 泡沫高度
0min 1min 2min 3min 4min 5min 6min 7min 8min 9min
丙三醇醚 260 600 520 460 410 365 320 270 230 190 160
十二胺醚 320 600 545 495 450 395 350 305 265 235 210
月桂酸醚 365 600 560 515 475 430 395 360 330 295 265

由表1可以看出，采用上述结构比例合成的3种消泡剂的性能差异较大，丙三醇醚的泡高无论在抑泡性还是在不同时间的破泡性上都是较低的，因此其消泡性能要明显强于十二胺醚和月桂酸酯，但十二胺醚和月桂酸酯的最佳结构还有待于进一步研究。本文仅以多元醇聚醚为例进行结构与性能研究。
不同嵌段方式对消泡性能的影响宿州 华 润

以丙三醇醚为例，合成了二段的“GPE”(丙三醇：PO：EO)和三段的“GPEP”(丙三醇：PO：EO：PO)，分子量均为3000。固定了丙三醇、环氧乙烷和环氧丙烷的比例，环氧乙烷占总量的10％ ，其中三段的“GPEP”的尾段环氧丙烷占总量的2％ 。实验条件为：20℃ ，pH=7．0，用量为0．05％ 。考察以上两种嵌段方式对消泡性能的影响，结果见表2。由表2 可以看出，在抑泡性方面，三段的“GPEP”的抑泡性能要明显好于二段的“GPE”；在破泡性方面，两种不同的嵌段方式各有其特点，二段的“GPE”在4min以前的泡高明显低于三段的“GPEP”，说明“GPE”型的前期破泡速度要快于“GPEP”型，但“GPEP”型的泡高在4min时已低于“GPE”型，说明“GPEP”型破泡剂的持续破泡能力较强，而“GPE”型消泡剂的破泡性的后劲明显不足。综合来看，三段的“GPEP”型的消泡性能要好于二段的“GPE”型。

表2 不同嵌段方式对消泡性能的影响

嵌段方式 抑泡/mm 泡沫高度
0min 1min 2min 3min 4min 5min 6min 7min 8min 9min
GPE 260 600 520 460 410 365 320 270 230 190 160
GPEP 180 600 555 485 415 350 295 250 210 175 140


不同的环氧链段长度对消泡性能的影响宿州

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采用丙三醇为起始剂的“GPEP”型嵌段方式，分子量为3000，合成具有不同长度的环氧乙烷和环氧丙烷链段的聚醚消泡剂进行性能考察。条件均为：20oC，pH=7．0，用量为0．05％ 。为便于比较破泡性能，破泡曲线均取6min时的泡高。

环氧乙烷链段长度对消泡性能影响

对于“GPEP”型三嵌段聚醚，固定了尾段(占总量4％)环氧丙烷，改变环氧乙烷链段的长度(以占总量的百分比计)，并考察其抑泡和破泡性能。环氧乙烷质量分数对聚醚消泡剂的性能影响较大，在抑泡性方面，环氧乙烷质量分数在4％ 左右泡高较低，体现出较好的抑泡性。这可能是由于起始剂、分子量一定的情况下，环氧乙烷含量越低，相对具有憎水性的环氧丙烷链段就越长，消泡剂分子在发泡体系中的溶解性就越差，这样会阻止和降低气体在发泡体系中的分散程度，降低形成泡沫的能力，体现出良好的抑泡性。反之，环氧乙烷含量过高，聚醚消泡剂溶于发泡体系，甚至被发泡体系中表面活性剂所增溶，失去气体在发泡体系中分散过程的阻止作用，导致抑泡性明显下降甚至失去抑泡性。从破泡性曲线看：在环氧乙烷质量分数6％ 附近的泡高最低，破泡性能很好，这可能是具有低含量环氧乙烷链段的分子会提高进入液膜的速度和在液膜表面上的铺展程度，比较容易扩散到气液膜表面产生作用，从而表现出优良的破泡性，随着环氧乙烷含量的提高，相对环氧丙烷链段长度就会缩短，这样就会影响消泡剂分子在液膜表面或界面上排列的状态，导致通过消泡剂分子作用形成的新液膜强度和粘度降低，使得破泡性能下降。

环氧丙烷链段长度对消泡性能影响
对于“GPEP”型结构的三嵌段聚醚，确定了6％的环氧乙烷质量分数，分子量仍为3000，这样前后两段环氧丙烷链段的总量也就固定了，但这里前后两段环氧丙烷链段的长度是可以变化的。，后两段环氧丙烷链段长度的改变对消泡性能也有一定影响，当然最后一段环氧丙烷链段含量的增加，相对前一段环氧丙烷链段的长度是在缩短。从破泡曲线看，环氧丙烷质量分数在8％ 附近泡高呈现最底点，意味着破泡性最好，说明适当提高尾段环氧丙烷链段的长度会有助于提高消泡剂在气液膜上的铺展性和分散性，但过长的环氧丙烷尾段会影响形成新液膜的强度，造成液膜不宜破裂，降低破泡性。从抑泡曲线看，随着尾段环氧丙烷含量的增长，泡高有一定下降，说明抑泡性能有所提高，但在环氧丙烷质量分数的6％ 以后曲线较为平坦，说明抑泡性能变化不大。

结论
在3种典型的聚醚消泡剂中，丙三醇醚的消泡性能要强于脂肪酸

酯和脂肪胺醚。丙三醇醚型消泡剂的最佳结构为：嵌段方式“GPEP”型，分子量为3500，环氧乙烷质量分数为6％ ，尾段环氧丙烷为8％ 。丙三醇醚型消泡剂适宜的使用条件为：消泡剂的最佳用量0．2％ ；提高体系温度有利于破泡性，降低体系温度有利于抑泡性；体系pH值的变化对抑泡性基本无影响，而适当提高体系的pH值则有利于提高消泡剂的破泡性。

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参考文献
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