聚醚改性硅油型消泡剂研究进展

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聚醚改性硅油型消泡剂研究进展
黄山学院化学系 常贯儒 陈国平
［摘 要］本文概述了改性聚醚硅油消泡剂的特点及其消泡机理，综合介绍了有机硅消泡剂主要成分选择的一般规律和技巧，并对聚 醚改性研究进展状况及市场前景做了简要展望。
工业生产过程中，会产生许多有害的泡沫，影响生产和产品的质 量，甚至破坏生产设备，极大地降低生产能力。因此国内外在许多工业 领域都使用消泡技术，如纺织、印染、医药、发酵、食品、造纸、选矿、油 漆、涂料、纤维、硅胶合成和石油开采及炼制等。目前市场上可供选择的 消泡剂品种很多，有机硅消泡剂因其以下特点而被广泛应用：（１）具有化 学稳定性，不易发生化学反应；具有生理惰性，对人体安全。（２）具有正的 铺展系数、进入系数，能在发泡系统中的气 － 液界面迅速铺展开。（３）具 有较低的表面张力。（４）消泡能力强，用量少不影响产品的质量；不溶或 难溶于起泡液中，却有一定的亲和力［１，２］。
１．泡沫的形成和消泡原理
１．１ 泡沫的形成 泡沫是气体被液体隔开的热力学不稳定的分散体系，其稳定性的影 响因素有液体的表面张力及修复作用、界膜的弹性、表面电荷、泡沫气 体的扩散以及表面活性剂的结构等。单一组分的液体不能形成稳定的 泡沫， 因为它们的表面和内部是均匀的，很难形成弹性薄膜，即使形成 亦不稳定，会瞬间消失。当液体中含有一种或几种具有起泡和稳泡作用 的表面活性剂时，其分子中的亲水基和疏水基被气泡壁吸附，形成规则 排列，在气泡界面上形成稳定的双层弹性膜［３］。而泡沫的稳定性就与表 面粘性和弹性、电斥性、表面膜的移动、温度、蒸发等因素有关。 １．２ 消泡剂的消泡原理 消泡剂“抑泡”“、破泡”过程是：当体系加入消泡剂后，其分子杂乱无 章地分布在液体表面，抑制弹性膜的形成，即终止泡沫的产生。当体系 产生大量泡沫后，加入消泡剂，其分子立即散布于泡沫表面，快速铺展， 形成很薄的双膜层，进一步扩散、渗透，层状入侵，从而取代原泡膜薄 壁。由于其表面张力低，便流向产生泡沫的高表面张力的液体，这样低表 面张力的消泡剂分子在气液界面间不断扩散、渗透，使其膜壁迅速变薄， 泡沫同时又受到周围表面张力大的膜层强力牵引，这样，致使泡沫周围 应力失衡，从而导致其“破泡”。不溶于体系的消泡剂分子，再重新进入另 一个泡沫膜的表面，如此重复，所有泡沫，全部覆灭［４］。根据聚硅氧烷消 泡剂“桥连 － 拉伸”和“桥连 － 反润湿”［５，６］的消泡机理，消泡剂分散体进 入泡沫膜表面形成的铺展硅油膜变为不稳定的油桥是消泡的关键。 消泡剂要发挥作用，首先必须渗入到泡膜双分子膜中，其渗入能力 可用渗入系数 Ｅ 表示。消泡剂渗入后需要快速扩散，其扩散能力可：用 散布系数 Ｓ 表示。 按 ＲＯＳＳ 提出的公式：Ｅ＝γF+γDF-γD(1)；S=γF+γDF-γD(2)。式中：γF-气 泡表面张力；γD-消泡剂表面张力；γDＦ－ 气泡、消泡剂间的界面张力。当 Ｅ＞０ 和 Ｓ＞０ 时，消泡剂渗入泡膜中并在液膜面扩展，消泡剂才能产生 消泡作用。 ２．聚醚硅油消泡剂复配主体成分析 聚醚改性硅油具有很强的乳化能力，能乳化硅油和自乳化，使整个 乳化体系非常稳定；由于兼具有聚硅氧烷的低表面张力和聚醚的易分 散性的特点，使消泡剂易于分散铺展；高于浊点温度时具有消泡性，低 于浊点温度则分散在起泡液中，使消泡持久。聚醚硅油还具有优良的耐 高低温、耐酸碱、抗老化、电绝缘、柔软性、安全环保、储存稳定及使用方 便等优点等，是一种性能优良，有广泛应用前景的消泡剂。 ２．１ 聚醚硅油用量对消泡剂性能的影响 聚醚硅油本身就有消泡和抑泡性能，也能与甲基硅油 ／ 改性白炭黑 产生协同作用［７、９］。研究发现：在一定用量范围内，随着加入聚醚硅油量 的增加，消泡时间变短，抑泡时间延长。这是由于聚醚硅油具有自乳化能 力， 增加了乳液的稳定性及其在水中的分散性，能够发挥组分间的协同 增效作用，从而使消泡剂的消泡效果明显改善。
甲基硅油作为消泡剂，还具有高活性、低挥发性、安全环保等优点， 消泡速度快、适用面广，但抑泡效果不好，耐高温、耐强碱性不太理想； 聚醚类消泡剂虽然耐高温、耐强碱，但消泡速度和抑泡时间都较弱。聚 醚改性硅油通过聚醚接枝或嵌段改性，亲水性的聚醚链段赋予其水溶 性，降低聚硅氧烷在油体系中的亲和性和溶解性，自乳化性；疏水性的 聚硅氧烷链段赋予其低表面张力。由于发挥出了两种组分的协同性能， 硅聚醚消泡剂表面张力比纯聚醚型的低，而且比纯硅油的水分散性能 好，有自乳化性能，且消泡和抑泡性能都更为出色。
３．２ 皮下脂肪发育的年龄段变化特点 ３．２．１ ７～１１ 岁，无论男女，两年龄段间，五项皮脂指标都存在着差 异。但其差值就指标本身和集团而言不大，也就是说在没有进入青春期 前，男女学生身体成分构成特征是不明显的。 ３．２．２ 男生 ９～１１ 岁到 １２～１４ 岁两年龄段间，五项皮脂指标增长 较缓慢，女生在这两个年龄段间五项指标差值增长比男生大，说明女生 的青春期较男生提前一个年龄段到来。 ３．２．３ 男生 １５～１８ 岁时，男子身体组成的特征明显化。表现为各部 位皮下脂肪突增，但增长的幅度要比女生低，体密度值突破 １．０６５，表明 骨骼肌肉发育已较壮实，瘦体重增长速度超过脂肪增长，其脂肪％指标 显著下降。女生 １５～１８ 岁时，身体组成的特征与男生相对不同。表现为 各部位的皮下脂肪，在 １５～１８ 岁大幅度的增长。体密度值下降至 １．４３２３。反映出其身体瘦体重成分的发育显著低于脂肪量的发育，致使 脂肪量大增，达到 ２３．９０％。 ３．２．４ 无论男女在 ７～８ 岁，９～１１ 岁阶段，肩 ＋ 臂的皮下脂肪发育 比腹侧 ＋ 腹脐皮下脂肪厚，而到 １２～１４ 岁，１５～１８ 岁腹侧 ＋ 腹脐皮下 脂肪发育厚度又超过（肩 ＋ 臂）部脂肪的发育厚度。 ４．总结 本文探讨了汉族中小学生皮下脂肪发育变化的规律 通过对 ７～８ 岁， ９～１１ 岁， １２～１４ 岁，１５～１８ 岁四个年龄段中小学 生的上臂部、肩胛部、腹脐部、腹侧部皮下脂肪的测试分析认为： ４．１．１ 男女学生随着年龄的增长，各部位的皮下脂肪不断增厚。１５～ １８ 岁增长最快。 ４．１．２ 各年龄段女生各部皮脂厚度显著高于男生，特别是在 １２～１４ 岁。女生随皮脂增厚，体脂％指标的发育超过瘦体重发育速度，形成女 子身体组成的特征。这种现象与分泌激素相关。 ４．１．３ 男生因受雄性激素影响，随年龄增长，其瘦体重的发育速度超 过体脂％的发育速度。故其体脂％随年龄增长而下降，体密度增高，骨 骼肌肉粗壮结实，形成男子身体组成特征。 ４．１．４ 男女生 ７～８ 岁， ９～１１ 岁， 肩 ＋ 臂的皮下脂肪比腹侧 ＋ 腹脐 皮下脂肪厚，１２～１４ 岁，１５～１８ 岁腹侧 ＋ 腹脐皮下脂超过（肩 ＋ 臂）部脂 肪的厚度。
２．３．２ 女生（上臂 ＋ 肩胛）＋（腹脐 ＋ 腹侧）四部位皮下脂肪厚度 ７～８ 岁，９～１１ 岁，１２～１４ 岁，１５～１８ 岁皮脂发育呈大幅度递增趋势，分别递 增 ２．７９ｍｍ 和 ８．４５ｍｍ、２１．８９ｍｍ。１５～１８ 岁为突增期。
２．４ 体密度（Ｄ）值的变化 ２．４．１ 男生体密度（Ｄ）值 ９～１１ 岁为 １．０６２３，１５～１８ 岁为１．０６８５６，增 长了 ０．００６２６，呈上升趋势。男生虽然皮下脂肪在逐年增长，但体密度也 在逐年提高，这说明男子瘦体重的增长 速度较皮下脂肪快，表现为体质结构越来越结实。 ２．４．２ 女生体密度（Ｄ）值 ９～１１ 岁为 １．５３６７，１５～１８ 岁为１．０４３２，呈 下降趋势，下降了 ０．０１０５。女生随皮下脂肪的增长，体密度在逐渐下降， 说明女子瘦体重的增长速度明显低于脂肪增长的速度，表现为体质结 构相对越来越疏松。 ２．５ 体脂％的变化 ２．５．１ 男生身体的体脂％，９～１１ 岁为 １６．０１％，１２～１４ 岁为 １６．２５％， １５～１８ 岁为 １３．４９％，总下降百分比例量为 ２．５２０％。说明男生因瘦体重 增长快，其体脂％不会因皮下脂肪增加而改变下降的趋势。 ２．５．２ 女 生 身 体 的 体 脂 ％ ，９ ～１１ 岁 为 １９．５３％ ，１２ ～１４ 岁 为 １８．７１％，１５～１８ 岁为 ２３．９０％。总增长百分比例量为 ４．３７％。说明女子身 体发育过程中，脂肪增长量占身体成分发育的主导地位。 ３．分析与讨论 ３．１ 性别差异 ３．１．１ 女生各部位的皮下脂肪厚度，无论哪一年龄段都显著高于男 生，特别是 １２ 岁后这种差距成倍增大。这是因为女生进入青春期后，受 性腺活动和内分泌机能的影响，脂肪储量增加，因此女子体脂％指标随 年龄的增长而显著增多。 ３．１．２ 男子随年龄增长，皮下脂肪也增厚。进入青春期后受内分泌激 素的影响，特别是雄性激素（睾丸酮），有很强的蛋白质合成作用，可使蛋 白质在肌肉、骨骼和皮肤里储存，不会使更多的脂肪沉积。同时，由于蛋 白质的合成特点使男生的骨质坚硬，肌肉收缩能力强，使瘦体重的增长 超过脂肪量增长速度。故男生随年龄增长，体密度也逐渐增长，而体 脂％量逐渐下降。 ３．１．３ 按运动生物力学原理，体脂是人体运动的负担，男女体脂％量 的显著差异是造成男女体力和运动能力差异的一个重要因素。
参考文献 ［１］李想．有机硅消泡剂的消泡机理及其应用．化学工程师，２００９ 年 第 １ 期，４７－４８ ［２］周志源．有机硅消泡剂 ＫＨＺ 的制备［Ｊ］．精细化工，１９９１，（８）：６－９ ［３］王世荣，李详高，刘东志等．表面活性剂化学［Ｍ］．北京：化学工业 出版社，２００５１ ［４］赵玉索．有机硅消泡剂的研究及发展．浙江化工，２００７ 年第 ３８ 卷 第 ３ 期 １２－１５ ［５］ＤＥＮＫＯＶ Ｎ． Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｘｅｄ （下转第 ４２５ 页）
基金项目：本文系高校省级自然科学研究重点项目：ｋｊ２０１０Ａ３１３；黄山学院自然科学基金项目：２００６ｘｋｊｑ００７。 作者简介：常贯儒（１９８０－），安徽 —
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２．３．１ 男生 ７～１１ 至 １５～１８ 岁四部位皮下脂肪发育较均衡，从 ７～ ８ 岁至 １５～１８ 岁共增长了 １６．７４ｍｍ，四个年龄段（上臂 ＋ 肩胛）＋（腹脐 ＋ 腹侧）四部位皮下脂肪厚度增长量分别为 ６．９９ｍｍ；６．１８ｍｍ 和４．１７ｍｍ。呈 匀速增长趋势。