有机硅消泡剂概述

有机硅消泡剂概述

应用化学专业某本科生

南京师范大学化学与材料科学学院

摘要：该文探讨了有机硅消泡剂的消泡机理,介绍了各种有机硅消泡剂的特点和性能,论述了有机硅消泡剂的发展现状。简要介绍了有机硅消泡剂的使用

关键词：有机硅消泡剂；消泡机理；种类和性能；失活与再生；展望

在工业生产过程中（如印染、造纸、发酵和天然气脱硫等）若有大量的泡沫存在，不仅操作不便，浪费设备容量，而且会影响产品的质量造成次品，极大地降低生产能力。[1]一般消除泡沫可通过静置、减压、加温等办法达到目的。但在当今工业生产规模越来越大，生产效率要求越来越高的条件下，需要在尽可能短的时间内迅速而有效的消除不断产生的泡沫，就需要用新的、更有效的方法来消除泡沫。自从德国物理学家Quincke首先提出用化学方法消除泡沫以来，消泡剂获得了很大发展。各类消泡剂目前已广泛应用于造纸、印染、食品及化工生产中，其用量也在不断地增加。[2]目前国内外市场上的商品消泡剂品种繁多，性能各异。按消泡剂的形式可分为油型、溶液性、乳液型、粉末型和复合型；按消泡剂的组成可分为聚醚型、有机硅型、非硅型和硅醚混合型。其中有机硅类消泡剂由于具有以下特点获得广泛应用：[2]

①表面张力低，表面活性高，消泡力强。具有正铺展系数，能在发泡系统中的气液界面迅速铺展开；[3]

②热稳定性好，挥发性低。这保证了有机硅油消泡剂可在较宽的温度范围内使用；

③化学稳定性好。由于Si-O链及Si-C链结合比较稳定, 所以有机硅的化学惰性好, 很难与其它物质发生化学反应,能在苛刻的条件下使用；

④无生理毒性。一般用作消泡剂的二甲基硅油聚合度较高，而脱除了低聚物的二甲基硅油是无生理毒性的；

1.有机硅消泡剂的作用机理

1.1泡沫的产生

①必须有气液两相的接触，较多的气体分散在较少液体中形成两相体系——泡沫产生的必要条件；

②必须有表面活性剂的存在，以使发泡速度高于破泡速度，产生一个稳定的气液分散系统——泡沫产生的充分条件。

1.2泡沫不易消失的原因

当含有表面活性剂的溶液或粘度较大的液体受到搅动时, 常常会产生不易消失的泡沫。这些泡沫较为稳定不易消失的原因主要有两点：[2]

①表面活性剂溶液产生的泡沫具有抗拒泡沫壁破裂的"自我痊愈"效应；

②液膜表面各相邻表面活性剂分子间的相互作用或溶液本身的高粘度,使得泡沫的表面粘度较高。

1.3消泡机理

消泡就是泡沫稳定化的反过程, 有机硅消泡剂一般是由下列两种作用达到消除泡沫的目的：

一是有机硅消泡剂在泡沫液膜上具有很好的铺展性能, 能立即散布于泡沫表面，形成很薄的双膜层。低表面张力的消泡剂分子在扩散展开的过程中，将泡沫液膜表面具稳定作用的表面活性剂分子排开, 降低了泡沫壁局部的表面张力, 破坏了泡沫的"自我痊愈"效应, 使泡沫破裂。

二是当有机硅消泡剂分散在起泡液体中, 其分子可能插入到泡沫液壁,形成混合液壁。混合液壁的结构不均匀，导致其内聚性不佳, 局部粘度下降, 同样造成泡沫破裂。[2-5,6]

1.4有机硅消泡剂的优势

一种性能良好的消泡剂必须同时兼具消、抑泡作用, 即不但能迅速使泡沫破裂, 而且能在相当长的时间内防止泡沫再次大量生成。这在工业生产中非常重要。

有些化合物如醚类、醇类及磷酸酯类化合物的铺展能力很强, 能在瞬间使泡沫大量破裂,达到消泡作用, 但由于它们同时极易溶解于溶液中去, 失去消泡作用, 也就是其抑泡能力很弱。如在生产过程中用它们作为消泡剂使用, 就需连续不断地添加, 以补充溶入液体的消泡剂。而有机硅一般较难与水及多数有机物相混溶。用有机硅制得的有机硅消泡剂, 一般也不易溶入各种发泡介质, 可在相当长的时间内发挥消泡、抑泡作用。[2]

2.有机硅消泡剂的种类和性能

有机硅消泡剂的种类达数十种之多,一般可分为硅油型、溶液型、乳液型、固体型和聚醚改性型等几类。[2]

2.1 硅油型有机硅消泡剂

①一般由二甲基硅油或二甲基硅油与二氧化硅等助剂配制而成。

②适用于油溶性溶液的消泡,对水溶液产生的泡沫基本无效。

③一般是低粘度硅油型消泡剂消泡效果快,但持续性较差；高粘度硅油型消泡剂消泡效果慢,但持续性较好。

④根据发泡油溶液的性质,选用硅油性有机硅消泡剂的原则是：起泡液粘度越低,选用的硅油粘度应越高,而起泡液粘度越高,选用的硅油粘度应越低。

2.2 硅油溶液型有机硅消泡剂

①将二甲基硅油溶解在适当的溶剂中即可制成。

②油溶性溶液的消泡作业：选用如多氯乙烷、甲苯、二甲苯等有机溶剂配制成的有机硅消泡剂；水溶液的消泡作业：选用己二醇、甘油等易溶于水的有机溶剂配制成的有机硅消泡剂。

③配制工艺十分简单,使用方便。

④硅油借助有机溶剂分散在起泡液中, 起到消泡作用,同时有些溶剂在扩散过程中也会起到一定的消泡作用。但这种方式并没有被大量使用,主要是因为如大量使用有机溶剂会提高消泡剂的成本,同时造成环境污染。

2.3 乳液型有机硅消泡剂

①一般由二甲基硅油、白炭黑、乳化剂、乳液稳定剂和去离子水等配制而成，呈白色粘稠厚液体状。

②既能应用于非水相发泡液的消泡, 又能用于水相发泡液,适用范围很广。

③由于硅油比较其它油类更难乳化,形成的乳化液稳定性也较差,而乳化液是否能在产品保质期内保持稳定不分层是乳液型有机硅消泡剂产品质量好坏的重要指标,所以乳化配制中所选择的助剂、乳化剂是否适当,乳化工艺是否合适都十分重要。

2.4 固体型有机硅消泡剂

①制备方法一般有三种: 1.将有机硅油直接分散在固体载体表面；2.有机硅油与软化点较低的酯肪醇、酯肪酸、酯肪酰胺、脂肪酯或石腊等物质一起熔融,再将熔融体附在固体载体的表面；3.有机硅油与成膜物质混合,使成膜物质包封在有机硅油消泡组分的外部形成分散固体颗粒。

②不但可用于无泡、低泡洗衣粉的生产, 也可用于其它需要消泡作业的场合，具有贮存稳定性好、便于运输、使用方便的特点。

2.5 聚醚改性有机硅消泡剂

①由在憎水的有机硅分子链上引入亲水的聚醚链段改性制得的聚醚一硅氧烷共聚物制得,目前主要有两种结构的聚醚改性硅油应用于硅油消泡剂生产中，一种为聚醚与二甲基硅油的嵌段共聚物，另一种为聚醚与二甲基硅油的接枝共聚物[6]

②除了具有聚醚类化合物抑泡能力强、耐高温、耐强碱性和化学惰性等优点外，还具有以下两种优异的特性：

⑴自乳化性:

概念：聚醚一硅氧烷共聚物类似于是由憎水性的硅氧烷链和亲水性的聚醚段组成的一个非离子表面活性剂。其在水溶液中会自发地形成憎水的聚硅氧烷链段向内, 亲水的聚醚链段伸展向外的分散胶团, 这种性质称为聚醚一硅氧烷共聚物的“自乳化性”。

作用：自乳化性使聚醚改性有机硅消泡剂能在起泡液中自发均匀分散,充分发挥消泡、抑泡作用。

其它：在制备此种化合物时，也可根据需要调节聚醚与硅氧烷二者的比例,使之分别适用于水性发泡液或油性发泡液的消泡、抑泡作业。