消泡剂 综述

疏水性的固体颗粒在泡沫体系中,首先 会吸引表面活性剂的疏水端,使得疏水性的 固体颗粒变为亲水性的,从而降低了泡膜中 表面活性剂的浓度,促使泡沫破裂。
5.增溶助泡表面活性剂可导致气泡破灭 某些能与溶液充分混合的低分子物质,可 以使 助泡表面活性剂被增溶、使其有效浓度 降低。有这 种作用的低分子物质如辛醇、乙 醇、丙醇等醇类,不 仅可减少表面层的表面 活性剂浓度,而且还会溶入表面活性剂吸附层, 降低表面活性剂分子间的紧密程度,从而减弱 了泡沫的稳定性。
泡沫的危害
★ 生产能力受到大大的限制 ★ 造成原料和产品的浪费 ★ 延长了反应周期 ★ 影响产品品质 ★ 不利于准确计量 ★ 污染环境、引起事故的原因之一
此外，还有染色上的高温喷染、 溢流染色等新技术的应用，如不解决 泡沫的问题，是无法实现的。又如现 在十分普及的洗衣机，若不是解决洗 衣粉、洗涤剂的无泡、低泡问题，那 么洗衣机也就不能够如此地普及应用。 以上这些还远远不是泡沫危害的全部， 但足以见到它的严重性。
乳化助剂
• 作用：使乳化效果更好。 • 代表物：*分散剂：疏水二氧化硅等；*增 粘剂：CMC、聚乙烯醚等。
消泡剂的种类
• 根据其作用分类，消泡剂可分为破泡剂、抑泡剂和 脱泡剂三种类型。 • 按成分分为：天然油脂（即豆油、玉米油等），聚 醚类消泡剂，高碳醇 ，硅类 ，聚醚改性硅 ，新 型自乳化消泡剂 。 • 按功能分为：耐碱消泡剂 ，耐酸消泡剂 ，高粘性 泡沫消泡剂 ，涂料消泡剂 ，造纸消泡剂 ，水泥 砂浆消泡剂，油田工业消泡剂，清洗用消泡剂 ， 阳离子体系消泡剂 ，高效发酵消泡剂 ，水处理消 泡剂
起泡时，液体表面积增加，△A为正值，因而 △G为正值，也就是说，起泡过程不是自发过程。 另一方面，泡沫的气液界面非常大，例如：半径 1cm厚 0.001cm的一个气泡，内外两面的气液界面 达25cm2；可是，当其破灭为一个液滴后，表面积 只有0.2cm2,相差上百倍。显然，液体起泡后，表面 自由能比无泡状态高得多。泡沫破灭、合并的过程 中，△A是一个绝对值很大的负数，也就是说泡沫 破灭、合并的过程，自由能减小的数值很大。因此 泡沫的热力学不稳定体系，终归会变成具有较小表 面积的无泡状态。
6.电解质瓦解表面活性剂双电层而导致气泡 破灭 对于借助泡沫的表面活性剂双电层互 相作用, 产生稳定性的起泡液,加入普通的电 解质即可瓦解表面活性剂的双电层起消泡作 用。
从以上这些消泡机理可以看出,每种消泡 剂对不同的泡沫体系,其作用的侧重点不同, 但都是通过破坏泡沫的稳定因素实现消泡。
消泡剂的组成
消泡剂
活性成份
乳化剂
载体
乳化助剂
源自文库
活性成份
• 作用：破泡、消泡，减小表面张力; • 代表物：硅油、聚醚类、高级醇等。
乳化剂
• 作用：使活性成分分散成小颗粒，便于分 散在水中，更好的起到消泡、抑泡效果。 • 代表物：壬（辛）基酚聚氧乙烯醚、皂盐、 op系列等、吐温系列、斯盘系列等。
载体
• 作用：有助于载体和起泡体系的结合，易 于分散到起泡体系里，把两者结合起来， 其本身的表面张力低，有助于抑泡，且可 以降低成本。 • 代表物：除水以外的溶剂，如脂肪烃、芳 香烃、含氧溶剂等
泡沫体系的三阶段变化
• 即使外观看来平静、比较稳定的泡沫体系， 泡沫液也在不断地下落、蒸发，不断进行 曲率的倒数就 着下述三阶段的变化： (1)气泡大小分布的变化 是曲率半径 。 液膜包裹的一个气泡，就像一个吹鼓了的 圆越大曲率越 气球。由于气球膜有收缩力，所以气球中 小,曲率越小,曲 压力大于气球外的压力；同样气泡膜有表 率半径也就越 面张力，气泡中压力大于气泡外的压力。 气泡大小的再分布，就是由气泡膜内气体 大。 的压力变化引起的。气泡中气体压力的大 小，依赖气泡膜的曲率半径
总之，泡沫的存在，影响着国民经 济各个部门、方方面面，若不能很好地 加以解决，可以毫不夸张的说，“泡沫” 将成为我们的拦路虎，成为某些过程的 “瓶颈” 。因此，作为表面处理专业的 学生，对消泡剂的了解也是必要的。
泡沫的稳定原理
泡沫的衰减机理 在重力和压力差存在的条件下泡沫的 液膜会不均衡的流动排液,气泡中的气体也 会因为泡膜两边压力差不同的原因不断的 发生扩散渗透, 所以泡沫本身的不稳定性 主要从动力学方面得以体现。
• （2）气泡液膜变薄 取一杯泡沫，放置一段时间，就会在杯底 部出现一些液体，而逐渐形成液相及液面 上的泡沫相这样具有界面的两层。底部出 现的液体一部分是泡沫破灭形成的，一部 分是气泡膜变薄，排出液体形成的。 泡沫生成初期，泡沫液还比较厚，以后因 蒸发排液而变薄，泡沫液会受重力的影响 向下排液，泡沫液随时间延续而变薄。
产生泡沫时, 由于液体与气体的接触表面迅速 增加, 体系的自由能也迅速增加。泡沫体系自由能 的增加,是表面张力和增加表面积的乘积。泡沫产 生的难易程度与液体体系的表面张力直接有关, 表 面张力越低, 体系形成泡沫所需的自由能就越小, 就越易生成泡沫。
泡沫是热力学不稳定体系 热力学第二定律指出：自发过程，总是从 自由能较高的状态向自由能较低的状态变 化。起泡过程中自由能变化如下： △G=γ△A △G——自由能的变化 △A——表面积的变化 γ——比表面能
•消泡剂是利用其界面特性起到消泡效果的，根据 破泡理论，通过泡膜和消泡剂的表面张力找出界面 引力要求的侵入系数(E)和扩张系数(s)中所表述的 消泡作用的相互关系。在水性涂料中建筑乳液和消 泡剂的表面上，测定其界面张力的结果，如表1所 示。 表1 消泡剂的成分不同对分散液滴能力的影响 消泡的成分 液滴大小/微米 金属皂类 7.3 石蜡类 8.2 硅酮类 5.2 复合硅酮类 4.8
消泡机理的各种观点
• 泡沫局部表面张力降低导致泡沫破灭 该种机理的起源是将高级醇或植物油撒在泡 沫上,当其溶入泡沫液,会显著降低该处的 表面张力。 因为这些物质一般对水的溶解 度较小,表面张力的降低仅限于泡沫的局部, 而泡沫周围的表面张力几乎没有变化。表 面张力降低的部分被强烈地向四周牵引、 延伸,最后破裂。
• 破泡剂是在液体起泡后加入，它能迅速将气泡 破坏，降低液面。譬如在工业涂料的循环线上 出现气泡时，及时添加的助剂即为破泡剂。 • 抑泡剂是为预防涂料起泡的助剂。在涂装现场 用毛辊刷或喷涂等形式于涂装前加入，可预防 起泡现象。 • 脱泡剂是在液体中发挥效能聚集泡中的空气， 在生产涂料时使用，可以减少气泡使涂料易于 研磨。对于泡膜较厚的高粘度涂料，也可以起 到减少膜中的气泡的作用。 • 消泡剂一般均含有破泡、抑泡、脱泡的多种作 用，有时做到十分明确的区分比较困难，最好 根据用途的不同选择合适的、具有最佳作用的 助剂。
消泡剂又称为抗泡剂 在工业生产的过程中 会产生许多有害泡沫，需要添加消泡剂。消泡中消泡 前消泡剂的种类很多，有机硅氧烷、聚醚、硅和醚接 枝、含胺、亚胺和酰胺类的，具有消泡速度更快，抑 泡时间更长，适用介质范围更广，甚至苛刻介质环境 如高温、强酸和强碱的特点。广泛应用于清除胶乳、 纺织上浆、食品发酵、生物医药、涂料、石油化工、 造纸、工业清洗等行业生产过程中产生的有害泡沫。
消泡剂及其应用
泡沫的定义及形成
泡沫（foam）泡沫的研究最早可以追溯 到柏拉图时代但几百年来,人们对泡沫的定义 一直没有形成统一的认识。美国胶体化学家 L· I· Osipow和道康宁公司的R· F· Smith从泡沫 的密度方面对泡沫进行了定义;日本的伊藤光 一从泡沫结构的角度对泡沫进行了定义,但是 却忽略了气泡间的相互联系。
• （3）泡沫破灭 泡沫由于排液，液量过少，表面张力降低， 液膜会急剧变薄，最后液膜会变得十分脆 弱，以至分子的热运动都可以引起气泡破 裂。因此只要泡沫液变薄到一定程度，泡 沫即瞬间破灭。 泡沫层内部的小气泡破灭后，虽一时还不 能导致气液分离，只是合并成大气泡，但 排液过程使泡膜液量大幅度减少，使合并 成的大气泡快速地破灭，最后泡沫体系崩 溃，气液分离。
• 侵入系数(E)，扩张系数(s)，其值越 大．消泡效果就越好。表1的结果显示， 硅酮及复合硅酮类的消泡剂比起金属皂、 石蜡类的消泡剂而言效果极强。
加入阴离子界面活性剂的涂料比加入非离子界面活 性剂的涂料起泡要多而且不易消泡。
这种现象是因泡膜液体的推流作用造成了液体的 吸附层分子的结合力、亲水性的增强．而且通过泡膜 的电荷作 用起到了气泡的稳定化作用。据此观点可以 认为，与非离子相比，加入电荷强的阴离子界面活性 剂后的涂料出现了不易消泡的现象。因此，金属皂类、 石蜡类的消泡 剂在添加非离子界面活性剂的涂料中有 效，在添加阴离子界面活性剂的涂料中效果不太理想。 但是，硅酮、复合硅酮类的消泡剂，不仅对添加非离 子界面活性剂有 效，而且对添加阴离子界面活性剂也 发挥消泡效果。消泡剂因种类的不同．与起泡因子有 关的阴离子界面活性剂中的离子性有选择性，因此与 金属皂类、石蜡类的消 泡剂相比，对于硅酮、复合硅 酮类的消泡剂而言．无论涂料中添加了何种界面活性 剂，其消泡效果均非常好
这些因素之间不是独立存在的,一种因 素的改变会使其他的一些因素也改变。影响 泡沫的稳定性最主要的因素就是液膜的弹性 和排液速率,从这个角度考虑可以看出在不 同的泡沫体系中泡沫稳定性影响的主要因素 都是不同的,并且往往有时几种影响因素同 时存在、共同作用。
除以上这些因素外还有些因素也会影 响到泡沫的稳定性,如泡沫的大小、溶质与 溶剂的配合、温度、pH值、溶剂的蒸发速 率、泡沫的受冲击程度以及表面活性剂的 吸附速率等。
我国著名的表面物理学家赵国玺教授对 泡沫的定义为:泡沫是气体分散于液体中的分 散体系,气体是分散相(不连续相),液体是分散 介质(连续相),液体中的气泡上升至液面, 形成 少量液体构成的以液膜隔开气体的气泡聚集 物。目前,国内外学者一致认为:泡沫本身是一 种热力学不稳定体系,当气体进入含有表面活 性剂的溶液中时,便会形成长时间稳定的泡沫 体系泡沫是一种普遍的自然现象，对于我们 大家来说，也许并不陌生。
其衰减的机理主要有气体透过液膜的扩 散和液膜的排液这两个方面，这两种性质是 泡沫本身固有的属性,与表面活性剂的存在与 否都没有关系,但是这两种衰减机理,只在泡 沫体系形成的初始阶段作用比较明显,随着泡 沫体系的衰减,这两种作用逐渐减弱,使得泡 沫衰减的速率逐渐变慢。
泡沫的稳定因 泡沫产生的直接原因是表面活性剂的存 在, 使溶液的表面张力降低,在此原因和泡沫衰 减机理的共同作用下,不同的泡沫体系表现出 不同的稳定性能。主要和以下几种因素有关: 起泡溶液的表面张力、泡沫的表面粘度、溶 液的粘度、表面张力的自我修复作用(即Gibbs 表面弹性和Marangoni效应)、液膜的表面双 电层斥力和熵斥力、表面活性剂的疏水端结 构和空间位阻效应等。
1破泡剂通过吸附泡和与表面张力的作用 侵入泡膜。其后，2表面张力将破泡剂扩 散于泡膜的表面，3使泡膜变薄，4破坏 泡沫(如图1所示)
• 抑泡剂和液体中起泡性物质一同吸附于气 泡上。吸附抑泡剂的泡膜表面张力低下， 泡膜变薄，导致破损。因此，泡沫变得不 稳定，浮上液面时被破坏掉(如图2所示)。
脱泡剂在液体中吸附于气泡。气泡相互吸 附后，在吸附界面破损形成一个大气泡。 因浮力增大加快了上升的速度，促进了脱 泡(如图3所示)。
消泡剂： 消除聚合物中的气泡的物 质，为表面活性剂的一种。
有机硅消泡剂
Sxp-01消泡剂
多功能消泡剂
脱水消泡剂
消泡机理
Marangoni效应
气泡的破裂是由气泡壁上最薄的那一点开始的， 当这一薄点伸缩时，薄点上的表面活性剂的浓度就降 低了，造成该区域中表面张力的增大，于是产生了指 向薄点的作用力，从而使得气泡壁上面范围的液体被 拉向此区域，防止了该点的进一步变薄，于是抑制了 气泡的破裂
在日常生活中烧饭、下饺子、煮面条， 稍不留神，就能因泡沫而溢锅；在儿时玩的 吹泡泡，吹出五彩缤纷的泡沫，漫天飘浮； 在急速倒入杯中的啤酒所溢出的泡沫；在海 水拍岸，击打在海岸边礁石所形成的壮观的 泡沫；还有在人们洗涤衣物时，常见的肥皂、 洗衣粉水液泡沫；沐浴露、洗发香波所产生 的泡沫更是再熟悉不过的了。
图示
2.消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡 破灭 消泡剂添加到泡沫体系中,会向 气液界面扩散, 使具有稳泡作用的 表面活性剂难以发生恢复膜弹性的 能力。
3.消泡剂能促使液膜排液,因而导致 气泡破灭 泡沫排液的速率可以反映泡沫 的稳定性,添加一种加速泡沫排液的 物质,也可以起到消泡作用。
4.添加疏水固体颗粒可导致气泡破 灭