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行业动态

消泡剂基础知识

作者:Admin 发布时间:2021-05-06 [ ] 浏览:

    为了搞清楚消泡剂在发泡介质中如何发挥作用,也为了更加合理、有效 地使用消泡剂,我们就要熟悉它的作用机理及一般性质。 1. 消泡剂的作用机理 当发泡体系剧烈发泡时,滴加消泡剂后,如变魔术似的泡沫立即消灭。 实际上消泡剂的作用是抵消助泡物质的稳泡作用。 泡沫本来是极不稳定的,如纯净的水在搅拌之下,也会形成泡沫,但是 一旦停止搅拌,泡沫马上消除。如果在水中添加了助泡物质,由于助泡 物的稳泡作用,才难以使泡沫破灭。所以即使是会起泡的纯净表面活性 剂,因为没有助泡物,也不会形成稳定的泡沫。 人们研究消泡剂抵消助泡物稳泡的作用机理,是在上个世纪40 年代开 始,专家们各显神通提出许多机理。 以下分别介绍。综合了各路专家的推论,我们对消泡剂的消泡机理会有 一定的认识。 (1) 罗斯假说 1941年,曾有人提出扩展系数S的概念,即:S=γm - γint -γa -------------------- ------------- 式(1) 式(1)中:γm-起泡介质的表面张力N/m; γint-消泡剂与起泡介质的表面张力 N/m; γa -消泡剂的表面张力N/m。 扩展系数S若为正值,则消泡剂能够在泡膜的表面扩散,若为负值则难 以扩散。也就是说S值越大则消泡剂越易 在泡膜上扩散。从式(1)可见消泡剂的表面张力越小,则S 值越大,越易 在泡膜表面扩散,消泡效果也越好。 1948 年,又有人提出浸入系数E的概念,即E=γm + γint -γa ---------------------- ----------- 式(2) 同样的道理以浸入系数E 值的正负,来判断消泡剂是否能进入泡膜表 面。也是消泡剂的表面张力越小越好。 注意式(1)和式(2)是不同的, γint前的符号不同,式(1)是负,式(2)正。 美国胶体化学家罗斯,在上世纪40 年代就开始研究泡沫问题,对添加 各种表面活性剂的起泡体系进行试验和观察,寻找消泡剂在起泡液中溶 解性与消泡效力的对应关系。在前人试验的基础上,他提出了一种假 说:在溶液中,溶解状态的溶质是稳泡剂;不溶解状态的溶质,当式 (1)、(2)中的扩展系数和浸入系数均为正值时,即是消泡剂。 不溶解的溶质,才能聚集为分子团。罗斯认为:如图1 所示,图右边消泡剂的分子团小滴一接触泡膜,因为 S<0 E<0 S>0 E>0 E>0先浸入;S>0则在泡膜上扩展;接着泡膜局部变薄而断 裂.从而导致气泡合并或破灭。而图左边当浸入系数S 和扩展系数E均为 负值时,小滴既不浸入也不扩展;当浸入系数E为正值,扩展系数S为负值 时,小滴浸入 呈棱镜状,可浸入,但不扩展;只有二者均为正值时,才可能 是消泡剂,如图1右边。图中双线部分表示是泡膜。 S<0 E>0 该假说给消泡剂的作用机理奠定了基础,很快得到了流传和广 泛 扩展 应用。 但是日本的专家佐佐木恒孝指出:罗斯假说不够全面。因为消泡作用包 括抑泡和破泡两种类型。而消泡剂小滴推开泡膜面的表面活性断裂剂、 置换成不稳定膜时,未必像罗斯所说的那样完全推开泡膜而嵌入。

   因此 人们认为,除罗斯假说外,还存在着多种消泡机理。实际上, 罗斯早期的试验发现,虽然大多数消泡剂是不溶解的,可溶性添加剂 图1 扩展系数、浸入系数与消泡效果的关系大多数没有消泡作用。但是,确实有一 部分消泡作用是在溶解状态下下进行的。也就是说,消泡剂也并非是 绝对不溶性的物质。现在,越 来越多的人认识到:存在着多种消泡机理,而不仅是如罗斯早期所说 的是因为消泡剂微粒贯穿泡膜而消泡。 (2) 与稳泡因素有关的几种消泡机理 随着对稳泡因数的不断认识,人们对消泡机理的认识也在不断深化。稳 泡因数是多种多样的,决定消泡机理也有多种多样。 1) 消泡剂可使泡沫局部表面张力降低而导致气泡破灭。 有人在油体系中研究了聚硅氧烷的消泡过程,他们对泡沫体系以1/1000 秒的速度连续拍照,照片放大100倍,连续拍摄的4幅照片的示意图见图 2。由图2可见,硅油消泡剂小滴到达泡膜上,使泡膜表面破裂并合并成 大泡图 2中从1~3,泡沫由4个合并成1个大泡,泡膜变薄。最后气液迅 速分离,大泡消灭,到4则破泡结束。这也从客观上解释了,为什么一 滴消泡剂下去,就像变魔术似的,一连串气泡破灭的原因。图2含消泡剂的泡沫体系连续拍照结果的示意图图3 局部降低表面张力的消泡作用-一个泡沫放大 的示意图 有人画出了图3,是局部表面张力降低而使泡沫破灭的示意图。当消泡 剂附着到泡膜上即浸入泡膜液,会显著降低该处的表面张力。因为在水 体系中,消泡剂的活性成分对水的溶解度较小,表面张力的降低仅限于 泡膜的局部,而泡膜周围的表面张力几乎没有发生变化。表面张力降低 的部分,被强烈地向四周牵引、延展,最后导致泡沫破裂。提出这个看 法的专家认为这是补充罗斯假说的又一种消泡机理。 2) 消泡剂能破坏膜的弹性导致气泡破灭 由于泡膜表面吸附表面活性剂,使表面张力降低。所以在受到局部压 力,泡膜在该处局部变薄的同时,该处会因表面活性剂变稀薄而导致表 面张力升高。正是因为新生的表面与原来的表面之间有了表面张力之 差,使得泡膜受外界冲击变薄时,产生了弹性恢复力,泡膜才得以不 破,起到了稳泡的作用。如果我们设法破坏这种弹性,就能破坏泡沫的 稳定性。 有专家认为:消泡剂的作用就是破坏泡膜的弹性。当消泡剂添加到泡沫 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导致气泡破灭 添加加速泡膜排液的物质(消泡剂),可以消泡。如果泡膜厚,排液到 30~40nm的历程就长,而且,泡膜的自愈效应较强,泡膜弹性好,所以 泡膜厚的泡沫寿命就长,泡膜排液速率可以反映泡沫的稳定性。液膜排 液速率快,使液膜变薄,薄到一定的程度泡沫就破灭了。 4) 疏水固体颗粒消泡剂的作用机理 在起泡的水体系中,单独添加疏水二氧化硅 (即疏水白炭黑)颗粒,即有消泡作用。疏水的白炭黑颗粒在气泡表面会吸引 表面活性剂的疏水端, 疏水颗粒变为亲水颗粒 而进入水相,完成了消 泡作用。 图4说明了这种消泡机 理。 疏水二氧化硅的固体颗 粒一般是用甲基硅油、 硅氮烷或DMC处理的白 炭黑颗粒,它在气泡表 面局部浸入,使气泡局 部的表面张力变小,再 加上固体颗粒的作用,像针尖插入气泡,加速气泡的破灭。所以一般含 有疏水白炭黑的消泡剂的破泡效果要好一些。 图4 疏水白炭黑吸附表面活性剂示意图 5) 消泡剂的其它作用机理 ① 扩展作用产生的冲击 泡膜受到一定程度的冲击,即会破裂。加入的消泡剂在泡膜上产生的冲 击,也可以使泡膜破裂。 ② 使助泡表面活性剂被增溶 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。常常发现,表面活性剂在混合溶剂中比在纯溶剂中表 面活性低。有这种作用的低分子物,如辛醇。它不仅减少了表面层的表 面活性剂,而且还会溶入表面活性剂吸附层,降低其密合程度。通过以 上两方面的作用,减弱了泡沫稳定性。这就是可溶性消泡剂乙醇、丙 醇、辛醇等的一种作用机理。为了有利于消泡往往在有机硅消泡剂配方 中加入适当醇类, 也起到一定的辅助消泡作用。 ③ 电解质瓦解表面活性剂双电层 对于借助泡的表面活性剂双电层互斥产生稳泡性的起泡液,加入一些普 通的电解质,加入一些普通的电解质,即可瓦解表面活性剂的双电层, 而起到消泡作用。

   2. 破泡剂和抑泡剂的区别 (1) 定义和结构上的区别 项目 破 泡 剂 抑 泡 剂定义区别是加到已经形成了的泡沫中,使泡沫破灭的添加剂。是发泡前 预先添加而阻止发泡的添加剂。结构区别它们都是分子的亲液端与起泡 液亲和性较强,在起泡液中分散较快的物质。这类消泡剂随着时间的延 续,迅速降低效力。当温度上升时,因溶解度增加。消泡效力下降。它 们一般是与起泡液亲和性很弱的难溶或不溶的液体。 种类 疏水白炭黑、低级醇、山梨糖醇酐脂肪酸酯(司 盘系列)、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯(吐温系 列)和天然油 聚醚系列和有机硅系列(有机硅也有破泡作用) (2) 作用机理上的区别 1) 破泡剂的破泡机理:破泡剂大致分为两种。 第一,疏水白炭黑吸附助泡剂,电解质瓦解表面活性剂双电层以及使助 泡性表面活性剂被增溶等等消泡机理,都是基于这种破泡剂能迅速破坏 助泡剂的稳泡作用。在这几种消泡过程中,消泡剂发挥一次性破泡作用 即被消耗,同时也“消耗”掉相应的助泡剂。 第二,低级醇(如乙醇)等溶解性较大的消泡剂,加到起泡液中,在未溶 解之前,按照局部降低表面张力等消泡机理发挥破泡作用。同时不断破 为碎块,陆续溶解而失去破泡作用。破泡过程中,破泡剂不断失效、消 耗,助泡剂却不受影响。 总之,破泡剂吸附于气泡后,因表面张力之作用侵入气泡膜中。随后,表 面张力因破泡剂在泡膜表面的扩张,使泡膜变薄,进而破坏泡膜。 2) 抑泡剂的抑泡机理: 图5 抑泡 机理示意图 抑泡剂在气液界面优先被吸附,它比助泡剂的表面活性更强,更易吸附 到泡膜上,它本身不赋予泡膜弹性,所以不具备稳泡作用。这样当液体 中产生泡沫时,抑泡剂就首先占据泡膜,抑制了助泡剂的作用,所以抑 制了起泡。也就是说,即使当液体中起泡性物质也吸附于泡膜,如图5 左边。因吸附抑泡剂泡膜的表面张力降低引起泡膜变薄而变形,如图5 右边,这些泡膜立即浮出液面在凹处和凸出处破泡。抑泡并不是不产生 气泡,因为机械搅动,会将空气带入,肯定有气泡产生。但是由于抑泡 剂的存在,产生的气泡很快破灭脱除,见图6。我们在试验消泡剂的抑泡功能时,都发现添加消泡剂的体系搅拌后有气泡产生,但很快破灭。 不加消泡剂气泡不破灭。有消泡剂的气泡消泡剂促使气泡直径增大形成 不安定的消泡剂面向气液界面气泡合并加快上升速度泡沫 图6 脱泡示意图 相对来讲,抑制泡沫的产生比破除产生的泡沫更有意义,也更为持 久,有机硅消泡剂即赋有此功能。如果在有机硅消泡剂中加入疏水白 炭黑,它是很好的破泡剂,使得有机硅消泡剂具有破泡和抑泡双重功 能。它能降低水、溶液、悬浮液等的表面张力,防止形成泡沫,或使原 有泡沫减少,通常具有选择性作用。 3. 破泡剂和抑泡剂的相互关系 溶解度大的破泡剂,消泡作用只发生一次。溶解度小的破泡剂,消泡作 用可持续一段时间。如果溶解度进一步降低,即为抑泡剂。另一方面, 破泡剂大量使用,必有抑泡作用,抑泡剂大量使用,也有破泡作用。到 目前为止,尚未发现只能破泡不能抑泡的消泡剂,也未发现只能抑泡不 能破泡的消泡剂。有机硅类的消泡剂兼有破泡和抑泡功能。低粘度硅油 有较好的破泡性,高粘度硅油有较好的抑泡性,因此,可采取两种硅油 拼混后使用。 4. 对消泡剂的要求 (1) 对消泡剂整体的要求 具有消泡作用、无严重副作用、储存稳定、易于释放活性成分、经济、 符合环保要求. (2) 对消泡剂活性成分的要求 在起泡液中不溶或难溶,大多数优异的消泡剂在起泡液中是不溶的,特 别是对于抑泡作用,消泡剂在起泡液中一定是过饱和状态,在水性体系 中的消泡剂的HLB 值1.5~3作用才最好;表面张力低于起泡液;与起泡液 有一定的亲和性,消泡剂能快速分散;与起泡液不发生化学反应;挥发 性小;比起泡液相对密度小(因为泡沫一般积聚在液面);无毒并对环境 无危害;耐高低温;不易附着于器壁;添加量少。 5. 消泡剂的组分 (1) 基本消泡剂-活性成份 作用:破泡、抑泡,减小表面张力。代表物:硅油、疏水白炭黑、高分 子量的聚醚类、高级醇、脂肪酸酰胺、脂肪酸酯、有机磷酸酯、脂肪酸金属皂、饱和和不饱和脂肪酸等。 (2) 乳化剂-分散剂 作用:使活性成分分散成小微粒,便于分散在水中,更好的起到破泡、 抑泡作用。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。 (3) 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、起泡液等。 (4) 乳化助剂 作用:使乳化效果更好。扩散剂:疏水二氧化硅、醇类;增稠剂:CMC 羧甲基纤维素、聚乙烯醚、丙烯酸系列等;稳定剂:如防腐剂和抗菌 剂。 6. 影响消泡效力和消泡剂失效的原因 消泡剂是消耗的,需要随时补加。不同的消泡剂效力相差很大。 (1) 影响消泡剂效力的因素 主要因素如下所述,如果注意到并善于利用这些因素就可以充分发挥消 泡剂的作用。 1) 溶解度和被增溶的程度大多数消泡剂是表面活性剂物质,它的分子结 构与起泡体系、助泡物质,应有适宜的亲疏关系。当表面活性剂处于溶 解状态时,往往会在泡膜气液界面上定向排列,起稳泡作用-是助泡剂。如 果它处于过饱和不溶解状态,以微粒形式聚集在泡膜上,才是消泡剂。消 泡剂的最低有效用量是取决于其活性成分在起泡液中的溶解度。溶解度 越低,有效用量就越少。水体系中使用的硅油乳液消泡剂,活性成分硅油 的溶解度很小,因此它可在低浓度下起效。起泡液中含有的助泡剂,它的 疏水端会吸附到消泡剂的微粒表面上,使消泡剂的活性成分增溶,增溶 的消泡剂被消耗了,就不再消泡。也就是说消泡剂在起泡液中抵制增 溶的时间越久,它的消泡效力就越持久。 消泡剂被增溶与表面活性剂的CMC(Critical Micelle Concentration-活性剂 溶液临界胶束浓度)有关。常常发现有些消泡剂在加入溶液一定时间 后,就丧失了效力。要防止泡沫生成,还需再加入一些消泡剂。这有可 能是由于助泡表面活性剂浓度超过了CMC,使消泡剂的活性成分被增 溶,以致于失去在表面铺展的作用,消泡效力大减。 消泡剂活性成分的溶解度与被增溶程度,主要取决于消泡剂活性成分本 身的结构和起泡液的性质。据研究,不具有极性基的烃链比具有极性基 的烃链被增溶程度要低(也就是说,非极性烃链的消泡剂难增溶,极性烃链的消泡剂易增溶)。另外即使是非极性烃链的消泡剂,如果它与起 泡液界面的非极性表面活性剂化学结构相近,则被增溶量就会较大。 因此根据对溶液助泡物结构的分析,选择消泡剂的非极性部分与助泡物 非极性基化学结构不同的消泡剂,就能在较低的用量下,取得较好的消 泡效果。 2) 消泡剂小滴与气泡之间的表面电荷 助泡剂若为离子型表面活性剂,对消泡剂的消泡效果有影响。例如取 10%有机硅消泡剂乳液,悬浮在蒸馏水时,基本上不显示表面电荷。当 该水溶液中存在离子型表面活性剂时,水解后带电荷,带电荷的表面活 性剂会被硅油小滴吸附,硅油微滴表面获得了与离子型起泡液同样的表 面电荷。离子型表面活性剂的浓度越大,吸附的表面活性剂越多,则硅 油表面电荷形成的电势越大。带电的消泡剂小滴与气泡之间因相同的电 荷产生排斥,阻碍了 消泡剂微滴与气泡的接近,使消泡剂效力降低。所以起泡液的pH值对消 泡效果的影响较大。 3) 起泡体系的性质 同样的消泡剂在不同的起泡体系中,消泡效力往往不同。

   有资料说,有 机硅消泡剂在烷基苯磺酸盐水溶液中无消泡作用。实际上,不仅起泡体 系的成分和浓度对消泡效力影响很大,起泡体系的其它性质也有很大影 响。起泡液的粘度和湍动状况都影响消泡剂微粒的扩散速率。起泡液的 温度和pH值也影响消泡剂活性成分的溶解度。 (2) 消泡剂失效的原因 化学稳定性是消泡剂的必要条件,因此消泡剂在起泡体系中,一般不会 由于发生化学反应而失效。它失效的原因大多是由于分散状态的改变所 引起的,只有消除这一原因,即可充分发挥消泡剂的效力。 1) 消泡剂微粒变得过小 根据消泡剂作用机理,消泡剂是以微粒形式吸附在泡膜上,通过微粒的 破碎,使气泡穿孔、破灭或合并。微粒的直径与泡膜厚度相近,效果较 好。当消泡剂微粒经反复发挥作用,一再破碎,最终粒径就会变得过于 小于泡膜的厚度,难以使气泡穿孔而达到破泡的目的。 此外,随着时间的延续,消泡剂活性成分也会受助泡表面活性剂的作 用,使微粒笑道不足以破灭的程度。消泡剂活性成分若与起泡液“亲和 性”过强,消泡剂微粒变得过小而失效的倾向就较大。 2) 消泡剂微粒变得过大 在起泡液中,消泡剂微粒碰撞时有可能合并、凝聚变大。再则,消泡剂 聚集在泡膜上,当源源不断的泡沫由液体中涌到表面时,会像“浮选作用”一样,把分布在液体内部的消泡剂微粒集中到液面上的泡沫层中, 泡沫破灭后化成少量液体,大量的消泡剂微粒聚集在少量液体里,很容 易发生消泡剂微粒的凝聚。当消泡剂活性成分与起泡液亲和性过弱时, 凝聚的倾向也较大。 因此凝聚成较大颗粒消泡剂微粒运动缓慢。不能迅速聚集到泡膜的气液 界面上来发挥消泡作用,消泡剂的活性就变差。 3) 消泡剂微粒表面性质发生变化 起泡液中的助泡表面活性剂附着在消泡剂活性成功微粒上,使活性成分 被增溶,成为亲液分子团。这样,虽然可以消耗一些助泡剂而降低一些 起泡力,但同时使消泡剂的活性成分的表面性质发生变化而失去消泡活 性。当体系中的助泡剂浓度增加时,消泡就变得较为困难。这一方面是 起泡力增强,另一方面是助泡剂使消泡剂表面性质发生变化的关系。 7. 使用消泡剂的方法及注意事项 (1) 添加方法 1) 间隙添加-常用的方法 如果不是连续起泡,而且起泡不严重,则可将消泡剂一次加入或定时加 入。因为消泡剂添加量较小,为使消泡剂分散均匀,应该在起泡液湍动 剧烈的地方添加。许多场合可以手工添加。若起泡猛烈或者为了迅速灭 泡,可以用喷枪喷射。 如果在一定限度内允许泡沫存在,只是为了防止泡沫过多,则可将不溶 性的、高效硅膏状消泡剂涂抹在容器壁液面上部边缘,或者将其涂敷在 金属网或其它纺织品网之上,覆盖在容器的一定位置。泡沫层升高接触 到硅膏消泡剂即可破灭,从而阻挡泡沫溢出。一次加入不够,可多次加 入或定时加入。 2) 连续添加-生产规模较大 消泡剂加入后,从开始起消泡作用也开始失效。间歇添加的消泡剂,却 在连续地损耗,当含有的消泡剂不足以控制泡沫时,就需要补充添加。 图7反映补充添加消泡剂时体系中消泡剂有效量的变化情况。图中有斜 线的长方形面积,是消泡剂的必要消耗量。图中长方形面积和上面三角 形面积之和是消泡剂的实际消耗量。而三角形面积是消泡剂无意义消 耗量。消泡剂无意义消耗量显然,如果我们掌握消泡剂的必要消耗量,就能实现连续添加,可以节 约消泡剂的用量,避免无意义的消耗。 连续添加,可将消泡剂加入设备上面的高位槽内,高位槽搁置在设备湍 动剧烈处,按照消泡剂实际需要量,连续向设备内滴加。如果设备是压 力系统,可用计量泵加入。 3) 自控添加-比较先进 任何起泡液不一定自始至终都在起泡。何时起泡,泡量的大小没有准确 的规律。添加消泡剂是为了补充消耗,不起泡时无须添加。因此可以采 取自控添加方法,根据起泡先兆,自控添加消泡剂。自控装置要依据各 种装置的特点来设计,添加一些必要仪表控制。比较适合于自控添加的 是,大型化工蒸馏塔、吸收塔、聚合釜等等。 (2) 注意事项 1) 稀释 消泡剂添加量一般很少,对于起泡体系添加的消泡剂活性含量从 1ppm~100ppm,食品级的消泡剂一般建议用量 10ppm。如此少量的消泡 剂,要迅速分散必须稀释。 本体型和溶剂型的消泡剂,须用溶剂或者起泡体系的液体稀释;乳液型 消泡剂,用水或起泡介质稀释。 2) 温度 乳液型消泡剂只能用冷水稀释,热水稀释会破乳。 3) 稀释浓度 稀释剂的加入份数,最好按照产品信息上的指导进行。一般是加入3~5 倍的稀释液,最多也不要超过10倍。对于本体型的消泡剂,一般稀释到 活性含量为5~10%即可。如果起泡体系有很好的搅拌分散装置,乳液型 消泡剂可以直接加入,无需稀释。 稀释时的浓度高分散差,过低会使添加量增多,容器中添加许多无用成 分,降低了消泡效果。 4) 适用期 稀释后的乳液由于表面活性剂浓度变低,乳液极不稳定,很快分层而失效。适用期只有2~4h,所以消泡剂要现配现用。对于复配商,稀释供应 商高浓度的消泡剂要适当补加增稠剂和抗菌剂,才可延长消泡剂的适用 期。 (3) 添加量及添加时机 消泡剂的添加量和添加时机,用户要进行试验后确定。不能盲目进行, 否则会造成不必要的浪费。 8. 消泡剂的储存及失效消泡剂的处理 本体型和溶剂型消泡剂贮存时间比乳液型的要长。乳液型消泡剂在贮存 时要避免高温或结冰。超过贮存期的乳液型消泡剂,发现已经分层或破 乳,可以用乳化设备进行“再生”处理。如果体系中含有增稠剂的,直接 再生即可;如果无增稠剂,重新分散处理时,可适当补加乳化剂。经再 生处理失效的消泡剂乳液,稳定性不好,应尽快用完。 9. 几种常用消泡剂 消泡剂的种类很多,目前效果较好并常用的就是以下三类消泡剂。 (1) 聚醚类消泡剂种类挺多,主要有以下几种: 1) GP 型消泡剂以甘油为起始剂,由环氧丙烷,或环氧乙烷与环氧丙烷 的混合物进行加成聚合而制成的GP 型的消泡剂亲水性差,在发泡介质 中的溶解度小,所以宜使用在稀薄的发酵液中。它的抑泡能力比消泡能 力优越,适宜在基础培养基中加入,以抑制整个发酵过程的泡沫产生。 2) GPE 型消泡剂即泡敌在 GP 型消泡剂的聚丙二醇链节末端再加成环氧 乙烷,成为链端是亲水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油,也叫。按照环氧乙烷 加成量为10%,20%,50%分别称为GPE10,GPE20,GPE50。 GPE 型消泡剂亲水性较好,在发泡介质中易铺展,消泡能力强,但溶解 度也较大,消泡活性维持时间短,因此用在粘稠发酵液中效果较好。 3) GPES 型消泡剂:是一种新的聚醚类消泡剂,在GPE 型消泡剂链端用 疏水基硬脂酸酯封头,便形成两端是疏水链,当中间隔有亲水链的嵌段 共聚物。这种结构的分子易于平卧状聚集在气液界面,因而表面活性 强,消泡效率高。 一般液体在水中的溶解度随着温度的升高而升高,但是聚醚具有逆溶解 性,即在冷水中溶解,随着温度升高,溶解度变低,出现混浊,此点温度称为 浊点。产生浊点的原因以聚乙二醇为例。因为聚乙二醇在无水状态链节 呈锯齿形,如下图左所示。当与水接触时,因为醚键中的氧原子与水中的 氢原子形成氢键,这时链节就成为曲折形,如下图右所示。 图8聚乙二醇的链节:左图锯齿形;右图曲折形 聚醚在水中,分子中亲水的氧原子与水分子形成氢键,疏水的-CH2-CH2- 基置于内侧,则聚醚溶于水。当温度升高时,由于氢键结合很弱,分子运动较为剧烈时,氢键破坏,曲折 形的链节转化为如图8 中左图的锯齿形。 -CH2-CH2-基就暴露出来了,聚醚在水中的溶解度变小而析出,使液体变 混浊了。

    所以聚醚在低温时由于氢键的 存在它是亲水的,高温时呈锯齿形是疏水的,当它由亲水变为疏水时的温 度为浊点。 (2) 有机硅消泡剂 有机硅消泡剂的特点: 1) 表面张力小,二甲基硅油的表面张力比水、表面活性剂水溶液及一般 油类低,因此有非常强的消泡效果,用量为 起泡液的5~200ppm(指活性含量); 2) 非极性,在水、动植物油、高沸点矿物油中都不溶解,且活性高。一滴 甲苯溶液的硅油放在水面上,会在水面上 扩展,显著降低水的表面张力.对大部分起泡体系都有消泡作用,抑泡持续 性也非常好; 3) 化学稳定性、耐热性较好; 4) 生理惰性,可用于食品、化妆品、医药行业; 5) 品种型号多,可供多种发泡体系选择。 有机硅消泡剂的种类: 1) 本体型:活性成分含量为100%的油型(硅油)及油膏型(硅油+白炭黑)的 消泡剂,主要用于非水体系。 2) 溶液型:硅油或硅油膏用各种有机溶剂配制而成,主要用于非水体系,特 别是油体系的消泡,比前者易分散.硅油 用柴油稀释可作润滑油消泡剂,硅油膏用矿物油分散,用于纸浆黑液消 泡。 3) 乳液型:是白炭黑油膏在乳化剂存在下与水经机械搅拌分散乳化配制 的水包油(O/W)型乳液.主要用于水体系 的消泡,是有机硅消泡剂的主要产品形态。 有机硅消泡剂的缺点: 1) 聚硅氧烷分散比较困难:聚硅氧烷难溶于水,妨碍了它在水体系中的分 散,必须加分散剂.分散剂加多了,则乳液稳定了,消泡效果会变差.必须少 用乳化剂,使其消泡效果好,乳液又稳定。 2) 有机硅是油溶性的,降低了它在油体系中的消泡效果。 3) 耐高温、耐强碱性差。 (3) 聚醚改性有机硅消泡剂 结合了聚醚跟有机硅消泡剂二者的优点,具有无毒无害,对菌种无害,添加量极少,是一种高性价比的产品。 聚醚改性有机硅,是在硅氧烷分子中加入聚醚链段制得的共聚物。通过 共聚反应,合成有Si-O-C-和Si-C-型支链的有机硅-聚醚共聚型消泡剂,即道 康宁所述的SPE(有机硅聚醚)。聚硅氧烷类消泡剂具有消泡迅速,抑泡 时间长和安全无毒等特点,但它有以上三点缺点,影响了它的使用。 聚醚类消泡剂水溶性好,耐高温,耐强碱性强,但其消泡速度和抑泡 时间都不甚理想。通过缩合技术接枝在聚硅氧烷链上引入聚醚链,使之 具有二类消泡剂的优点,成为一种性能优良,有广泛应用前景的消泡 剂。在有机硅-聚醚共聚物的分子中,硅氧烷段是亲油基,聚醚段是亲 水基。聚醚链段中聚环氧乙烷链节能提供亲水性和起泡性,聚环氧丙烷 链节能提供疏水性和渗透力,对降低表面张力有较强的作用。聚醚端基 的基团对硅醚共聚物的性能也有很强的影响。常见的端基有羟基、烷氧 基、OAc 等。调节共聚物中硅氧烷段的相对分子质量,可以使共聚物突 出或减弱有机硅的特性。同样,改变聚醚段的相对分子质量,会增加或 降低分子中有机硅的比例,对共聚物的性能也会产生影响。聚醚改性有 机硅消泡剂很容易在水中乳化,亦称作“自乳化型消泡剂”,在其浊点温 度以上时,失去对水的溶解性和机械稳定性,并耐酸、碱和无机盐,可 用于苛刻条件下的消泡,广泛用于涤纶织物高温染色工艺、发酵工艺中 的消泡。此外,也可用于二乙醇胺脱硫体系的消泡及各种油剂、切削 液、不冻液、水性油墨等体系的消泡,也适用于即印刷行业感光树脂制 版后,洗掉未固化树脂的消泡,是一种很有代表性、性能优良、用途广 泛的有机硅消泡剂。 自乳性消泡剂的特点:消泡效力好;逆溶解性(即在冷水中溶解,随着 温度升高,溶解度变低,出现混浊,此点温度称为浊点),可用低于浊点 的冷水冲洗消泡剂,进行设备清洗,高于浊点消泡;聚醚的浊点与聚醚 的分子量有关,分子量高浊点低,分子量低者浊点高;在聚乙二醇链节 中引入聚丙二醇链节后水溶性降低,浊点下降;聚醚的溶解度与pH 值 有关,pH 值高时溶解度下降,低时溶解度大;自乳性使其在起泡液中能 够均匀分散,有助于充分发挥消泡作用,稳定性好,耐剪切性好,可在 130℃和碱性体系使用。 

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