在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量泡沫不僅使生產(chǎn)操作不便，而且會(huì)影響成品的質(zhì)量，消除有害泡沫最有效和最經(jīng)濟(jì)的方法是添加消泡劑，可見消泡劑的研究對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有重大的意義。高效消泡劑要求

同時(shí)有消泡和抑泡作用。甲基硅油消泡劑是較早開發(fā)的一類廣譜性消泡劑，具有優(yōu)良的消泡性、生理惰性、環(huán)境友好等顯著優(yōu)點(diǎn)，但該消泡劑的主要活性物質(zhì)--二甲基硅油難乳化，用其制成的硅乳穩(wěn)定性和抑泡能力相對(duì)較差，在高溫和強(qiáng)堿條件下易出現(xiàn)破乳、漂油等現(xiàn)象，所以其所制消泡劑在高溫強(qiáng)堿條件下的消泡、抑泡性能不好。

聚醚改性有機(jī)硅是在有機(jī)硅分子中引入聚醚，既具有親水基團(tuán)又具有親油基團(tuán)，而且其制成的消泡劑結(jié)合了有機(jī)硅和聚醚兩者的優(yōu)點(diǎn)。聚醚不僅可以作為非離子型乳化劑用于乳化有機(jī)硅油來減少乳化劑的用量，而且可增加其乳液穩(wěn)定性，另外，聚醚本身具有濁點(diǎn)，在高于濁點(diǎn)的溫度下，聚醚呈現(xiàn)消泡作用，使其制成的消泡劑在高溫下具有較好的消泡、抑泡效果。液體石蠟的主要成分是長(zhǎng)鏈脂肪族化合物，在高溫強(qiáng)堿下不易斷裂。因此，本文用聚醚改性硅油、自制硅膏、液體石蠟為主要原料，配以乳化劑、增稠劑等助劑，采用高剪切化攪拌方式制備聚醚基硅油消泡劑XP，其穩(wěn)定性和消泡、抑泡性能良好，而且在高溫強(qiáng)堿下具有理想的消泡、抑泡效果。

1、 實(shí)驗(yàn)部分

1. 1 原料與儀器

Si—H 鍵封端的含氫硅油( PHMS) ，Si—H含量( 每克聚硅氧烷所含Si—H 鍵的摩爾數(shù)) 為0.001mol /g，咸陽(yáng)秦陽(yáng)化工廠; 烯丙基聚醚( APE) ，平均相對(duì)分子質(zhì)量600，揚(yáng)州晨化科技集團(tuán)有限公司; 絡(luò)合鉑催化劑，深圳市聚興源有機(jī)硅材料行; 二甲基硅油，工業(yè)品，黏度為500mPa·s 和1000mPa·s，山東大易化工有限公司; 乳化劑S( 脂肪醇聚氧烯醚) ，浙江漢邦化工有限公司; 增稠劑PA，汕頭惠成化工有限公司; 十二烷基三甲氧基硅烷改性的白炭黑( WD－10－ SiO2) ，廣州吉必盛科技有限公司; 液體石蠟，廣州市中滿興化工有限公司; 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的NaOH 水溶液，AＲ，西安化工試劑有限公司。

SDF400 型高剪切分散機(jī)，上海法孚萊能源技術(shù)有限公司; Brucker VECTOＲ－22型傅里葉變換紅外光譜儀，德國(guó)Brucker公司。

1. 2 步驟

1. 2． 1 聚醚改性硅油PESO 的合成

在裝有攪拌器、溫度計(jì)、回流冷凝管的250 mL三口燒瓶中，依次加入20. 4 g PHMS 和12. 3 g APE，將其攪拌混合均勻，用油浴加熱升溫至80 ℃時(shí)加入絡(luò)合鉑催化劑，繼續(xù)升溫至100 ℃連續(xù)反應(yīng)4 h 至體系呈透明狀，然后在0. 01 MPa 條件下減壓抽氣20 min 除去低沸物，得透明液體，即聚醚有機(jī)硅PESO。

1. 2. 2 硅膏的配制

即將疏水改性的白炭黑WD － 10 － SiO2與黏度分別為500mPa·s 和1000mPa·s 的二甲基硅油按質(zhì)量比為1∶6∶3 加入三口燒瓶中升溫?cái)嚢柚?10 ℃，繼續(xù)保溫?cái)嚢柚敝炼叱拾胪该鲬B(tài)，即得硅膏。

1. 2. 3 消泡劑的復(fù)配

在250 mL 燒杯中依次加入12. 02 g 硅膏、9. 32g 聚醚改性硅油、12. 5 g 二甲基硅油和16. 08 g 液體石蠟，再加入3. 5 g 乳化劑S，用高剪切分散機(jī)以1 500 r /min 的轉(zhuǎn)速攪拌15 min 使乳化劑完全分散均勻，然后在乳化時(shí)間為25 ～ 60 min 內(nèi)緩慢滴加熱水直至固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，繼續(xù)攪拌，加入2 滴增稠劑PA 增稠，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30% 的NaOH 水溶液調(diào)乳液pH 約為7 后，出料得穩(wěn)定乳液，即目標(biāo)產(chǎn)物消泡劑，記作XP。

1. 3 消泡劑性能測(cè)定

1. 3. 1 離心穩(wěn)定性測(cè)定

取7 mL 消泡劑于離心試管中，在轉(zhuǎn)速為3 000r /min 的高速離心機(jī)中離心30 min，取出觀察是否漂油或分層，若不漂油也不分層，表明XP 穩(wěn)定，若出現(xiàn)分層或漂油現(xiàn)象，表明XP 不穩(wěn)定。

1. 3. 2 在水中的分散性測(cè)定

將少量消泡劑加入裝有純凈水的試管中，輕輕搖蕩，觀察消泡劑乳液在水中的分散情況( 迅速擴(kuò)散即為“優(yōu)”; 分散，且液面有少量較難分散的絮狀物表示為“中”; 不易分散，且絮狀物較難消失為“差”) 。

1. 3. 3 消泡性能測(cè)定

在150 mL 量筒中加入30 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的十二烷基苯磺酸鈉水溶液作為起泡液，接管通入N2，調(diào)流速約為3 L /min 進(jìn)行鼓泡，使泡沫高度達(dá)到100 mL 時(shí)，加入0. 025 mL 消泡劑XP，然后快速用秒表記錄泡沫消失所用的的時(shí)間，此時(shí)間記為消泡時(shí)間，時(shí)間越短，表明消泡劑消泡效果越好。

1. 3. 4 抑泡性能測(cè)定

在150 mL 量筒中加入100 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的十二烷基苯磺酸鈉水溶液和0. 05 mL 消泡劑XP，接管通入N2，調(diào)流速約為3 L /min 進(jìn)行鼓泡，然后快速用秒表記錄出現(xiàn)泡沫所用的時(shí)間，此時(shí)間記為抑泡時(shí)間，時(shí)間越長(zhǎng)，表明消泡劑抑泡效果越好。

1. 3. 5 耐高溫性能測(cè)定

將裝有起泡液( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4% 的十二烷基苯磺酸鈉水溶液) 的試管( 提前標(biāo)記出100 mL 處) 放在油浴鍋中，加熱升溫至起泡液溫度分別為30 、40、50 、60 、70、80、90、100 ℃，然后在不同溫度下分別用1. 3. 3 節(jié)和1. 3. 4 節(jié)方法測(cè)定消泡劑XP 的消泡時(shí)間和抑泡時(shí)間。

1. 3. 6 耐強(qiáng)堿性能測(cè)定

通過往起泡液( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4% 的十二烷基苯磺酸鈉水溶液) 中加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30% 的NaOH 水溶液調(diào)其pH 分別為7、8、9、10、11、12、13、14，然后在不同pH 下分別用1. 3. 3 節(jié)和1. 3. 4 節(jié)方法測(cè)定消泡劑XP 的消泡時(shí)間和抑泡時(shí)間。

2、 結(jié)果與討論

2. 1 聚醚改性硅油PESO 的表征

對(duì)原料PHMS 和產(chǎn)物PESO 的結(jié)構(gòu)用紅外光譜( FTIＲ) 進(jìn)行表征，其IＲ 譜見圖1。

從圖1 可以看出，PESO 在2 150 cm － 1 處的Si—H 伸縮振動(dòng)吸收峰已消失，說明Si—H 鍵已經(jīng)完全參加反應(yīng)，在3 482 cm － 1處出現(xiàn)了歸屬于—OH 的伸縮振動(dòng)吸收峰，在2 970 ～ 2 860 、1 260、1 100、20025px － 1處出現(xiàn)了聚甲基硅氧烷鏈段的4 組吸收峰，其中2 970 ～ 2 860 cm － 1 處的伸縮振動(dòng)吸收峰明顯增強(qiáng)，這是由于PESO 分子中所含的亞甲基數(shù)目增多所引起的。這表明，PHMS 和APE 成功接枝生成PESO。

2. 2 消泡劑配制過程的影響因素研究

2. 2. 1 乳化時(shí)間對(duì)消泡劑的影響

固定其他條件不變，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)4% 的十二烷基苯磺酸鈉水溶液為起泡液，改變?nèi)榛瘯r(shí)間，通過測(cè)定XP 在不同乳化時(shí)間下消泡劑的消泡時(shí)間、抑泡時(shí)間，以及在水中的分散性，來研究乳化時(shí)間對(duì)消泡劑的性能影響，結(jié)果見表1。

由表1 可以看出，乳化時(shí)間小于40 min 時(shí)，油相未能較好地分散，有漂油現(xiàn)象，消泡、抑泡效果差，隨著攪拌的進(jìn)行，40 min 后油相均勻地分散在水相中，乳液較為細(xì)膩，但乳化時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)使乳液過度剪切，導(dǎo)致穩(wěn)定性也下降。故控制乳化時(shí)間為40 min。

2. 2． 2 乳化水溫對(duì)消泡劑的影響

固定其他條件不變，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)4% 的十二烷基苯磺酸鈉水溶液為起泡液，改變?nèi)榛疁兀ㄟ^測(cè)定在不同水溫下XP 的消泡時(shí)間、抑泡時(shí)間，以及在水中的分散性，來研究乳化水溫對(duì)消泡劑的性能影響，結(jié)果見表2。

從表2 可以看出，隨著乳化水溫的升高，XP 的消泡、抑泡效果提高，其乳液穩(wěn)定性也提高，當(dāng)乳化水溫為70 ℃時(shí)，XP 的性能達(dá)到最佳，隨著乳化水溫的繼續(xù)升高，乳化劑的分子運(yùn)動(dòng)加速，降低了乳化劑分子在油水界面的定向吸附力，使乳化效果不佳。因此，選取乳化水溫為70 ℃。

2. 3 消泡劑的物化性能

對(duì)最佳乳化條件下配制的消泡劑XP 進(jìn)行性能測(cè)定，其物化性能見表3。

2. 4 高溫強(qiáng)堿下消泡劑性能的研究

2. 4. 1 溫度對(duì)消泡劑的影響

固定其他條件不變，逐漸升高起泡液( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的十二烷基苯磺酸鈉水溶液) 的溫度，并測(cè)定在外界不同溫度下XP 的消泡時(shí)間和抑泡時(shí)間，來研究溫度對(duì)消泡劑性能的影響，結(jié)果見表4。

從表4 可以看出，隨著外界溫度的升高，消泡時(shí)間略有延長(zhǎng)，抑泡時(shí)間也略有縮短，因?yàn)樵诟邷叵虏糠諴ESO的硅氧鍵斷裂，使XP消泡、抑泡性能有所下降，但是在高溫下長(zhǎng)鏈脂肪類液體石蠟分子不會(huì)斷裂，而且聚醚在高于其濁點(diǎn)的溫度下會(huì)表現(xiàn)出消泡效果。由表4還可以看出，在100℃下XP的消泡、抑泡性能相對(duì)較好，與外界溫度關(guān)系不是很大。

2. 4． 2 pH 對(duì)XP 消泡性能的影響

固定其他條件不變，通過加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的NaOH水溶液來調(diào)起泡液( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的十二烷基苯磺酸鈉水溶液)的pH，并測(cè)定在外界不同pH下XP的消泡時(shí)間和抑泡時(shí)間，來研究pH對(duì)消泡劑性能的影響，結(jié)果見表5。

從表5可以看出，隨著pH的增大，消泡時(shí)間稍有增長(zhǎng)，抑泡時(shí)間也稍有縮短，因?yàn)樵趬A性條件下PESO硅氧烷鍵斷裂，影響了XP消泡、抑泡性能，但是聚醚鏈段和液體石蠟分子在強(qiáng)堿條件下不易斷裂，改善了XP的性能。由表5可看出，在pH=14強(qiáng)堿條件下XP的消泡、抑泡性能相對(duì)良好，和中性條件下效果相差不多。

3、 結(jié)論

( 1) 以含氫硅油PHMS和烯丙基聚醚APE硅氫化加成生成的聚醚改性硅油PESO，液體石蠟，自制硅膏為主要原料，配以乳化劑S和其他助劑，經(jīng)過高剪切機(jī)械乳化法制得消泡劑XP。

( 2) 消泡劑XP的最佳乳化條件為: 乳化時(shí)間為40min，乳化水溫為70℃。

( 3) 所制的XP水分散性、離心穩(wěn)定性良好，消泡時(shí)間為5s，抑泡時(shí)間為60min，而且XP在100 ℃高溫和pH=14 強(qiáng)堿的條件下消泡時(shí)間約為6s，抑泡時(shí)間約為50min。