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消泡劑概述
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作者:architecture-100
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發布時間: 3945天前
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一、泡沫在生產中危害
泡沫是人們生活和工作中經常見到的現象，泡和泡沫有時可以利用，如制造泡沫塑料和泡沫陶瓷，在食品加工過程中的蛋糕就是利用泡沫的作用產生蓬松的狀態。但有時又必須消除，因為給工業生產帶來很大的危害，其危害主要如下：
（1）減小生產能力。如各種生物發酵（啤酒生產、酒精制造、醫藥上各大抗生素的生產……）中發酵罐反應釜蒸煮罐等設備，為了防止泡沫的出現，導致漫溢損失，投料系數要大打折扣，有時達不到30%。
（2）由于泡沫的產生，而致使反應物料溢出反應釜，引起原料的浪費。
（3）由于原料之間的碰撞不充分，延長了反應周期。
（4）引起產品質量的下降。紡織工業中的染色、印花以及水性涂料工藝過程中，由于氣泡的滯留，導致成品布上斑痕、疵點；紙漿漿液的泡沫除了給環境衛生、工人健康造成危害，成品紙也會出現許多孔洞，造成產品質量嚴重下降。
（5）造成操作被動，泡沫的產生使得生產無法正常進行。由于泡沫的存在，干擾液面計的測量準確，造成測量失誤，造成液體密度發生較大波動，引起反應釜吸收塔蒸餾塔液位虛高，致使操作失去平衡，甚至發生事故。
（6）污染環境、引起事故：由于泡沫漫溢，必然會污染生產環境及其周圍環境，有的甚至造成重大事故。
總之，泡沫的存在，影響著國民經濟各個部門、方方面面，若不能很好地加以解決，可以毫不夸張的說，“泡沫”將成為我們的攔路虎，成為某些過程的“瓶頸”。令人欣慰的是，對于泡沫的消除，我們已有良策。
二、消泡劑的發展歷程
消泡劑的發展經歷了幾代：
最早是以動植物油為消泡劑。由于我國消泡劑研究得較晚，現在還有部分糖廠用動植物油作為消泡劑。
20世紀60年代出現聚醚型第二代消泡劑，它是分子量較低的環氧乙烷和環氧丙烷嵌段的聚醚。
第三代消泡劑是以聚二甲硅氧烷為主體的有機硅消泡劑。聚二甲硅氧烷分子由Si-O-Si鏈和甲基、乙基等有機基團組成，因而具有比較特殊的化學性質，例如低表面張力、水溶解性低、揮發性低、無生理毒性和本身不會對環境產生污染等，也就是這些特性使得有機硅消泡劑能廣泛應用到各行各業中去。目前，國內基本集中于這一代消泡劑上的研究和應用。
國外出現的第四代消泡劑是含有硅聚醚（主要是側鏈型的）的水溶性有機硅消泡劑。
第五代含氟消泡劑，氟類消泡劑具有大幅度降低水和溶劑表面張力的特性，在強酸和強堿介質中不會發生分解，也可在高溫條件下使用。氟烷基兼備憎水和憎油的特性，是它在水性體系和油性體系中都能適用的根本原因。由于價格昂貴，在國內還沒有投入生產和應用。
三、消泡劑的組成
（1）活性成份
作用：消泡、抑泡和脫氣等作用，同時減小表面張力：
活性成分包括：硅脂、聚醚、脂肪醇、礦物油、植物油、金屬皂等等。
（2）乳化劑
作用：使活性成分分散成小顆粒，便于分散在水中，更好的起到消泡、抑泡效果。
乳化劑的代表物：吐溫系列、斯盤系列、增稠劑（丙烯酸酯類聚合物）和聚醚改性聚硅氧烷等。
（3）載體
作用：有助于載體和起泡體系的結合，易于分散到起泡體系里，把兩者結合起來，其本身的表面張力低，有助于抑泡，且可以降低成本。
載體的代表物：水、不溶于水或溶于水的固體，如鹽和固體有機物、脂肪烴。
四、消泡劑的分類
1．聚硅氧烷消泡劑
聚硅氧烷消泡劑，即本體型消泡劑，在我們實際應用中俗稱“硅脂”或“硅膏”，通常由聚二甲硅氧烷和白炭黑兩個主要組成物質通過一定的加工工藝加工而成，以聚二甲基硅氧烷為基材的消泡劑是消泡體系中一類理想的消泡劑，這類消泡劑是目前乳液型消泡劑的重要組成部分。單純的聚二甲基硅氧烷抑泡性能差，消泡作用需要白炭黑粒子來加強。白炭黑在消泡劑中的作用主要包括：去除不對稱膜的穩定性、有助于消泡劑進入到泡膜的表面、增加消泡劑微粒在泡膜表面的“進入深度”（“進入深度”是個專業術語，指的是消泡劑透鏡在泡膜表面嵌入的深度）。很明顯，“消泡劑微粒要同時接觸到兩個氣泡表面的泡膜”是一個必要的條件。這樣的情況下，由于消泡劑微粒的表面張力比較低，在泡膜上鋪展開來，促使兩個泡膜之間的距離縮短，進而發生兩個單一的氣泡合并，最終形成較大的氣泡，依此類推，“合并”和“破泡”在連續進行，最終泡沫全部消失
因此，增加嵌入深度有利于泡膜變薄的初期油橋的形成。白炭黑在硅油中有利于嵌入深度的增加。由于協同作用，兩種組成物質產生了良好的消泡效果。聚硅氧烷消泡劑由于有優良的消泡效能及其他優點，已在許多領域廣泛應用。
2．有機硅乳液消泡劑
消泡劑系由硅脂、乳化劑、增稠劑等配以適量水經機械乳化而成。其特點是表面張力小，表面活性高，消泡力強，用量少，成本低。對大多數氣泡介質均能消泡。它具有較好的熱穩定性，可在寬廣的溫度范圍內使用；其化學穩定性較好，難與其他物質反應，可在酸、堿、鹽溶液中使用，無損產品質量；它還具有生理惰性，通常用于食品和醫藥行業。它對所有氣泡體系兼具有抑泡、破泡功能，隸屬廣譜型消泡劑范疇。
它被廣泛用于洗滌劑、造紙、紙漿、制糖、電鍍、化肥、助劑、廢水處理等生產過程中的消泡。在石油工業中，它被大量用于天然氣的脫硫，加速油氣分離；它還被用于乙二醇的干燥、芳香烴的萃取、瀝青的加工、潤滑油的脫蠟等裝置中控制或抑制氣泡。在紡織工業中，它用于染色、精練、上漿等過程中的消泡；在化學工業中它被用于合成樹脂、膠乳、涂料、油墨等過程中的消泡；在食品工業中它被用于各種濃縮、發酵、蒸餾過程的消泡。
根據不同的應用領域，有機硅乳液消泡劑的性能有不同的側重點，有的消泡劑側重于消泡，有的消泡劑側重于抑泡，有的消泡劑側重于相容性等等。
3．聚醚類消泡劑
聚醚類消泡劑，是以含有活性氫的物質為起始劑，在一定的條件下和環氧乙烷（EO）以及環氧丙烷（PO）發生聚合而成的，根據不同的應用領域，在EO和PO的結合方式以及合成的聚醚的分子量上有講究。聚醚型的消泡劑一般在清洗、造紙、發酵等行業中有廣泛的應用。其消泡的性能不如有機硅的，消泡作用主要體現在超過濁點溫度以上才能發生消泡作用。有時為了避開濁點的影響，會對聚醚分子進行化學改性，這樣的話，其適應范圍就更加廣泛。
4．聚醚改性硅消泡劑
聚醚類消泡劑水溶性好，耐高溫，耐強堿性強，但其消泡速度和抑泡時間都不甚理想。通過縮合接枝在聚硅氧烷鏈上引入聚醚鏈，得到的聚醚改性聚硅氧烷（俗稱“硅聚醚”）可改善溶解性，提高消泡效力，使之不僅兼有有機硅和聚醚兩類消泡劑的優點，而且還具有諸如逆溶解性強、自乳性好、化學穩定性和熱穩定性高等獨特優點。
在聚醚鏈段中，聚氧丙烯鏈段增加會提高共聚物的疏水性，而聚氧乙烯鏈段增加會提高其水溶性。若聚硅氧烷鏈段與聚醚鏈段比例固定，提高聚醚鏈中聚氧丙稀的比例，會減小共聚物在水中的溶解度，降低濁點，一般來說，能改善它的消泡性能。
硅聚醚類消泡劑廣泛用于滌綸織物高溫染色工藝、發酵工藝中的消泡。此外，也可用于二乙醇胺脫硫體系的消泡及各種油劑、切削液、不凍液、水性油墨等體系的消泡，也適用于即印刷行業感光樹脂制版后，洗掉未固化樹脂的消泡，是一種很有代表性、性能優良、用途廣泛的有機硅消泡劑。
5．非硅類消泡劑
非硅類消泡劑是主要以脂肪酰胺、金屬皂、脂肪醇醇、脂肪酸酯等有機化合物為主的消泡劑。它的優點是擴散系數大、破泡能力強。主要的缺點是抑泡能力稍差。非硅消泡劑的消抑泡效果不及有機硅消泡劑，這主要是由于這類物質的表面張力不如有機硅低。對于一些不能使用有機硅消泡劑的行業，如：電路板清洗、鋼板清洗、涂料、油墨、造紙和紡織工業的部分工序等。在這些行業使用有機硅消泡劑容易導致硅斑、縮孔，對產品質量存在影響。在這些行業中往往會使用非硅類消泡劑。其在皮邊油、造紙涂布、涂料、油墨等領域中有著廣泛的用途。
6．高碳醇類消泡劑
高碳醇是強疏水弱親水的線型分子，在水體系里是有效的消泡劑。C7~C9的醇是最有效的消泡劑。高碳脂肪醇借助適當的乳化劑配制成乳液是一類脫氣性能較好的消泡劑。
五、評測消泡劑優劣方法
搖瓶測試方法: 該方法是測試消泡性能最簡單的方法。定量的樣品加入到表面活性劑溶液中。搖動該混合液，記錄泡沫消除所需要的時間。
循環鼓泡測試 : 在量筒中，加入一定量的起泡液，調節流量，使得起泡液循環起泡。待產生的泡沫上升到所需刻度時，加入定量的消泡劑，記錄泡沫消盡時間，此時記錄的時間為消泡劑的消泡時間，時間越短，說明消泡劑的消泡性能越好。當泡沫消失后，繼續循環鼓泡并記錄到達所需刻度的時間，這個時間為抑泡時間，抑泡時間越長，說明消泡劑的抑泡性能越好。
六、消泡劑的選用和注意事項
消泡能力強，用量少；加到起泡體系中不影響體系的基本性質；表面張力小；與表面的平衡性好；擴散性好，滲透性好；化學穩定好、耐氧化性強；無生理活性，安全性高。
消泡劑在使用時要注意以下幾個方面：
（1）消泡劑的使用量應當適量，這個是用量一定要在推薦用量的基礎上做試驗（包括實驗室的試驗和現場試驗），確定最佳用量，消泡劑不是用的越多越好，也不是用的越少越好；
（2）消泡劑即使不分層，在使用前最好都要攪拌均勻。若使用前分層，則必須攪拌均勻；
（3）本體型消泡劑使用前不必稀釋，也不建議稀釋。低含固量的乳液型消泡劑不必稀釋，直接使用；高含固量的乳液消泡劑可以稀釋，但是要遵循方法，否則會出現破乳分層等現象，得不償失；
（4）不同的環境應使用不同的消泡劑，消泡劑的選擇要兼顧消泡性能、抑泡性能、相容性等等方面，而且不同的應用環境的溫度、PH、起泡物質不一。
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