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有機硅在消泡劑領域應用知多少?

所屬分類:經典案例 發布時間: 2019-03-06 09:59:11 作者:
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前言:現代工業生產中, 泡沫無處不在:各類加工液的機槽;各類工業清洗池;各類工業和農業產品及制劑中;石油化工的各個生產環節中, 水處理等等。泡沫, 給工業生產帶來種種問題: 為了防止泡沫溢出, 投料系數被迫降低 30%~ 50%; 泡沫溢出導致原材料的浪費;泡沫占據空間, 影響反應速度, 生產周期被迫延長;泡沫會影響產品品質, 如涂料, 塑膠制品;泡沫的產生, 對工業生產穩定性產生影響, 造成操作波動, 質量不穩定。針對泡沫問題, 最直接的解決方式就是使用消泡劑。


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有機硅消泡劑的作用機理

有機硅消泡或抑泡的能力,是由于它具有的很低的表面張力。有機硅化合物(硅油)干擾氣液界的表面張力,導致消泡效果。

當有機硅加到泡沫介質中時,硅油的小顆粒落到泡的表面,同時有效地降低接觸點的表面張力,在泡外皮引起一個薄弱點,從而引起破泡。

最佳消泡活性標準可以如此描述:游離的硅油小粒子必須完全地、盡可能快地和有效地分散到活動區內。硅油借助于生產加工時加入的比例很小,表面積很大的SiO2填料作用,而迅速分散,并在SiO2粒子接觸點外引起破乳破泡,擠在一起的泡沫由于臨近處泡沫的破裂,引起不穩定態,加快引起連續破泡的效果,至最后達到穩定態。如果是乳液狀消泡劑,乳液太穩定,將減少消泡作用。穩定性差時,有較大活性。因此,需要在穩定性和活性之間加以平衡,并選擇在水相及油相中溶解度低,而又具有極高活性的有機硅化合物。

消泡劑的機能,也有按破泡、脫泡、抑泡三種機理進行定義。

破泡:相對于泡沫,從空氣側進入泡中,將泡合一破壞。

抑泡:從液體側進入泡中,將泡合一破壞。

脫泡:從氣泡的界面侵入泡中,令氣泡合一浮出液面。


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圖:消泡劑的作用示意圖


消泡劑有油型、溶液型、乳液型,固體粉末型及復合型等。均應具備下述性質:

1、消泡力強,用量少;

2、加入后不影響體系基本性質;

3、表面張力小;

4、與表面平衡性好;

5、擴散性、滲透性好;

6、耐熱耐酸耐堿好;

7、化學性穩定、耐氧化性強;

8、氣體溶解性,透過性好;

9、在起泡溶液中溶解性小;

10、生理安全性高。

有機硅消泡劑種類

1、水乳劑型消泡劑:

以聚二甲基硅氧烷(二甲基硅油)為主體,及白炭黑復合物,在表面活性劑(乳化劑)的作用下制備成O/W型各種不同濃度的水乳消泡(適合水性介質消泡場合)或制成高濃度硅膏,用時采用涂抹法或臨時稀釋后使用。


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圖:二甲基硅油結構式

2、油體系消泡劑:

借助溶劑攜帶硅油并分散到起炮液中。溶劑擴散,硅油或微滴發揮消泡作用(一般高、低粘度硅油調合)或制成硅油/礦物油分散體。石油工業需要大量有機硅表面活性劑作破乳劑用。

3、固體粉劑消泡劑:

含質量分數2%~5%有機硅消泡成分及質量分數98%~50%的粉狀固體載體。

4、消泡棒:

硅油、磺酸鈉鹽及蠟的制劑。

5、自乳化自分散型消泡劑:

以聚硅氧烷與聚醚共聚的有機硅表面活性劑,在聚硅氧烷分子鏈上引入親水基(聚醚改性硅油),可顯著改善有機硅在水中的分散性,或成自乳化狀,成為一類專門的消泡劑,在濁點以上消泡,適合高溫高壓噴射染色等消泡。


是誰的誰的.

圖:聚醚改性硅油結構式

“自乳化型”消泡劑耐熱、機械穩定性,耐酸、堿,苛刻條件下消泡,如聚酯纖維高溫染色,二乙醇胺水溶液脫硫體系,各種油劑切削液,不凍液等體系消泡。

有機硅消泡劑的應用

1、紡織印染:

(1)上漿工藝:水乳劑型有機硅消泡劑,如:BD-304(或有機硅聚醚),上漿槽內添加量0.2?0.25g/L

(2)化纖油劑:化纖油劑加入0.02?0.04%水乳液型消泡劑?;w油劑配方中應含有機硅聚醚硅油。

(3)退漿精煉:選用含聚醚有機硅,如:BD-3055。

(4)漂白:酸性較強,有機硅消泡劑。

(5)染色:有機硅乳液消泡劑。噴射染色最好選用聚醚有機硅,高溫消泡、低溫水溶,不沾污織物。


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2、石化工業:

(1)鉆井:乙基硅油(或甲基硅油層乳液)用于泥漿添加劑。

(2)采油:油氣分離,消泡棒。熔點比井口泡沫溫度高2.8-13.9℃。

(3)天然汽油吸收:用汽油將二甲基硅油配成2%溶液。

(4)油氣分離破乳:

A、油氣分離,原油中添加0.025~0.0065mg/Kg可提高生產能力;

B、破乳:油氣分離的原油一般微W/O型乳液,添加0.2mg/Kg左右的適宜消泡劑,可達到破乳消泡的效果。


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(5)精煉:減壓蒸餾添加消泡劑,餾分顏色改善,餾分范圍放寬,常用有硅油的柴油溶液。

(6)高能燃料(內燃、噴氣、航空燃料)用氰烷基聚硅氧烷分散在高閃點煤油中,再加到高能燃料中作高效消泡劑。

(7)瀝青、渣油:添加硅油量為0.2×10-6~2.0×10-6。

(8)延遲焦化、除焦、消垢:消泡劑添加參考量:0.05~100×10-6

(9)消泡鉆井液:高粘度磺金屬鹽(石油磺酸鈣:磺化瀝青鈉=1:1),硅氧烷的加入量約100~400×10-6或5~15mg/Kg,磺酸鹽:硅氧烷接近1:1為佳。

(10)潤滑油:如內燃機、汽車潤滑劑、金屬加工液、壓縮機油等,當用硅油添加作消泡,是因為以下優點:

A、難溶于潤滑油,處于分散狀態,有利于吸附在氣泡膜上破泡;

B、有與礦物油類似的烷基,能擠進泡膜,削弱分子引力;

C、表面張力低,滲透好,吸附在泡膜表面時使局部表面張力降低,因泡膜表面張力不均勻而破泡。

重質油選用粘度小硅油,添加量1~10×10-6。另外,烷基聚丙烯酸酯也比較好,有較好的氣體釋放性。

支鏈胺加入粗汽油、石腦油中,再加入到潤滑油中,也可作消泡劑,加入量微0.05~1%,此消泡劑可加入金屬切削液中。

3、造紙工業

(1)制漿:有機硅乳液消泡劑(90g/T紙)。

(2)涂布紙:涂層涂料,壓光后印刷畫報等的用紙,涂布氣泡一般用非硅消泡劑。

(3)污水處理:水乳劑型有機硅消泡劑,如BD-303有機硅消泡劑。


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4、涂料、油墨中的應用

I、涂料生產中對消泡劑的要求:

(1)與泡沫表面的活性物質有一定親和力,但再氣泡液中應該是難溶與不溶的;

(2)表面張力低于氣泡液的表面張力,且有較低HLB值;

(3)應使乳液(乳膠)穩定;

(4)涂料成膜后不能引起魚眼和縮孔的不良后果;

(5)水性涂料用消泡劑:多使用水中難溶的物質,如礦物油、高級醇、有機硅樹脂,有機硅是水性涂料最好的消泡劑。

非水性涂料用消泡劑:常用難溶于有機溶劑中的物質,如低級醇、有機硅樹脂(有機硅樹脂用量要適量,過量易縮裂、陷穴,現多采用改性的有機硅樹脂或經乳化的有機硅樹脂)。


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II、水性涂料中推薦使用的有機硅消泡劑:

(1)硅油、疏水SiO2混合物適用:環氧樹脂,澆涂,用量0.3%;熱塑丙烯酸樹脂,噴涂,用量0.3%

(2)聚醚聚硅氧烷與疏水SiO2混合物適用:熱固性醇酸樹脂,浸涂用量0.3%,刮涂用量0.1%

(3)疏水SiO2、烴類、硅油的混合物適用:熱塑性丙烯酸樹脂,印刷、油墨,用量0.1%;空氣干燥型丙烯酸樹脂,澆涂,用量0.5%。

(4)硅油及疏水SiO2混合物乳液適用:醇酸改性苯丙樹脂,澆涂,用量0.5%。

5、洗滌劑工業用有機硅消泡劑

聚硅氧烷和改性三聚磷酸鈉作為粉狀洗滌劑添加劑,含SiO2為2~6%的二甲基硅油(1500c.s)乳液與無水三聚磷酸鈉混合,乳液用量10~40%,形成水合物作添加劑。

金屬清洗液,要求耐堿,最好時加入液體產品時透明且有消泡活性。


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6、食品工業用有機硅消泡劑:

食品專用聚硅氧烷樹脂:二甲基聚硅氧烷為主體,含15%以下SiO2食品為水溶液時,用其乳化后的產品,其它均可直接用油型的產品,用量控制0.05g/Kg以下,此類消泡場合包括發酵及制糖,硅-乙二醇共聚物適合發酵過程抑泡。


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結語:工業生產的中的泡沫雖然細小, 但帶來的影響是不小的,選擇合適的消泡劑, 能有效減輕泡沫對生產的影響, 提高生產效率, 保證產品品質。隨著行業的進步和技術的發展,有機硅類消泡劑的發展和應用將會滲透到各種工業和化工生產領域。

有機硅論壇

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