2. 1 硅膏對(duì)消泡劑性能的影響

二甲基硅油作為消泡劑的主體成分，是影響消泡、抑泡性能的關(guān)鍵物質(zhì)，其粘度大小對(duì)消泡劑有一定的影響。粘度小的硅油易分散于發(fā)泡液中起消泡作用，但溶解性大，持久性和抑泡性能差;粘度大的硅油消泡能力差，而且乳化困難，但抑泡性能好。將兩者并用時(shí)，會(huì)同時(shí)具有很好的消泡性和抑泡性。為獲得消泡性能優(yōu)良、抑泡持久的有機(jī)硅消泡劑，本實(shí)驗(yàn)同時(shí)選用500 mPa·s 及1000mPa·s 粘度的硅油，加入疏水氣相二氧化硅制得硅膏?？疾炝烁叩驼扯裙栌唾|(zhì)量比及硅膏加入量對(duì)消泡劑性能的影響。

1.  1. 1 高低粘度硅油質(zhì)量比對(duì)消泡劑性能的影響固定HLB 值為9. 5

的復(fù)配乳化劑用量為6%，聚醚改性硅油4%，硅膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%( 其中疏水氣相二氧化硅含量占硅膏的10%) 。在30℃下，考察了高低粘度硅油的質(zhì)量比對(duì)消泡劑性能的影響，結(jié)果見表1。

由表1 可見，當(dāng)高粘度硅油含量較高時(shí)，因?yàn)楦哒扯裙栌洼^難乳

化，消泡性能較差，抑泡時(shí)間較短。隨著高粘度硅油含量減小，消泡時(shí)間逐漸縮短，后又增加。二甲基硅油乳液的粒徑大小在消泡劑中極為重要，乳液粒徑小于2. 0 微米將呈現(xiàn)過度乳化狀態(tài)，過小的液滴難以在包覆的表面活性劑液膜表面擴(kuò)展從而導(dǎo)致降低消泡效果。所以，當(dāng)?shù)驼扯裙栌秃吭黾?，由于過度乳化而使消泡抑泡性能降低。當(dāng)高低粘度硅油質(zhì)量比為1 ∶2時(shí)，消泡劑的消泡時(shí)間最短，抑泡時(shí)間最長。

2.1.2硅膏含量對(duì)消泡劑性能的影響

固定高低粘度硅油質(zhì)量比為1 ∶2制備硅膏，疏水氣相二氧化硅含

量占硅膏的10%，HLB 值為9. 5 的復(fù)配乳化劑用量為6%，聚醚改性硅油4%，試驗(yàn)硅膏質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)消泡劑性能的影響，結(jié)果表明，消泡劑的消泡、抑泡性能隨著硅膏質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而提高，當(dāng)硅膏質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到12%以上，消泡、抑泡性能變化較小，再增加硅膏含量，會(huì)使乳化難度增加。綜合考慮成本與性能，確定硅膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%。

2. 2 二氧化硅的選擇及含量對(duì)消泡劑性能的影響

選擇二氧化硅作為活性組分與二甲基硅油進(jìn)行復(fù)配，以提高二甲基硅油的消泡效果。可用于二甲基硅油消泡劑的二氧化硅有疏水氣相二氧化硅、沉淀二氧化硅、硅膠、硅溶膠及石英粉末等。疏水氣相二氧化硅比表面積大、密度小、容易分散，未經(jīng)疏水處理時(shí)顯親水性，在有機(jī)相中難以浸潤、分散和乳化。經(jīng)疏水處理后由親水轉(zhuǎn)為疏水，表面的羥基減少，聚集傾向減弱，表面自由能降低，與有機(jī)相的浸潤性、分散性得到改善，有助于增強(qiáng)硅油在起泡體系中的分散能力，增加乳液的穩(wěn)定性。本實(shí)驗(yàn)選擇了經(jīng)疏水處理的氣相二氧化硅與混合二甲基硅油進(jìn)行復(fù)配，制成硅膏，以提高消泡效果。固定高低粘度硅油比例為1 ∶2、復(fù)配乳化劑用量為6%，聚醚改性硅油4%，考察硅膏中疏水氣相二氧化硅的含量對(duì)消泡性能的影響。

結(jié)果表明，當(dāng)疏水氣相二氧化硅的用量低于10%時(shí)，隨疏水氣相二氧化硅用量的增加，消泡劑消泡性能和抑泡性能均增強(qiáng)，但當(dāng)疏水氣相二氧化硅的用量高于10% 以上時(shí)，其性能基本不隨疏水氣相二氧化硅用量的增加而改變。綜合考慮，我們認(rèn)為消泡劑中疏水氣相二氧化硅的最適用量應(yīng)以占硅膏質(zhì)量的10%左右為宜。

2. 3 聚醚改性硅油對(duì)消泡劑性能的影響

聚醚改性硅油本身就有消泡和抑泡性能，能與二甲基硅油和疏水氣相二氧化硅產(chǎn)生協(xié)同作用。普通的二甲基硅油消泡劑由于表面能較低、疏水性強(qiáng)，與其他有機(jī)物的互溶性差，在高溫條件中的應(yīng)用效果特別差。聚醚改性硅油由于引入了親水性聚醚鏈段，因而更容易在水中分散、乳化，乳化穩(wěn)定性高，而且具有逆溶性，能與二甲基硅油產(chǎn)生協(xié)同作用，適合于高溫條件下使用。近年來聚醚改性硅油在消泡劑中的應(yīng)用日益受到重視。在上述優(yōu)化配方基礎(chǔ)上添加一定量的聚醚改性硅油，考察聚醚改性硅油質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)消泡劑性能的影響，結(jié)果見表2( 測定溫度30℃) 。

由表2可見，在加入聚醚改性硅油后，消泡劑性能有明顯提高，且在一定范圍內(nèi)，消泡劑性能隨著聚醚改性硅油用量的增加而提高。但提升有限，且聚醚改性硅油本身是有機(jī)硅非離子表面活性劑，會(huì)帶進(jìn)泡沫，用量不宜過大，聚醚改性硅油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇4%較好。

2. 4 乳化劑HLB 值及用量對(duì)消泡劑性能的影響

乳化劑是有機(jī)硅消泡劑的關(guān)鍵組成部分。二甲基硅油較難乳化，為了使乳化劑能很好地起到乳化分散作用，首先應(yīng)考慮乳化劑的HLB 值與硅油的HLB值( 大約為8~11) 相接近，其次是所選用乳化劑本身的發(fā)泡性能較弱，另外還要考慮被乳化體系與乳化劑憎水基之間的親合力。通常離子型乳化劑如磺酸鹽、硫酸酯等均有不同程度的助泡作用，而Span 類和Tween 類非離子型乳化劑與二甲基硅油的親和力較好，且發(fā)泡性能低，故本實(shí)驗(yàn)選用Span-60、Tween-60 進(jìn)行復(fù)配。復(fù)合乳化劑不同HLB 值時(shí)消泡劑的消泡抑泡性能見表3( 測定溫度30℃) 。由表3 可見，乳化劑的HLB 值為9. 5 時(shí)，消泡劑的消泡性能、抑泡性能及離心穩(wěn)定性及較好。

固定其他條件不變，改變復(fù)配乳化劑的用量，考察復(fù)配乳化劑用量對(duì)消泡劑性能的影響，結(jié)果表明，乳化劑用量過小，消泡劑乳液不穩(wěn)定，容易分層。乳化劑用量過大，消泡劑乳液穩(wěn)定性提高，但消泡效果下降。這可能由兩方面因素造成: 一是乳化劑用量過多，造成過度乳化，導(dǎo)致乳液粒徑過小，從而使消泡速度降低; 二是乳化劑用量太多，增加了乳液的穩(wěn)定性，使乳液粒子不能捕獲氣泡，降低消泡性能。當(dāng)復(fù)合乳化劑的用量小于6%時(shí)，消泡劑乳液的穩(wěn)定性隨復(fù)合乳化劑用量的增加而增加，且消泡性能和抑泡性能都增強(qiáng); 當(dāng)復(fù)合乳化劑的用量大于6%時(shí)，消泡劑的穩(wěn)定性不隨用量的變化而變化，但消泡性能降低。實(shí)驗(yàn)證明，復(fù)合乳化劑的用量約為6%時(shí)消泡劑性能較好。

2. 5 乳化溫度的影響

乳化溫度是影響消泡劑性能的重要因素之一。溫度升高，分子動(dòng)能增加，親水性基團(tuán)水化程度減小，易轉(zhuǎn)化為W/O 型乳化液; 當(dāng)溫度降低時(shí)，易形成O/W 型乳狀液。在一定條件體系中，此轉(zhuǎn)化溫度就是該體系中乳化劑的親水親油性達(dá)到平衡的溫度，稱為相轉(zhuǎn)化溫度( PIT) 。由于Span-60 為白色固體，熔點(diǎn)接近60℃，為使其在硅油中均勻溶解，應(yīng)將硅油和水均加熱到60℃ 以上，在60~70℃范圍內(nèi)，隨著乳化溫度的增加，消泡速度提高，抑泡時(shí)間增長。所以本實(shí)驗(yàn)采用的乳化溫度控制在60-70℃，溫度過高，乳化劑的分子運(yùn)動(dòng)加劇，降低乳化劑分子在油水界面的定向吸附能力，且浪費(fèi)能源，溫度太低又會(huì)降低乳化的程度和效率。

2. 6 增稠劑及防霉劑的選擇

在乳液體系中，為了提高分散介質(zhì)的粘度，增加產(chǎn)品的穩(wěn)定性，常常要添加穩(wěn)定劑或增稠劑。因?yàn)槿橐后w系粘度較高，可以防止硅油微滴凝聚，提高其穩(wěn)定性能。常用的增稠劑有聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉鹽等。由于聚乙烯醇不易溶解，羧甲基纖維素鈉易霉變，溶解度小粘度高而不易操作。本文選用廣州迪特化工科技有限公司提供的消泡劑專用增稠劑，比傳統(tǒng)聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉鹽增稠劑用量少、效果好。將消泡劑出料前加入0. 5% 增稠劑，同時(shí)加入1% 的防霉變劑凱松，攪拌均勻即可。

2. 7 不同起泡介質(zhì)中適用溫度范圍的測定

一種高效的消泡劑不僅要求具有強(qiáng)的消泡和抑泡能力，儲(chǔ)存穩(wěn)定，應(yīng)用范圍廣，而且能在各種不同溫度條件下使用。為了考察本消泡劑的綜合性能，本實(shí)驗(yàn)在30-90℃溫度范圍內(nèi)，對(duì)1%SDS 溶液和黑液在pH 值為11. 5 條件下的消泡時(shí)間和抑泡時(shí)間進(jìn)行測定。SDS 溶液的pH 值調(diào)節(jié)用稀鹽酸和氫氧化鈉溶液，黑液本身pH 值為11. 5，測定結(jié)果見表4。

由表4可見，在堿性條件下，本消泡劑的溫度適宜范圍較寬，在30-90℃溫度范圍內(nèi)，消泡性能和抑泡性能隨溫度的升高越來越好，故本消泡劑適合在堿性條件下較寬的溫度范圍內(nèi)使用。

2. 8 與同類產(chǎn)品的性能比較及應(yīng)用試驗(yàn)

綜合上述試驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)消泡劑的最佳配方為:硅膏質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為12%，二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為硅膏的10%，高低粘度硅油質(zhì)量比為1 ∶2，聚醚改性硅油質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4%，HLB 值為9. 5 的Span-Tween 復(fù)配乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%，增稠劑0. 5%，防霉變劑凱松1%。將按此配方制得的產(chǎn)品與市售的消泡劑在30℃下進(jìn)行對(duì)比測試，結(jié)果

表明，本研究產(chǎn)品較市售樣品無論是消泡性能、抑泡性能還是穩(wěn)定性都有較大的優(yōu)勢( 如表5 所示) 。

由于消泡劑中同時(shí)含有二甲基硅油和聚醚改性硅油，此消泡劑在高低溫環(huán)境下都能使用。

目前，此消泡劑在重慶某制造廠黑液消泡處理中( 高溫條件) 和重慶美心集團(tuán)除油生產(chǎn)線的常溫消泡處理中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，效果良好。

3、結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研制的有機(jī)硅消泡劑最佳配方為: 硅膏質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為12%，二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為硅膏的10%，高低粘度硅油質(zhì)量比為1 ∶2，聚醚改性硅油質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4%，HLB 值為9. 5 的Span-Tween 復(fù)配乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%，增稠劑0. 5%，防霉變劑凱松1%。在60-70℃溫度范圍內(nèi)，采用剪切乳化攪拌方式制備的有機(jī)硅消泡劑，在較寬的溫度范圍內(nèi)，具有較好的消泡、抑泡性能和儲(chǔ)存穩(wěn)定性及稀釋穩(wěn)定性。