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消泡剂
中国纸业网造纸厂设备:2017-7-19 造纸机械|卫生纸机|铜版纸|瓦楞纸|消泡剂 造纸原料 造纸化工 造纸化学品
  一、泡沫在生产中危害
 
      泡沫是人们生活和工作中经常见到的现象,泡和泡沫有时可以利用,如制造泡沫塑料和泡沫陶瓷,在食品加工过程中的蛋糕就是利用泡沫的作用产生蓬松的状态。但有时又必须消除,因为给工业生产带来很大的危害,其危害主要如下:
 
(1)减小生产能力。如各种生物发酵(啤酒生产、酒精制造、医药上各大抗生素的生产……)中发酵罐反应釜蒸煮罐等设备,为了防止泡沫的出现,导致漫溢损失,投料系数要大打折扣,有时达不到30%。
 
(2)由于泡沫的产生,而致使反应物料溢出反应釜,引起原料的浪费。
 
(3)由于原料之间的碰撞不充分,延长了反应周期。
 
(4)引起产品质量的下降。纺织工业中的染色、印花以及水性涂料工艺过程中,由于气泡的滞留,导致成品布上斑痕、疵点;纸浆浆液的泡沫除了给环境卫生、工人健康造成危害,成品纸也会出现许多孔洞,造成产品质量严重下降。
 
(5)造成操作被动,泡沫的产生使得生产无法正常进行。由于泡沫的存在,干扰液面计的测量准确,造成测量失误,造成液体密度发生较大波动,引起反应釜吸收塔蒸馏塔液位虚高,致使操作失去平衡,甚至发生事故。
 
(6)污染环境、引起事故:由于泡沫漫溢,必然会污染生产环境及其周围环境,有的甚至造成重大事故。
 
     总之,泡沫的存在,影响着国民经济各个部门、方方面面,若不能很好地加以解决,可以毫不夸张的说,“泡沫”将成为我们的拦路虎,成为某些过程的“瓶颈”。令人欣慰的是,对于泡沫的消除,我们已有良策。
 
      二、消泡剂的发展历程
 
      消泡剂的发展经历了几代:
 
      最早是以动植物油为消泡剂。由于我国消泡剂研究得较晚,现在还有部分糖厂用动植物油作为消泡剂。
 
      20世纪60年代出现聚醚型第二代消泡剂,它是分子量较低的环氧乙烷和环氧丙烷嵌段的聚醚。
 
      第三代消泡剂是以聚二甲硅氧烷为主体的有机硅消泡剂。聚二甲硅氧烷分子由Si-O-Si链和甲基、乙基等有机基团组成,因而具有比较特殊的化学性质,例如低表面张力、水溶解性低、挥发性低、无生理毒性和本身不会对环境产生污染等,也就是这些特性使得有机硅消泡剂能广泛应用到各行各业中去。目前,国内基本集中于这一代消泡剂上的研究和应用。
 
      国外出现的第四代消泡剂是含有硅聚醚(主要是侧链型的)的水溶性有机硅消泡剂。
 
      第五代含氟消泡剂,氟类消泡剂具有大幅度降低水和溶剂表面张力的特性,在强酸和强碱介质中不会发生分解,也可在高温条件下使用。氟烷基兼备憎水和憎油的特性,是它在水性体系和油性体系中都能适用的根本原因。由于价格昂贵,在国内还没有投入生产和应用。

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      三、消泡剂的组成
 
      (1)活性成份
 
      作用:消泡、抑泡和脱气等作用,同时减小表面张力:

      活性成分包括:硅脂、聚醚、脂肪醇、矿物油、植物油、金属皂等等。
 
      (2)乳化剂 

      作用:使活性成分分散成小颗粒,便于分散在水中,更好的起到消泡、抑泡效果。
 
      乳化剂的代表物:吐温系列、斯盘系列、增稠剂(丙烯酸酯类聚合物)和聚醚改性聚硅氧烷等。
 
      (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。
 
      载体的代表物:水、不溶于水或溶于水的固体,如盐和固体有机物、脂肪烃。
 
      四、消泡剂的分类
 
      1.聚硅氧烷消泡剂
 
      聚硅氧烷消泡剂,即本体型消泡剂,在我们实际应用中俗称“硅脂”或“硅膏”,通常由聚二甲硅氧烷和白炭黑两个主要组成物质通过一定的加工工艺加工而成,以聚二甲基硅氧烷为基材的消泡剂是消泡体系中一类理想的消泡剂,这类消泡剂是目前乳液型消泡剂的重要组成部分。单纯的聚二甲基硅氧烷抑泡性能差,消泡作用需要白炭黑粒子来加强。白炭黑在消泡剂中的作用主要包括:去除不对称膜的稳定性、有助于消泡剂进入到泡膜的表面、增加消泡剂微粒在泡膜表面的“进入深度”(“进入深度”是个专业术语,指的是消泡剂透镜在泡膜表面嵌入的深度)。很明显,“消泡剂微粒要同时接触到两个气泡表面的泡膜”是一个必要的条件。这样的情况下,由于消泡剂微粒的表面张力比较低,在泡膜上铺展开来,促使两个泡膜之间的距离缩短,进而发生两个单一的气泡合并,最终形成较大的气泡,依此类推,“合并”和“破泡”在连续进行,最终泡沫全部消失
 
      因此,增加嵌入深度有利于泡膜变薄的初期油桥的形成。白炭黑在硅油中有利于嵌入深度的增加。由于协同作用,两种组成物质产生了良好的消泡效果。聚硅氧烷消泡剂由于有优良的消泡效能及其他优点,已在许多领域广泛应用。
 
      2.有机硅乳液消泡剂
 
      消泡剂系由硅脂、乳化剂、增稠剂等配以适量水经机械乳化而成。其特点是表面张力小,表面活性高,消泡力强,用量少,成本低。对大多数气泡介质均能消泡。它具有较好的热稳定性,可在宽广的温度范围内使用;其化学稳定性较好,难与其他物质反应,可在酸、碱、盐溶液中使用,无损产品质量;它还具有生理惰性,通常用于食品和医药行业。它对所有气泡体系兼具有抑泡、破泡功能,隶属广谱型消泡剂范畴。
  
      它被广泛用于洗涤剂、造纸、纸浆、制糖、电镀、化肥、助剂、废水处理等生产过程中的消泡。在石油工业中,它被大量用于天然气的脱硫,加速油气分离;它还被用于乙二醇的干燥、芳香烃的萃取、沥青的加工、润滑油的脱蜡等装置中控制或抑制气泡。在纺织工业中,它用于染色、精练、上浆等过程中的消泡;在化学工业中它被用于合成树脂、胶乳、涂料、油墨等过程中的消泡;在食品工业中它被用于各种浓缩、发酵、蒸馏过程的消泡。
 
      根据不同的应用领域,有机硅乳液消泡剂的性能有不同的侧重点,有的消泡剂侧重于消泡,有的消泡剂侧重于抑泡,有的消泡剂侧重于相容性等等。
 
     3.聚醚类消泡剂
 
  聚醚类消泡剂,是以含有活性氢的物质为起始剂,在一定的条件下和环氧乙烷(EO)以及环氧丙烷(PO)发生聚合而成的,根据不同的应用领域,在EO和PO的结合方式以及合成的聚醚的分子量上有讲究。聚醚型的消泡剂一般在清洗、造纸、发酵等行业中有广泛的应用。其消泡的性能不如有机硅的,消泡作用主要体现在超过浊点温度以上才能发生消泡作用。有时为了避开浊点的影响,会对聚醚分子进行化学改性,这样的话,其适应范围就更加广泛。 
 
      4.聚醚改性硅消泡剂
 
      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。通过缩合接枝在聚硅氧烷链上引入聚醚链,得到的聚醚改性聚硅氧烷(俗称“硅聚醚”)可改善溶解性,提高消泡效力,使之不仅兼有有机硅和聚醚两类消泡剂的优点,而且还具有诸如逆溶解性强、自乳性好、化学稳定性和热稳定性高等独特优点。
 
      在聚醚链段中,聚氧丙烯链段增加会提高共聚物的疏水性,而聚氧乙烯链段增加会提高其水溶性。若聚硅氧烷链段与聚醚链段比例固定,提高聚醚链中聚氧丙稀的比例,会减小共聚物在水中的溶解度,降低浊点,一般来说,能改善它的消泡性能。
  
      硅聚醚类消泡剂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。
 
      5.非硅类消泡剂
 
  非硅类消泡剂是主要以脂肪酰胺、金属皂、脂肪醇醇、脂肪酸酯等有机化合物为主的消泡剂。它的优点是扩散系数大、破泡能力强。主要的缺点是抑泡能力稍差。非硅消泡剂的消抑泡效果不及有机硅消泡剂,这主要是由于这类物质的表面张力不如有机硅低。对于一些不能使用有机硅消泡剂的行业,如:电路板清洗、钢板清洗、涂料、油墨、造纸和纺织工业的部分工序等。在这些行业使用有机硅消泡剂容易导致硅斑、缩孔,对产品质量存在影响。在这些行业中往往会使用非硅类消泡剂。其在皮边油、造纸涂布、涂料、油墨等领域中有着广泛的用途。
 
      6.高碳醇类消泡剂
 
      高碳醇是强疏水弱亲水的线型分子,在水体系里是有效的消泡剂。C7~C9的醇是最有效的消泡剂。高碳脂肪醇借助适当的乳化剂配制成乳液是一类脱气性能较好的消泡剂。
 
      五、评测消泡剂优劣方法
 
      摇瓶测试方法: 该方法是测试消泡性能最简单的方法。定量的样品加入到表面活性剂溶液中。摇动该混合液,记录泡沫消除所需要的时间。
 
      循环鼓泡测试 : 在量筒中,加入一定量的起泡液,调节流量,使得起泡液循环起泡。待产生的泡沫上升到所需刻度时,加入定量的消泡剂,记录泡沫消尽时间,此时记录的时间为消泡剂的消泡时间,时间越短,说明消泡剂的消泡性能越好。当泡沫消失后,继续循环鼓泡并记录到达所需刻度的时间,这个时间为抑泡时间,抑泡时间越长,说明消泡剂的抑泡性能越好。
 
      六、消泡剂的选用和注意事项
 
      消泡能力强,用量少;加到起泡体系中不影响体系的基本性质;表面张力小;与表面的平衡性好;扩散性好,渗透性好;化学稳定好、耐氧化性强;无生理活性,安全性高。
 
      消泡剂在使用时要注意以下几个方面:
 
      (1)消泡剂的使用量应当适量,这个是用量一定要在推荐用量的基础上做试验(包括实验室的试验和现场试验),确定最佳用量,消泡剂不是用的越多越好,也不是用的越少越好;
 
      (2)消泡剂即使不分层,在使用前最好都要搅拌均匀。若使用前分层,则必须搅拌均匀;
 
      (3)本体型消泡剂使用前不必稀释,也不建议稀释。低含固量的乳液型消泡剂不必稀释,直接使用;高含固量的乳液消泡剂可以稀释,但是要遵循方法,否则会出现破乳分层等现象,得不偿失;
 
     (4)不同的环境应使用不同的消泡剂,消泡剂的选择要兼顾消泡性能、抑泡性能、相容性等等方面,而且不同的应用环境的温度、PH、起泡物质不一。

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