消泡剂

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消泡后

  

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泡 Bubble

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一般来说,泡沫是气体在液体中的粗分散体,属于气-液非均相体系。体积密度接近气体而不接近液体的气-液分散体。气-液分散体分为液多气少的“气泡分散体”和气多液少的“泡沫”。 如上图。

什么是泡沫?泡沫可定义为液体介质中稳定的气体。液体中不含表面活性剂时,气泡会迁移至液体表面,破裂消失,液体中含有表面活性剂时,气泡表面形成膜板,成为稳定的泡沫,膜板的厚度为几个um。

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马兰哥尼效应阻止气泡膜的排液,恢复气泡膜厚度.

气泡向空气排放气体,气泡破裂。影响此一过程的因素是气泡的表观粘度和稠密度影响到消泡剂微粒在气泡表面膜上的渗透扩散.  

消泡 Defoaming

抑泡 anti-Foaming

长时间的消泡又称抑泡,抑泡时间的长短正是消泡剂品质优劣的最主要标志。多数场合下我们使用消泡剂正是利用它的抑泡性能,而不是初始的消泡性。  

消泡剂 Defoamer

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破泡剂.抑泡剂.脱泡剂总称为消泡剂。

破泡:相对于泡沫(泡沫聚合体),从空气侧侵入泡中,将泡合一破坏。

抑泡:从液体侧侵入泡中,将泡合一破坏,令泡沫难以产生。

脱泡:从气泡的界面侵入泡中,令气泡合一浮出液面。  

概述

消泡剂又称为抗泡剂

在工业生产的过程中会产生许多有害泡沫,需要添加消泡剂。

消泡中
消泡前

消泡剂的种类很多,有机硅氧烷、聚醚、硅和醚接枝、含胺、亚胺和酰胺类的,具有消泡速度更快,抑泡时间更长,适用介质范围更广,甚至苛刻介质环境如高温、强酸和强碱的特点。广泛应用于清除胶乳、纺织上浆、食品发酵、生物医药、涂料、石油化工、造纸、工业清洗等行业生产过程中产生的有害泡沫。  

消泡剂的消泡机理

1.泡沫局部表面张力降低导致泡沫破灭

该种机理的起源是将高级醇或植物油撒在泡沫 上,当其溶入泡沫液,会显著降低该处的表面张力。 因为这些物质一般对水的溶解度较小,表面张力的降低仅限于泡沫的局部,而泡沫周围的表面张力几乎没有变化。表面张力降低的部分被强烈地向四周牵引、延伸,最后破裂。

2.消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭

消泡剂添加到泡沫体系中,会向气液界面扩散, 使具有稳泡作用的表面活性剂难以发生恢复膜弹性的能力。

3.消泡剂能促使液膜排液,因而导致气泡破灭

泡沫排液的速率可以反映泡沫的稳定性,添加一种加速泡沫排液的物质,也可以起到消泡作用。

4.添加疏水固体颗粒可导致气泡破灭

在气泡表面疏水固体颗粒会吸引表面活性剂的 疏水端,使疏水颗粒产生亲水性并进入水相,从而起到消泡的作用。

5.增溶助泡表面活性剂可导致气泡破灭

某些能与溶液充分混合的低分子物质,可以使 助泡表面活性剂被增溶、使其有效浓度降低。有这 种作用的低分子物质如辛醇、乙醇丙醇等醇类,不 仅可减少表面层的表面活性剂浓度,而且还会溶入表面活性剂吸附层,降低表面活性剂分子间的紧密程度,从而减弱了泡沫的稳定性。

6.电解质瓦解表面活性剂双电层而导致气泡破灭

对于借助泡沫的表面活性剂双电层互相作用, 产生稳定性的起泡液,加入普通的电解质即可瓦解表面活性剂的双电层起消泡作用。  

消泡剂的组成:

(1) 活性成份

作用:破泡、消泡,减小表面张力:

代表物:硅油、聚醚类、高级醇等。

(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。

代表物:壬(辛)基酚聚氧乙烯醚、皂盐、op系列等、吐温系列、斯盘系列等。

(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。

代表物:除水以外的溶剂,如脂肪烃、芳香烃、含氧溶剂等

(4) 乳化助剂

作用:使乳化效果更好。

代表物:*分散剂:疏水二氧化硅等;*增粘剂:CMC、聚乙烯醚等。  

消泡剂的种类

1) 抗泡沫剂;抗泡沫添加剂;消泡剂;antifoaming agent;defoaming agent

2) 防沫剂;消泡剂;antifoaming agent

3) 脱泡剂;消泡剂;defoaming agent;defoamer;air release agent

4) 消泡剂;破泡剂;antifoaming agent;foam breaker;antifoam agent

5) 食品消泡剂;deforming agents for good

6) 纸浆消泡剂;defoaming agent of pulp

7) 食品消泡剂;food antifoaming agents

8) 有机硅消泡剂;silicone defoamer

9) 钻井液消泡剂;defoamer for drilling fluid  

一、按成分分为:

1、天然油脂(即豆油玉米油等)

优点:来源容易,价格低,使用简单;

缺点: 如贮存不好,易变质,使酸值增高。

2、 聚醚类消泡剂

种类挺多,主要有以下几种:

a.GP型消泡剂

甘油为起始剂,由环氧丙烷,或环氧乙烷与环氧丙烷的混合物进行加成聚合而制成的

GP型的消泡剂亲水性差,在发泡介质中的溶解度小,所以宜使用在稀薄的发酵液中。它的抑泡能力比消泡能力优越 ,适宜在基础培养基中加入,以抑制整个发酵过程的泡沫产生。

b.GPE型消泡剂即泡敌

在GP型消泡剂的聚丙二醇链节末端再加成环氧乙烷,成为链端是亲水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油,也叫。按照环氧乙烷加成量为10%,20%,……50%分别称为GPE10,GPE20,……GPE50。

GPE型消泡剂亲水性较好,在发泡介质中易铺展,消泡能力强,但溶解度也较大,消泡活性维持时间短,因此用在粘稠发酵液中效果较好。

c.GPES型消泡剂:有一种新的聚醚类消泡剂,在GPE型消泡剂链端用疏水基硬脂酸酯封头,便形成两端是疏水链,当中间隔有亲水链的嵌段共聚物。这种结构的分子易于平卧状聚集在气液界面,因而表面活性强,消泡效率高。

3、高碳醇

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。七十年代初前苏联学者在阴离子、阳离子、非离子型表面活性剂的水溶液中试验,提出醇的消泡作用,与其在起泡液中的溶解度及扩散程度有关。C7~C9的醇是最有效的消泡剂。

C12~C22的高碳醇借助适当的乳化剂配制成粒度为4~9μm,含量为20~50%的水乳液,即是水体系的消泡剂。

还有些成酯,如苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯等在青霉素发酵中具有消泡作用,后者还可作为前体

磷酸三丁酯(CAS:126-73-8)做为古老的消泡剂,仍然被工业界广泛使用着,因其极低的表面张力(27.79 25℃),极低的水溶性(0.61 25℃,溶剂溶于水),消泡效果显著,但因其有刺激性及一定的毒性,较多用于不与食品/日用化妆品接触的其他工业。

4、硅类

最常用的是聚二甲基硅氧烷,也称二甲基硅油。它表面能低,表面张力也较低,在水及一般油中的溶解度低且活性高。它的主链为硅氧键,为非极性分子。与极性溶剂水不亲和,与一般油的亲和性也很小。它挥发性低并具有化学惰性,比较稳定且毒性小。纯粹的聚二甲基硅氧烷,不经分散处理难以作为消泡剂。可能是由于它与水有高的界面张力,铺展系数低,不易分散在发泡介质上。因此将硅油混入SiO2气溶胶,所构成的复合物,即将疏水处理后的SiO2气溶胶混入二甲基硅油中,经一定温度、一定时间处理,就可制得。

有机硅消泡剂系由硅脂、乳化剂、防水剂、稠化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。它与水及多数有机物不相混溶,对大多数气泡介质均能消泡。它具有较好的热稳定性,可在5℃-150℃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,只要配置适当,可在酸、碱、盐溶液中使用,无损产品质量;它还具有生理惰性LD250g/Kg鼠,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。可将硅脂涂在锅壁上、出口处或涂在金属网上,进行消泡。将硅脂配成溶液,可用于油相系统消泡。将硅脂加低粘度硅油配成水乳液,可用于多种水相系统消泡。在医学上,通常用于患者术前、X光和胃镜检查前清除脏器或胃内器官的胀气。

消泡剂大致可分两类:一类能消除已产生的气泡,如乙醇等;另一类则能抑制气泡的形成如乳化硅油等。我国许可使用的消泡剂有乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯

5、聚醚改性硅

结合了聚醚跟有机硅消泡剂二者的优点,具有无毒无害,对菌种无害,添加量极少,是一种高性价比的产品。

聚醚改性有机硅,是在硅氧烷分子中因如聚醚链段制得的聚醚 - 硅氧烷共聚物(简称硅醚共聚物)。聚硅氧烷类消泡剂具有消泡迅速,抑泡时间长和安全无毒等特点,但它难溶于水,耐高温,耐强碱性差,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,通过缩合技术接枝在聚硅氧烷链上引入聚醚链,使之具有二类消泡剂的优点,成为一种性能优良,有广泛应用前景的消泡剂。在硅醚共聚物的分子中,硅氧烷段是亲油基,聚醚段是亲水基。聚醚链段中聚环氧乙烷链节能提供亲水性和起泡性,聚环氧丙烷链节能提供疏水性和渗透力,对降低表面张力有较强的作用。聚醚端基的基团对硅醚共聚物的性能也有很强的影响。常见的端基有羟基、烷氧基等。调节共聚物中硅氧烷段的相对分子质量,可以使共聚物突出或减弱有机硅的特性。同样,改变聚醚段的相对分子质量,会增加或降低分子中有机硅的比例,对共聚物的性能也会产生影响。聚醚改性有机硅消泡剂很容易在水中乳化,亦称作“自乳化型消泡剂”,在其浊点温度以上时,失去对水的溶解性和机械稳定性,并耐酸、碱和无机盐,可用于苛刻条件下的消泡,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。聚硅氧烷消泡剂通常由聚二甲硅氧烷和二氧化硅两个主要组成物质适当配合而成,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,就是因为其不溶于水,较难乳化,聚二甲基硅氧烷比碳链烃表面性能低,因此比通常在纺织业中应用的表面活性剂表面张力更低。单纯的聚二甲基硅氧烷抑泡性能差而迟缓,消泡作用需要二氧化硅粒子来加强,二氧化硅粒子被硅油带到泡沫的空气—水界面上并进入气泡液膜由于其疏水性,与表面活性剂发泡液滴的接触角大于90°,从而迫使发泡液体从固体疏水粒子表面排开,引起泡沫的局部迅速排液而导致破裂。这样,由于协同作用,两种组成物产生了良好的消泡效果。

6、新型自乳化消泡剂

含特殊改性的聚硅氧烷。具有极好的耐热性和耐酸碱性及化学稳定性,可在很宽的温度范围内广泛用于各种恶劣体系的泡沫消去和抑制。

7、 聚硅氧烷消泡剂

聚硅氧烷消泡剂通常由聚二甲硅氧烷和二氧化硅两个主要组成物质适当配合而成,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,就是因为其不溶于水,较难乳化,聚二甲基硅氧烷比碳链烃表面性能低,因此比通常在纺织业中应用的表面活性剂表面张力更低。单纯的聚二甲基硅氧烷抑泡性能差而迟缓,消泡作用需要二氧化硅粒子来加强,二氧化硅粒子被硅油带到泡沫的空气—水界面上并进入气泡液膜由于其疏水性,与表面活性剂发泡液滴的接触角大于90°,从而迫使发泡液体从固体疏水粒子表面排开,引起泡沫的局部迅速排液而导致破裂,这样,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,特别是在纺织物染整加工中,发展尤为迅速,研究发现,以聚二甲基硅氧烷和聚乙烯的共聚物为基材的硅酮乙二醇类消泡剂,由于特殊的溶解性能,在喷射染色和其他纺织物加工中,具有理想的消泡效果。  

二、按功能分为:

1、耐碱消泡剂

在高温强碱条件下能迅速消泡, 持久抑泡。稳定性好,用量少,效率高,不漂油;广泛应用于造纸蒸煮黑液处理、纺织印染行业中的强碱型精炼剂、强碱条件下清洗剂和其它高温强碱的水相体系消泡。

2、耐酸消泡剂

由脂肪酸酯和脂肪酰胺等物质组成,广泛应用于湿法磷酸、钛白粉生产、硼酸生产及其他强酸体系。

3、高粘性泡沫消泡剂

本品是针对造纸制浆黑液、化学选矿、特种化学反应产生的泡沫,其粘度大、泡沫细密、消除难度大等特点研制而成的一种高效复合型消泡剂。

4、涂料消泡剂

含有多种优质的消泡成分,因而适用面广,它特别适用于消除苯丙胶乳、乙丙胶乳、纯丙胶乳、醋酸乙烯胶乳等体系的泡沫。

5、造纸消泡剂

可以有效控制纸浆、泡沫漫溢和提高抄纸质量。泛应用于造纸抄造系统消泡,亦可用于造纸污水处理、防冻液、蒸馏系统消泡。

6、水泥砂浆消泡剂

可以有效控制水泥砂浆体系内泡沫产生,使混凝土构件更加致密光亮。

7、油田工业消泡剂

可以有效控制油田工业过程中内泡沫产生,提高石油生产效率。

8、清洗用消泡剂

可以有效控制清洗剂产生泡沫。

9、阳离子体系消泡剂

可以有效控制含有阳离子体系泡沫产生,广泛应用于造纸抄造用阳离子松香胶、阳离子型清洗剂,亦可用于造纸污水处理、防冻液、蒸馏系统消泡。

10、高效发酵消泡剂

克服了普通型有机硅消泡剂耐高温性差、抑泡时间短的缺点;对在发酵罐中上升积累的泡沫能象聚醚一样快速的消除,同时本品拥有聚醚无法比拟的时间抑泡的优点。

11、水处理消泡剂

有机硅消泡剂对水性发泡体系具有很强消泡,抑泡功能,,添加量小且使用成本比较低,是水性体系较理想的消泡剂  

消泡剂常识

泡沫(foam)是一种普遍的自然现象,对于我们大家来说,也许并不陌生。如在日常生活中烧饭、下饺子、煮面条,稍不留神,就能因泡沫而溢锅;在儿时玩的吹泡泡,吹出五彩缤纷的泡沫,漫天飘浮;在急速倒入杯中的啤酒所溢出的泡沫;在海水拍岸,击打在海岸边礁石所形成的壮观的泡沫;还有在人们洗涤衣物时,常见的肥皂、洗衣粉水液泡沫;沐浴露、洗发香波所产生的泡沫更是再熟悉不过的了。

尽管消防队员巧妙地利用泡沫扑灭一些火灾,点心师傅利用泡沫现象(作用)为我们制出了可口的面包、蛋糕和松糕,炎炎夏日里喝上一瓶汽水或啤酒多么地解渴,这都是泡沫的作用。又诸如泡沫浮选、泡沫冶金、泡沫印染、泡沫印花、泡沫塑料……  

泡沫的危害

1、生产能力受到大大的限制: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……)中各种发酵罐反应釜蒸煮罐等设备,为了防止泡沫的出现,防止漫溢损失,投料系数要大打折扣,有时达不到30%。

2、造成原料和产品的浪费:由于泡沫的原因,能够造成有用或贵重原料因漫溢而损失,由此产生的浪费就不言而喻。如造纸厂、糖厂饱充工序、纺织厂的织造工序的上油工序,常因泡沫而引起溢出。

3、延长了反应周期:由于化学反应产物中包括有气体、液体,泡沫会造成气体滞留,延长了反应周期,不必要地多消耗了动力。又如果酒发酵由于泡沫存在使反应过度而变味……。

4、影响产品品质: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、不利于准确计量:工业过程中,由于泡沫的存在,干扰液面计的测量准确,造成测量失误,液体中由于泡沫的存在,使得液体密度发生较大波动,往往还能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、引起事故的原因之一: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。如:美国某炼油厂因渣油泡沫漫溢,引起重大火灾,损失惨重,这里不仅是造成浪费,而且使人的生命财产都招致严重损失。

此外,还有染色上的高温喷染、溢流染色等新技术的应用,如不解决泡沫的问题,是无法实现的。又如现在十分普及的洗衣机,若不是解决洗衣粉、洗涤剂的无泡、低泡问题,那么洗衣机也就不能够如此地普及应用。以上这些还远远不是泡沫危害的全部,但足以见到它的严重性。

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.

消泡剂的发展 

近来消泡剂的研究主要集中在有机硅化合物与表面活性剂的复配、聚醚与有机硅的复配、水溶性或油溶性聚醚与含硅聚醚的复配等复配型消泡剂上,复配是消泡剂的发展趋势之一。就目前消泡剂而言,聚醚类与有机硅类消泡剂的性能最为优良,对这两类消泡剂的改性与新品种的开发研究也比较活跃.

为了消除传统消泡剂这种不可避免的弊病,出现了分子级消泡剂,这类消泡剂由特殊的矿物油及特殊的分子级消泡物质组成,整个分子呈类似于网状的超分支结构,具有多个锚定点,同时具有一定的自乳化作用,无需另外添加乳化剂,不会出现因乳化剂脱离而造成的缩孔现象。

消泡剂的测试

测试方法A( 喷射试验): 该方法是对于消泡和抑泡效果的定性评估

用空气喷射专用起泡溶液产生气泡。通过测试特定喷射时间后的泡沫高度以及泡沫消除时间来评估材料的“消泡效率”。

测试方法B:抑泡性能测试(手腕摇动方法) 该方法是测试消泡性能的相对方法

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(秒计算)。

测试方法C(循环泵测试) : 该方法是在搅拌、乳化和剪切作用的动态状态下,测试抑泡性能的量化评估 当溶液在闭合回路中循环流动时,测定达到一定泡沫高度所需要的时间来评估消泡效率 。

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