消泡劑的原理、種類、選擇

1、泡 Bubble 一般來說，泡沫是氣體在液體中的粗分散體，屬于氣-液非均相體系。體積密度接近氣體而不接近液體的氣-液分散體。氣-液分散體分為液多氣少的“氣泡分散體”和氣多液少的“泡沫”。 如上圖。 什么是泡沫？泡沫可定義為液體介質(zhì)中穩(wěn)定的氣體。液體中不含表面活性劑時，氣泡會遷移至液體表面，破裂消失，液體中含有表面活性劑時，氣泡表面形成膜板，成為穩(wěn)定的泡沫，膜板的厚度為幾個um。 馬蘭哥尼效應(yīng)阻止氣泡膜的排液，恢復(fù)氣泡膜厚度. 氣泡向空氣排放氣體，氣泡破裂。影響此一過程的因素是氣泡的表觀粘度和稠密度影響到消泡劑微粒在氣泡表面膜上的滲透擴散. 消泡 Defoaming抑泡 anti-Foaming

2、 長時間的消泡又稱抑泡，抑泡時間的長短正是消泡劑品質(zhì)優(yōu)劣的最主要標志。多數(shù)場合下我們使用消泡劑正是利用它的抑泡性能，而不是初始的消泡性。 消泡劑 Defoamer 破泡劑抑泡劑脫泡劑總稱為消泡劑。 破泡:相對于泡沫(泡沫聚合體),從空氣側(cè)侵入泡中,將泡合一破壞。 抑泡:從液體側(cè)侵入泡中,將泡合一破壞,令泡沫難以產(chǎn)生。脫泡:從氣泡的界面侵入泡中,令氣泡合一浮出液面。 概述消泡劑又稱為抗泡劑 在工業(yè)生產(chǎn)的過程中會產(chǎn)生許多有害泡沫，需要添加消泡劑。 消泡劑的種類很多，有機硅氧烷、聚醚、硅和醚接枝、含胺、亞胺和酰胺類的，具有消泡速度更快，抑泡時間更長，適用介質(zhì)范圍更廣，甚至苛刻介質(zhì)環(huán)境如高溫、強酸和強

3、堿的特點。廣泛應(yīng)用于清除膠乳、紡織上漿、食品發(fā)酵、生物醫(yī)藥、涂料、石油化工、造紙、工業(yè)清洗等行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有害泡沫。 消泡劑的消泡機理1泡沫局部表面張力降低導(dǎo)致泡沫破滅 該種機理的起源是將高級醇或植物油撒在泡沫 上,當其溶入泡沫液,會顯著降低該處的表面張力。 因為這些物質(zhì)一般對水的溶解度較小,表面張力的降低僅限于泡沫的局部,而泡沫周圍的表面張力幾乎沒有變化。表面張力降低的部分被強烈地向四周牽引、延伸,最后破裂。 2消泡劑能破壞膜彈性而導(dǎo)致氣泡破滅 消泡劑添加到泡沫體系中,會向氣液界面擴散, 使具有穩(wěn)泡作用的表面活性劑難以發(fā)生恢復(fù)膜彈性的能力。 3消泡劑能促使液膜排液,因而導(dǎo)致氣泡破滅 泡

4、沫排液的速率可以反映泡沫的穩(wěn)定性,添加一種加速泡沫排液的物質(zhì),也可以起到消泡作用。 4添加疏水固體顆?？蓪?dǎo)致氣泡破滅 在氣泡表面疏水固體顆粒會吸引表面活性劑的 疏水端,使疏水顆粒產(chǎn)生親水性并進入水相,從而起到消泡的作用。 5增溶助泡表面活性劑可導(dǎo)致氣泡破滅 某些能與溶液充分混合的低分子物質(zhì),可以使 助泡表面活性劑被增溶、使其有效濃度降低。有這 種作用的低分子物質(zhì)如辛醇、乙醇、丙醇等醇類,不 僅可減少表面層的表面活性劑濃度,而且還會溶入表面活性劑吸附層,降低表面活性劑分子間的緊密程度,從而減弱了泡沫的穩(wěn)定性。 6電解質(zhì)瓦解表面活性劑雙電層而導(dǎo)致氣泡破滅 對于借助泡沫的表面活性劑雙電層互相作用,

5、產(chǎn)生穩(wěn)定性的起泡液,加入普通的電解質(zhì)即可瓦解表面活性劑的雙電層起消泡作用。 消泡劑的組成：（1） 活性成份 作用：破泡、消泡，減小表面張力： 代表物：硅油、聚醚類、高級醇等。 （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。代表物：壬（辛）基酚聚氧乙烯醚、皂鹽、op系列等、吐溫系列、斯盤系列等。（3） 載體 作用：有助于載體和起泡體系的結(jié)合，易于分散到起泡體系里，把兩者結(jié)合起來，其本身的表面張力低，有助于抑泡，且可以降低成本。 代表物：除水以外的溶劑，如脂肪烴、芳香烴、含氧溶劑等 （4） 乳化助劑 作用：使乳化效果更好。 代表物：*分散劑：疏水二氧化硅等；

6、*增粘劑：CMC、聚乙烯醚等。 消泡劑的種類1) 抗泡沫劑;抗泡沫添加劑;消泡劑;antifoaming agent;defoaming agent 2) 防沫劑;消泡劑;antifoaming agent 3) 脫泡劑;消泡劑;defoaming agent;defoamer;air release agent 4) 消泡劑;破泡劑;antifoaming agent;foam breaker;antifoam agent 5) 食品消泡劑;deforming agents for good 6) 紙漿消泡劑;defoaming agent of pulp 7) 食品消泡劑;food ant

7、ifoaming agents 8) 有機硅消泡劑;silicone defoamer 9) 鉆井液消泡劑;defoamer for drilling fluid 一、 按成分分為：1、天然油脂（即豆油、玉米油等） 優(yōu)點：來源容易，價格低，使用簡單； 缺點： 如貯存不好，易變質(zhì)，使酸值增高。 2、 聚醚類消泡劑 種類挺多，主要有以下幾種： a.GP型消泡劑 以甘油為起始劑，由環(huán)氧丙烷，或環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的混合物進行加成聚合而制成的 GP型的消泡劑親水性差，在發(fā)泡介質(zhì)中的溶解度小，所以宜使用在稀薄的發(fā)酵液中。它的抑泡能力比消泡能力優(yōu)越 ，適宜在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入，以抑制整個發(fā)酵過程的泡沫產(chǎn)生。

8、b.GPE型消泡劑即泡敵 在GP型消泡劑的聚丙二醇鏈節(jié)末端再加成環(huán)氧乙烷，成為鏈端是親水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油，也叫。按照環(huán)氧乙烷加成量為10%，20%，50%分別稱為GPE10，GPE20，GPE50。 GPE型消泡劑親水性較好，在發(fā)泡介質(zhì)中易鋪展，消泡能力強，但溶解度也較大，消泡活性維持時間短，因此用在粘稠發(fā)酵液中效果較好。 c.GPES型消泡劑：有一種新的聚醚類消泡劑，在GPE型消泡劑鏈端用疏水基硬脂酸酯封頭，便形成兩端是疏水鏈，當中間隔有親水鏈的嵌段共聚物。這種結(jié)構(gòu)的分子易于平臥狀聚集在氣液界面，因而表面活性強，消泡效率高。 3、高碳醇 高碳醇是強疏水弱親水的線型分子，在水體系里是有效

9、的消泡劑。七十年代初前蘇聯(lián)學者在陰離子、陽離子、非離子型表面活性劑的水溶液中試驗，提出醇的消泡作用，與其在起泡液中的溶解度及擴散程度有關(guān)。C7C9的醇是最有效的消泡劑。 C12C22的高碳醇借助適當?shù)娜榛瘎┡渲瞥闪６葹?9m，含量為2050%的水乳液，即是水體系的消泡劑。 還有些成酯，如苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯等在青霉素發(fā)酵中具有消泡作用，后者還可作為前體。 磷酸三丁酯（CAS:126-73-8)做為古老的消泡劑，仍然被工業(yè)界廣泛使用著，因其極低的表面張力（27.79 25),極低的水溶性（0.61 25,溶劑溶于水）,消泡效果顯著,但因其有刺激性及一定的毒性，較多用于不與食品/日用化妝品

10、接觸的其他工業(yè)。4、硅類 最常用的是聚二甲基硅氧烷，也稱二甲基硅油。它表面能低，表面張力也較低，在水及一般油中的溶解度低且活性高。它的主鏈為硅氧鍵，為非極性分子。與極性溶劑水不親和，與一般油的親和性也很小。它揮發(fā)性低并具有化學惰性，比較穩(wěn)定且毒性小。純粹的聚二甲基硅氧烷，不經(jīng)分散處理難以作為消泡劑?？赡苁怯捎谒c水有高的界面張力，鋪展系數(shù)低，不易分散在發(fā)泡介質(zhì)上。因此將硅油混入SiO2氣溶膠，所構(gòu)成的復(fù)合物，即將疏水處理后的SiO2氣溶膠混入二甲基硅油中，經(jīng)一定溫度、一定時間處理，就可制得。 有機硅消泡劑系由硅脂、乳化劑、防水劑、稠化劑等配以適量水經(jīng)機械乳化而成。其特點是表面張力小，表面活性高

11、，消泡力強，用量少，成本低。它與水及多數(shù)有機物不相混溶，對大多數(shù)氣泡介質(zhì)均能消泡。它具有較好的熱穩(wěn)定性，可在5-150寬廣的溫度范圍內(nèi)使用；其化學穩(wěn)定性較好，難與其他物質(zhì)反應(yīng)，只要配置適當，可在酸、堿、鹽溶液中使用，無損產(chǎn)品質(zhì)量；它還具有生理惰性LD250g/Kg鼠，通常用于食品和醫(yī)藥行業(yè)。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(chǎn)過程中的消泡。在石油工業(yè)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(yè)中，它用于染色

12、、精練、上漿等過程中的消泡；在化學工業(yè)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(yè)中它被用于各種濃縮、發(fā)酵、蒸餾過程的消泡。可將硅脂涂在鍋壁上、出口處或涂在金屬網(wǎng)上，進行消泡。將硅脂配成溶液，可用于油相系統(tǒng)消泡。將硅脂加低粘度硅油配成水乳液，可用于多種水相系統(tǒng)消泡。在醫(yī)學上，通常用于患者術(shù)前、X光和胃鏡檢查前清除臟器或胃內(nèi)器官的脹氣。 消泡劑大致可分兩類:一類能消除已產(chǎn)生的氣泡,如乙醇等;另一類則能抑制氣泡的形成如乳化硅油等。我國許可使用的消泡劑有乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯復(fù)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 結(jié)合了聚

13、醚跟有機硅消泡劑二者的優(yōu)點，具有無毒無害，對菌種無害，添加量極少，是一種高性價比的產(chǎn)品。 聚醚改性有機硅，是在硅氧烷分子中因如聚醚鏈段制得的聚醚 - 硅氧烷共聚物（簡稱硅醚共聚物）。聚硅氧烷類消泡劑具有消泡迅速，抑泡時間長和安全無毒等特點，但它難溶于水，耐高溫，耐強堿性差，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，通過縮合技術(shù)接枝在聚硅氧烷鏈上引入聚醚鏈，使之具有二類消泡劑的優(yōu)點，成為一種性能優(yōu)良，有廣泛應(yīng)用前景的消泡劑。在硅醚共聚物的分子中，硅氧烷段是親油基，聚醚段是親水基。聚醚鏈段中聚環(huán)氧乙烷鏈節(jié)能提供親水性和起泡性，聚環(huán)氧丙烷鏈節(jié)能提供疏水性和滲透力，對

14、降低表面張力有較強的作用。聚醚端基的基團對硅醚共聚物的性能也有很強的影響。常見的端基有羥基、烷氧基等。調(diào)節(jié)共聚物中硅氧烷段的相對分子質(zhì)量，可以使共聚物突出或減弱有機硅的特性。同樣，改變聚醚段的相對分子質(zhì)量，會增加或降低分子中有機硅的比例，對共聚物的性能也會產(chǎn)生影響。聚醚改性有機硅消泡劑很容易在水中乳化，亦稱作“自乳化型消泡劑”，在其濁點溫度以上時，失去對水的溶解性和機械穩(wěn)定性，并耐酸、堿和無機鹽，可用于苛刻條件下的消泡，廣泛用于滌綸織物高溫染色工藝、發(fā)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(yè)感光樹脂制版后，洗掉未固

15、化樹脂的消泡，是一種很有代表性、性能優(yōu)良、用途廣泛的有機硅消泡劑。聚硅氧烷消泡劑通常由聚二甲硅氧烷和二氧化硅兩個主要組成物質(zhì)適當配合而成，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，就是因為其不溶于水，較難乳化，聚二甲基硅氧烷比碳鏈烴表面性能低，因此比通常在紡織業(yè)中應(yīng)用的表面活性劑表面張力更低。單純的聚二甲基硅氧烷抑泡性能差而遲緩，消泡作用需要二氧化硅粒子來加強，二氧化硅粒子被硅油帶到泡沫的空氣水界面上并進入氣泡液膜由于其疏水性,與表面活性劑發(fā)泡液滴的接觸角大于90,從而迫使發(fā)泡液體從固體疏水粒子表面排開,引起泡沫的局部迅速排液而導(dǎo)致破裂。這樣,由于協(xié)同作用,兩種組成物產(chǎn)生了良

16、好的消泡效果。 6、新型自乳化消泡劑 含特殊改性的聚硅氧烷。具有極好的耐熱性和耐酸堿性及化學穩(wěn)定性，可在很寬的溫度范圍內(nèi)廣泛用于各種惡劣體系的泡沫消去和抑制。 7、 聚硅氧烷消泡劑 聚硅氧烷消泡劑通常由聚二甲硅氧烷和二氧化硅兩個主要組成物質(zhì)適當配合而成，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，就是因為其不溶于水，較難乳化，聚二甲基硅氧烷比碳鏈烴表面性能低，因此比通常在紡織業(yè)中應(yīng)用的表面活性劑表面張力更低。單純的聚二甲基硅氧烷抑泡性能差而遲緩，消泡作用需要二氧化硅粒子來加強，二氧化硅粒子被硅油帶到泡沫的空氣水界面上并進入氣泡液膜由于其疏水性,與表面活性劑發(fā)泡液滴的接觸角大于9

17、0,從而迫使發(fā)泡液體從固體疏水粒子表面排開，引起泡沫的局部迅速排液而導(dǎo)致破裂，這樣，由于協(xié)同作用，兩種組成物質(zhì)產(chǎn)生了良好的消泡效果。聚硅氧烷消泡劑由于有優(yōu)良的消泡效能及其他優(yōu)點，已在許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，特別是在紡織物染整加工中，發(fā)展尤為迅速，研究發(fā)現(xiàn)，以聚二甲基硅氧烷和聚乙烯的共聚物為基材的硅酮乙二醇類消泡劑，由于特殊的溶解性能，在噴射染色和其他紡織物加工中，具有理想的消泡效果。 二、 按功能分為：1、耐堿消泡劑 在高溫強堿條件下能迅速消泡, 持久抑泡。穩(wěn)定性好，用量少，效率高，不漂油；廣泛應(yīng)用于造紙蒸煮黑液處理、紡織印染行業(yè)中的強堿型精煉劑、強堿條件下清洗劑和其它高溫強堿的水相體系消泡。 2、

18、耐酸消泡劑 由脂肪酸酯和脂肪酰胺等物質(zhì)組成，廣泛應(yīng)用于濕法磷酸、鈦白粉生產(chǎn)、硼酸生產(chǎn)及其他強酸體系。 3、高粘性泡沫消泡劑 本品是針對造紙制漿黑液、化學選礦、特種化學反應(yīng)產(chǎn)生的泡沫，其粘度大、泡沫細密、消除難度大等特點研制而成的一種高效復(fù)合型消泡劑。 4、涂料消泡劑 含有多種優(yōu)質(zhì)的消泡成分，因而適用面廣，它特別適用于消除苯丙膠乳、乙丙膠乳、純丙膠乳、醋酸乙烯膠乳等體系的泡沫。 5、造紙消泡劑 可以有效控制紙漿、泡沫漫溢和提高抄紙質(zhì)量。泛應(yīng)用于造紙抄造系統(tǒng)消泡，亦可用于造紙污水處理、防凍液、蒸餾系統(tǒng)消泡。 6、水泥砂漿消泡劑 可以有效控制水泥砂漿體系內(nèi)泡沫產(chǎn)生，使混凝土構(gòu)件更加致密光亮。 7、油

19、田工業(yè)消泡劑 可以有效控制油田工業(yè)過程中內(nèi)泡沫產(chǎn)生，提高石油生產(chǎn)效率。 8、清洗用消泡劑 可以有效控制清洗劑產(chǎn)生泡沫。 9、陽離子體系消泡劑 可以有效控制含有陽離子體系泡沫產(chǎn)生，廣泛應(yīng)用于造紙抄造用陽離子松香膠、陽離子型清洗劑，亦可用于造紙污水處理、防凍液、蒸餾系統(tǒng)消泡。 10、高效發(fā)酵消泡劑 克服了普通型有機硅消泡劑耐高溫性差、抑泡時間短的缺點；對在發(fā)酵罐中上升積累的泡沫能象聚醚一樣快速的消除，同時本品擁有聚醚無法比擬的時間抑泡的優(yōu)點。11、水處理消泡劑 有機硅消泡劑對水性發(fā)泡體系具有很強消泡，抑泡功能，添加量小且使用成本比較低，是水性體系較理想的消泡劑 消泡劑常識泡沫（foam）是一種普遍

20、的自然現(xiàn)象，對于我們大家來說，也許并不陌生。如在日常生活中燒飯、下餃子、煮面條，稍不留神，就能因泡沫而溢鍋；在兒時玩的吹泡泡，吹出五彩繽紛的泡沫，漫天飄浮；在急速倒入杯中的啤酒所溢出的泡沫；在海水拍岸，擊打在海岸邊礁石所形成的壯觀的泡沫；還有在人們洗滌衣物時，常見的肥皂、洗衣粉水液泡沫；沐浴露、洗發(fā)香波所產(chǎn)生的泡沫更是再熟悉不過的了。 盡管消防隊員巧妙地利用泡沫撲滅一些火災(zāi)，點心師傅利用泡沫現(xiàn)象（作用）為我們制出了可口的面包、蛋糕和松糕，炎炎夏日里喝上一瓶汽水或啤酒多么地解渴，這都是泡沫的作用。又諸如泡沫浮選、泡沫冶金、泡沫印染、泡沫印花、泡沫塑料 泡沫的危害1、生產(chǎn)能力受到大大的限制：如各種

21、生物發(fā)酵（啤酒生產(chǎn)、酒精制造、醫(yī)藥上各大抗生素的生產(chǎn)）中各種發(fā)酵罐反應(yīng)釜蒸煮罐等設(shè)備，為了防止泡沫的出現(xiàn)，防止漫溢損失，投料系數(shù)要大打折扣，有時達不到30%。 2、造成原料和產(chǎn)品的浪費：由于泡沫的原因，能夠造成有用或貴重原料因漫溢而損失，由此產(chǎn)生的浪費就不言而喻。如造紙廠、糖廠飽充工序、紡織廠的織造工序的上油工序，常因泡沫而引起溢出。 3、延長了反應(yīng)周期：由于化學反應(yīng)產(chǎn)物中包括有氣體、液體，泡沫會造成氣體滯留，延長了反應(yīng)周期，不必要地多消耗了動力。又如果酒發(fā)酵由于泡沫存在使反應(yīng)過度而變味。 4、影響產(chǎn)品品質(zhì)：紡織工業(yè)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(dǎo)致成品布上斑痕、疵點；

22、紙漿漿液的泡沫除了給環(huán)境衛(wèi)生、工人健康造成危害，成品紙也會出現(xiàn)許多孔洞，造成產(chǎn)品質(zhì)量嚴重下降。 5、不利于準確計量：工業(yè)過程中，由于泡沫的存在，干擾液面計的測量準確，造成測量失誤，液體中由于泡沫的存在，使得液體密度發(fā)生較大波動，往往還能引起反應(yīng)釜吸收塔蒸餾塔液位虛高，致使操作失去平衡，甚至發(fā)生事故。 6、污染環(huán)境、引起事故的原因之一：由于泡沫漫溢，必然會污染生產(chǎn)環(huán)境及其周圍環(huán)境，有的甚至造成重大事故。如：美國某煉油廠因渣油泡沫漫溢，引起重大火災(zāi)，損失慘重，這里不僅是造成浪費，而且使人的生命財產(chǎn)都招致嚴重損失。 此外，還有染色上的高溫噴染、溢流染色等新技術(shù)的應(yīng)用，如不解決泡沫的問題，是無法實現(xiàn)的

23、。又如現(xiàn)在十分普及的洗衣機，若不是解決洗衣粉、洗滌劑的無泡、低泡問題，那么洗衣機也就不能夠如此地普及應(yīng)用。以上這些還遠遠不是泡沫危害的全部，但足以見到它的嚴重性。 總之，泡沫的存在，影響著國民經(jīng)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. 消泡劑的發(fā)展 近來消泡劑的研究主要集中在有機硅化合物與表面活性劑的復(fù)配、聚醚與有機硅的復(fù)配、水溶性或油溶性聚醚與含硅聚醚的復(fù)配等復(fù)配型消泡劑上，復(fù)配是消泡劑的發(fā)展趨勢之一。就目前消泡劑而言，聚醚類與有機硅類消泡劑的性能最為優(yōu)良，對這兩類消泡劑的改

24、性與新品種的開發(fā)研究也比較活躍. 為了消除傳統(tǒng)消泡劑這種不可避免的弊病，出現(xiàn)了分子級消泡劑，這類消泡劑由特殊的礦物油及特殊的分子級消泡物質(zhì)組成，整個分子呈類似于網(wǎng)狀的超分支結(jié)構(gòu)，具有多個錨定點，同時具有一定的自乳化作用，無需另外添加乳化劑，不會出現(xiàn)因乳化劑脫離而造成的縮孔現(xiàn)象。 消泡劑的測試 測試方法A( 噴射試驗): 該方法是對于消泡和抑泡效果的定性評估 用空氣噴射專用起泡溶液產(chǎn)生氣泡。通過測試特定噴射時間后的泡沫高度以及泡沫消除時間來評估材料的“消泡效率”。 測試方法B:抑泡性能測試（手腕搖動方法） 該方法是測試消泡性能的相對方法。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（秒計算）。 測試方法C(循環(huán)泵測試) : 該方法是在攪拌、乳化和剪切作用的動態(tài)狀態(tài)下，測試抑泡性能的量化評估 當溶液在閉合回