聚醚改性有机硅消泡剂的研究

工业上有很多工艺过程由于产生泡沫而成为生产上的严重问题。例如，润滑油在工作中产生的泡沫能够降低以至丧失润滑性能，使元件磨损甚至发生故障．在制造抗菌素、谷氨酸等的发酵过程中，常因发泡严重而降低设备利用率，甚至影响氧的供给，使效率降低．在涂料喷刷器具时，由于产生泡沫，大大影响涂料的应用效果．可见消除泡沫具有很大的技术经济意义。

消除泡沫最有效的方法是使用消泡剂，它能抑制泡沫的产生、消除已生成的泡沫．聚硅氧烷的表面张力非常低，本身分子间的作用力又小，在水及动植物油，矿物油介质中不溶解或溶解度极小，聚醚改性有机硅消泡剂能够迅速扩散到泡膜表面，使泡膜破裂．有机硅消泡剂和一般消泡剂(如辛酸、脂肪酸及其酯类、磺化油、胺、金属皂等)相比较，具有消泡能力强、不易与起泡介质发生化学反应、无毒、生理惰性等特点，是应用范围最广的消泡剂。

1、 消泡机理

从热力学观点看．所谓“泡沫”就是一个不溶性气体在外力的作用下，进入到液体之中．并被液体相互隔离的非均相体系．产生泡沫时由于液体表面积的迅速增加，体系的自由能也迅速增加．泡沫体系自由能的增加．即△G=r△A(T．P)，其中r为液体的表面张力，A为体系的表面积，由此可知，泡沫体系自由能的增加是表面张力和增加表面积的乘积，因此，泡沫产生及难易程度与液体的表面张力有关。

实际使用的乳状液中，由于表面活性剂过量，将混入的空气用一牢固的液膜包围起来；又由于表面活性剂的分子结构中都有亲水和憎水基团，当气泡形成时，由于分子问引力的作用，被气泡壁吸附，并排列在气液界面上，阻止了泡膜的破裂。

泡沫本是不稳定的，它的破裂要经过3个过程，达到自然消泡：

①气泡的再分布；

    ②膜厚的减少；

    ③膜的破裂。

但对于一个比较稳定的泡沫体系，经过这3个过程，达到自然消泡，需要经过很长的时间。这对于工业生产来说，是不现实的，所以绝大多数都使用消泡剂。

消泡剂以微粒的形式渗入到泡沫体系之中，接触泡沫后，即捕获泡沫表面的憎水链端，形成很薄的双膜层，散布，层状浸入，进一步捕获和扩散．由于消泡剂的低表面张力．使泡膜的表面张力局部降低，膜壁逐渐变薄，而被用围表面张力大的膜层强力牵引，最后导致泡沫破裂，如图l所示。

2、 改性聚硅氧烷和聚醚形成的嵌段共聚物消泡剂的合成及性能测试

在此所述的消泡剂是用改性聚硅氧烷和低分子量的聚醚形成的嵌段共聚物。

2．1 低分子量聚硅氧烷的合成

    具体步骤如下：l00 g三甲基乙氧基硅烷中加0．5gKOH，加热至ll0 ℃左右，反应3h，冷却至50℃左右。加硼酸中和至中性，抽滤，除去不溶物，减压蒸馏至90 ℃左右，真空度为20～40 mmHg，蒸馏头温度为40 ℃左右。由于硼酸是不溶于聚硅氧烷的白色粉末，在中和时硼酸不仅应过量，而且还需要充分搅拌．用粘度计和比重天平分别测其粘度和比重，然后查其分子量M.聚硅氧烷分子量、聚台度、粘度之间的关系见表1和表2。

实验用聚硅氧烷分子量分两种，分别为532和458，为六聚物和七聚物。

2．2消泡剂的制备

在此所述消泡剂合成的另一种原料是聚醚，其粘度为212cp，分子量M一2000，这种聚醚是由

(1)和(2)聚合而成的，其分子式通式可表示为：

(3)，其中一端是一0R基团，另一端则是一OH基团．

这种聚醚在酸性条件下，可与聚硅氧烷分子间进行交替缩合，形成嵌段共聚物，缩合时聚醚的一0R基团和一0H都可参加，因而能够生成小分子量的醇和水。具体合成的方法如下：

(1)在250 ml三颈瓶中，加入30 g分子量为532的聚硅氧烷，112 g分子量为2000的聚醚，30 ml甲苯，0.2mlCF3COOH(催化剂)装上回流装置和搅拌装置。加热至120℃，反应时间为3．5 h，冷却至50 ℃左右，加NaHco3中和至中性，抽滤，除去不溶物，在真空度为20～40 mmHg条件下，进行减压蒸馏，除去低拂点物质，得消泡剂A1，测其粘度。

按上条件反应3 h，2．5 h和2 h，分别得消泡剂A2，A3，A4，测它们的粘度。

A组是聚硅氧烷：聚醚=l mol：1 mol。

(2)在250 ml三颈瓶中加15 g分子量为45的聚硅氧烷，1 30 g分子量为2000的聚醚，30 ml甲苯，0.2mlCFscooH(作催化剂)，加热至120 ℃，按条件反应2 h，1．5 h和1 h，分别得B2、B3、B4，测它们的粘度。

B组是聚硅氧烷：聚醚=1 mol：2 mol

2．3消泡剂的性能测试

消泡剂的性能可用多种测试方法测定，在此所述的消泡剂是低粘度的，故用动态试验。

在刻度容器中，投入100ml起泡剂，添加1ml消泡剂后，使用均化器，以恒定的3000～4000 r·p·m高速搅拌样品，时间为l 20～180 s，分别记录搅拌后30 s、60 s、180 s时的液位高度。

3、 结果与讨论

3．1数据处理

用旋转式粘度计分别测A组和B组消泡剂的粘度，测定时温度为25 ℃，结果见表3。

分别以消泡剂的粘度对反应时间作图，得图2和图3。

从图2中可以看出，消泡剂的粘度随反应时间的增加而增加，增

长的幅度也随反应时间的延长而增大，但其增长的幅度没有像A组消泡剂大，这可能是由于B组消泡剂都是用聚醚封端，而A组消泡剂则是一端用聚醚封端，另一端用聚硅氧烷封端。

3．2消泡剂的消泡性能结果讨论

这次测消泡荆的消泡性能用了两种发泡剂，一种是改性聚苯乙烯；另一种是240水溶性涂料，用它测得A组和B组消泡剂的消泡性能。

3．2．1由政性聚苯乙烯发泡剂所测

因搅拌而使液面升高，其高度为10 mm．未加消泡剂时搅拌后1 min的液面高度为l 5×1．1—16．5(ml)，称Ho；未加消泡剂时，停止搅拌后1min的液面高度为6×1．1=6．6(ml)，称ho；加消泡剂后搅拌1

min时的液面高度为H；加消泡剂后，停止搅拌后1 min时的液面高度为h；

△H=Ho—日      △h=ho-h以△H对粘度作得图4。

3．2．2由240乳液涂料所测得

字母所表示的意义与上相同，但Ho=19．8 mL，ho=8×1．1=8．8 mL

同样以△H对消泡剂的粘度作图，见图5和图6．从图5看出△H随

粘度的增大而下降，△H越大表示该消泡剂的消泡性能越好，因而A组消泡剂对改性聚苯乙烯乳液的消泡能随粘度的下降而增加；从图6同样可以看出，B组消泡剂对240涂料的消泡性也随其粘度的增加而减小。

4、 结论

综上所述，可得出一般性结论，聚醚改性有机硅消泡剂有良好的消泡性能，且随其粘度的减小消泡性能增加。