消泡剂的原理、种类、选择.doc

泡 Bubble 一般来说，泡沫就是气体在液体中得粗分散体，属于气-液非均相体系。体积密度接近气体而不接近液体得气-液分散体。气-液分散体分为液多气少得“气泡分散体”与气多液少得“泡沫”。 如上图。 什么就是泡沫？泡沫可定义为液体介质中稳定得气体。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，成为稳定得泡沫，膜板得厚度为几个um。 马兰哥尼效应阻止气泡膜得排液，恢复气泡膜厚度、 气泡向空气排放气体，气泡破裂。影响此一过程得因素就是气泡得表观粘度与稠密度影响到消泡剂微粒在气泡表面膜上得渗透扩散、 消泡 Defoaming抑泡 anti-Foaming 长时间得消泡又称抑泡，抑泡时间得长短正就是消泡剂品质优劣得最主要标志。多数场合下我们使用消泡剂正就是利用它得抑泡性能，而不就是初始得消泡性。 消泡剂 Defoamer 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:从气泡得界面侵入泡中,令气泡合一浮出液面。 概述消泡剂又称为抗泡剂 在工业生产得过程中会产生许多有害泡沫，需要添加消泡剂。 消泡剂得种类很多，有机硅氧烷、聚醚、硅与醚接枝、含胺、亚胺与酰胺类得，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、强酸与强碱得特点。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得有害泡沫。 消泡剂得消泡机理1泡沫局部表面张力降低导致泡沫破灭 该种机理得起源就是将高级醇或植物油撒在泡沫 上,当其溶入泡沫液,会显著降低该处得表面张力。 因为这些物质一般对水得溶解度较小,表面张力得降低仅限于泡沫得局部,而泡沫周围得表面张力几乎没有变化。表面张力降低得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, 使具有稳泡作用得表面活性剂难以发生恢复膜弹性得能力。 3消泡剂能促使液膜排液,因而导致气泡破灭 泡沫排液得速率可以反映泡沫得稳定性,添加一种加速泡沫排液得物质,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得 疏水端,使疏水颗粒产生亲水性并进入水相,从而起到消泡得作用。 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得低分子物质,可以使 助泡表面活性剂被增溶、使其有效浓度降低。有这 种作用得低分子物质如辛醇、乙醇、丙醇等醇类,不 仅可减少表面层得表面活性剂浓度,而且还会溶入表面活性剂吸附层,降低表面活性剂分子间得紧密程度,从而减弱了泡沫得稳定性。 6电解质瓦解表面活性剂双电层而导致气泡破灭 对于借助泡沫得表面活性剂双电层互相作用, 产生稳定性得起泡液,加入普通得电解质即可瓦解表面活性剂得双电层起消泡作用。 消泡剂得组成：（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，更好得起到消泡、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：有助于载体与起泡体系得结合，易于分散到起泡体系里，把两者结合起来，其本身得表面张力低，有助于抑泡，且可以降低成本。 代表物：除水以外得溶剂，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。 消泡剂得种类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 以甘油为起始剂，由环氧丙烷，或环氧乙烷与环氧丙烷得混合物进行加成聚合而制成得 GP型得消泡剂亲水性差，在发泡介质中得溶解度小，所以宜使用在稀薄得发酵液中。它得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得泡沫产生。 b、GPE型消泡剂即泡敌 在GP型消泡剂得聚丙二醇链节末端再加成环氧乙烷，成为链端就是亲水基得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：有一种新得聚醚类消泡剂，在GPE型消泡剂链端用疏水基硬脂酸酯封头，便形成两端就是疏水链，当中间隔有亲水链得嵌段共聚物。这种结构得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 高碳醇就是强疏水弱亲水得线型分子，在水体系里就是有效得消泡剂。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得水溶液中试验，提出醇得消泡作用，与其在起泡液中得溶解度及扩散程度有关。C7C9得醇就是最有效得消泡剂。 C12C22得高碳醇借助适当得乳化剂配制成粒度为49m，含量为2050%得水乳液，即就是水体系得消泡剂。 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)做为古老得消泡剂，仍然被工业界广泛使用着，因其极低得表面张力（27、79 25),极低得水溶性（0、61 25,溶剂溶于水）,消泡效果显著,但因其有刺激性及一定得毒性，较多用于不与食品/日用化妆品接触得其她工业。4、硅类 最常用得就是聚二甲基硅氧烷，也称二甲基硅油。它表面能低，表面张力也较低，在水及一般油中得溶解度低且活性高。它得主链为硅氧键，为非极性分子。与极性溶剂水不亲与，与一般油得亲与性也很小。它挥发性低并具有化学惰性，比较稳定且毒性小。纯粹得聚二甲基硅氧烷，不经分散处理难以作为消泡剂。可能就是由于它与水有高得界面张力，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，所构成得复合物，即将疏水处理后得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。其特点就是表面张力小，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。它具有较好得热稳定性，可在5-150宽广得温度范围内使用；其化学稳定性较好，难与其她物质反应，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，通常用于食品与医药行业。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得消泡。在石油工业中，它被大量用于天然气得脱硫，加速油气分离；它还被用于乙二醇得干燥、芳香烃得萃取、沥青得加工、润滑油得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、上浆等过程中得消泡；在化学工业中它被用于合成树脂、胶乳、涂料、油墨等过程中得消泡；在食品工业中它被用于各种浓缩、发酵、蒸馏过程得消泡。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光与胃镜检查前清除脏器或胃内器官得胀气。 消泡剂大致可分两类:一类能消除已产生得气泡,如乙醇等;另一类则能抑制气泡得形成如乳化硅油等。我国许可使用得消泡剂有乳化硅油、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、聚氧丙烯甘油醚与聚氧丙烯5、聚醚改性硅 结合了聚醚跟有机硅消泡剂二者得优点，具有无毒无害，对菌种无害，添加量极少，就是一种高性价比得产品。 聚醚改性有机硅，就是在硅氧烷分子中因如聚醚链段制得得聚醚 - 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，抑泡时间长与安全无毒等特点，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，但其消泡速度与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得优点，成为一种性能优良，有广泛应用前景得消泡剂。在硅醚共聚物得分子中，硅氧烷段就是亲油基，聚醚段就是亲水基。聚醚链段中聚环氧乙烷链节能提供亲水性与起泡性，聚环氧丙烷链节能提供疏水性与渗透力，对降低表面张力有较强得作用。聚醚端基得基团对硅醚共聚物得性能也有很强得影响。常见得端基有羟基、烷氧基等。调节共聚物中硅氧烷段得相对分子质量，可以使共聚物突出或减弱有机硅得特性。同样，改变聚醚段得相对分子质量，会增加或降低分子中有机硅得比例，对共聚物得性能也会产生影响。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，失去对水得溶解性与机械稳定性，并耐酸、碱与无机盐，可用于苛刻条件下得消泡，广泛用于涤纶织物高温染色工艺、发酵工艺中得消泡。此外，也可用于二乙醇胺脱硫体系得消泡及各种油剂、切削液、不冻液、水性油墨等体系得消泡，也适用于即印刷行业感光树脂制版后，洗掉未固化树脂得消泡，就是一种很有代表性、性能优良、用途广泛得有机硅消泡剂。聚硅氧烷消泡剂通常由聚二甲硅氧烷与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得消泡剂就是消泡体系中一类理想得消泡剂，就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得表面活性剂表面张力更低。单纯得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得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得接触角大于90,从而迫使发泡液体从固体疏水粒子表面排开,引起泡沫得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得消泡效果。 6、新型自乳化消泡剂 含特殊改性得聚硅氧烷。具有极好得耐热性与耐酸碱性及化学稳定性，可在很宽得温度范围内广泛用于各种恶劣体系得泡沫消去与抑制。 7、 聚硅氧烷消泡剂 聚硅氧烷消泡剂通常由聚二甲硅氧烷与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得消泡剂就是消泡体系中一类理想得消泡剂，就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得表面活性剂表面张力更低。单纯得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得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得接触角大于90,从而迫使发泡液体从固体疏水粒子表面排开，引起泡沫得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得消泡效果。聚硅氧烷消泡剂由于有优良得消泡效能及其她优点，已在许多领域广泛应用，特别就是在纺织物染整加工中，发展尤为迅速，研究发现，以聚二甲基硅氧烷与聚乙烯得共聚物为基材得硅酮乙二醇类消泡剂，由于特殊得溶解性能，在喷射染色与其她纺织物加工中，具有理想得消泡效果。 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、纺织印染行业中得强碱型精炼剂、强碱条件下清洗剂与其它高温强碱得水相体系消泡。 2、耐酸消泡剂 由脂肪酸酯与脂肪酰胺等物质组成，广泛应用于湿法磷酸、钛白粉生产、硼酸生产及其她强酸体系。 3、高粘性泡沫消泡剂 本品就是针对造纸制浆黑液、化学选矿、特种化学反应产生得泡沫，其粘度大、泡沫细密、消除难度大等特点研制而成得一种高效复合型消泡剂。 4、涂料消泡剂 含有多种优质得消泡成分，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得泡沫。 5、造纸消泡剂 可以有效控制纸浆、泡沫漫溢与提高抄纸质量。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、抑泡时间短得缺点；对在发酵罐中上升积累得泡沫能象聚醚一样快速得消除，同时本品拥有聚醚无法比拟得时间抑泡得优点。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，就是水性体系较理想得消泡剂 消泡剂常识泡沫（foam）就是一种普遍得自然现象，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；在儿时玩得吹泡泡，吹出五彩缤纷得泡沫，漫天飘浮；在急速倒入杯中得啤酒所溢出得泡沫；在海水拍岸，击打在海岸边礁石所形成得壮观得泡沫；还有在人们洗涤衣物时，常见得肥皂、洗衣粉水液泡沫；沐浴露、洗发香波所产生得泡沫更就是再熟悉不过得了。 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）为我们制出了可口得面包、蛋糕与松糕，炎炎夏日里喝上一瓶汽水或啤酒多么地解渴，这都就是泡沫得作用。又诸如泡沫浮选、泡沫冶金、泡沫印染、泡沫印花、泡沫塑料泡沫得危害1、生产能力受到大大得限制：如各种生物发酵（啤酒生产、酒精制造、医药上各大抗生素得生产）中各种发酵罐反应釜蒸煮罐等设备，为了防止泡沫得出现，防止漫溢损失，投料系数要大打折扣，有时达不到30%。 2、造成原料与产品得浪费：由于泡沫得原因，能够造成有用或贵重原料因漫溢而损失，由此产生得浪费就不言而喻。如造纸厂、糖厂饱充工序、纺织厂得织造工序得上油工序，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：纺织工业中得染色、印花以及水性涂料工艺过程中，由于气泡得滞留，导致成品布上斑痕、疵点；纸浆浆液得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，由于泡沫得存在，干扰液面计得测量准确，造成测量失误，液体中由于泡沫得存在，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、引起事故得原因之一：由于泡沫漫溢，必然会污染生产环境及其周围环境，有得甚至造成重大事故。如：美国某炼油厂因渣油泡沫漫溢，引起重大火灾，损失惨重，这里不仅就是造成浪费，而且使人得生命财产都招致严重损失。 此外，还有染色上得高温喷染、溢流染色等新技术得应用，如不解决泡沫得问题，就是无法实现得。又如现在十分普及得洗衣机，若不就是解决洗衣粉、洗涤剂得无泡、低泡问题，那么洗衣机也就不能够如此地普及应用。以上这些还远远不就是泡沫危害得全部，但足以见到它得严重性。 总之，泡沫得存在，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，可以毫不夸张得说，“泡沫”将成为我们得拦路虎，成为某些过程得“瓶颈”。令人欣慰得就是，对于泡沫得消除，我们已有良策、 消泡剂得发展 近来消泡剂得研究主要集中在有机硅化合物与表面活性剂得复配、聚醚与有机硅得复配、水溶性或油溶性聚醚与含硅聚醚得复配等复配型消泡剂上，复配就是消泡剂得发展趋势之一。就目前消泡剂而言，聚醚类与有机硅类消泡剂得性能最为优良，对这两类消泡剂得改性与新品种得开发研究也比较活跃、 为了消除传统消泡剂这种不可避免得弊病，出现了分子级消泡剂，这类消泡剂由特殊得矿物油及特殊得分子级消泡物质组成，整个分子呈类似于网状得超分支结构，具有多个锚定点，同时具有一定得自乳化作用，无需另外添加乳化剂，不会出现因乳化剂脱离而造成得缩孔现象。 消泡剂得测试 测试方法A( 喷射试验): 该方法就是对于消泡与抑泡效果得定性评估 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得泡沫高度以及泡沫消除时间来评估材料得“消泡效率”。 测试方法B:抑泡性能测试（手腕摇动方法） 该方法就是测试消泡性能得相对方法。定量得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得时间（秒计算）。 测试方法C(循环泵测试) : 该方法就是在搅拌、乳化与剪切作用得动态状态下，测试抑泡性能得量化评估 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得时间来评估消泡效率 。 有机硅乳液消泡剂使用注意 ： 在使用或采样前需要充分搅匀乳液 水包油型乳液可任意稀释，但同时乳液得稳定性也会因此急剧下降，如发生分层等稀释时请将水加入消泡剂中并缓慢搅拌 由于乳液在原始浓度下稳定性最好，所以稀释后得乳液必须在短期内用完 乳液对霜冻与温度高于40C都很敏感而易遭到破坏 防止霜冻！已经冻住得乳液可以小心地去霜冻，但在进一步使用前必须作检测 长时间强烈振荡或强烈剪切（如使用机械泵，均质机等）或搅拌会破坏乳液得稳定性 提高乳液得粘度或添加增稠剂可以提高乳液得稳定性 如何选择发酵用消泡剂选择消泡剂要符合以下几点: 1、在起泡液中不溶或难溶 为破灭泡沫，消泡剂应该在泡膜上浓缩、集中。对破泡剂得情况，应在瞬间浓缩、集中，对于抑泡得情况应经常保持在这种状态。所以消泡剂在起泡液中就是过饱与状态，只有不溶或难溶才易于达到过饱与状态。不溶或难溶，才易于聚集在气液界面，才易于浓缩在泡膜上，才能在较低浓度下发挥作用。用于水体系得消泡剂，活性成分得分子，须为强疏水弱亲水，HLB值在1、53范围，作用才最好。 2、表面张力低于起泡液 只有消泡剂分子间作用力小，表面张力低于起泡液，消泡剂微粒才能够在泡膜上浸入及扩展。值得注意得就是，起泡液得表面张力并非溶液得表面张力，而就是助泡溶液得表面张力。 3、与起泡液有一定程度得亲与性 由于消泡过程实际上就是泡沫崩溃速度与泡沫生成速度得竞争，所以消泡剂必须能在起泡液中快速分散，以便迅速在起泡液中较广泛得范围内发挥作用。要使消泡剂扩散较快，消泡剂活性成分须与起泡液具有一定程度得亲与性。消泡剂活性成分与起泡液过亲，会溶解；过疏又难于分散。只有亲疏适宜，效力才会好。 4、与起泡液不发生化学反应 消泡剂与起泡液发生反应，一方面消泡剂会丧失作用，另一方面可能产生有害物质，影响微生物得生长。 5、挥发性小，作用时间长