消泡剂的种类及特点

一、消泡剂的作用原理

1. 表面张力降低

消泡剂的主要作用是降低液体表面的张力。当消泡剂均匀地分布在泡沫中时,它会接触到泡沫的表面,降低表面张力,从而使薄层破裂,达到消泡的效果。

2. 吸附和扩散

消泡剂分子能够迅速吸附在泡沫的表面,并在泡沫表面扩散。这种吸附和扩散作用有助于破坏泡沫的稳定性,使其更容易破裂和消失。

二、有机硅类消泡剂

  1. 特性
    • 有机硅类消泡剂具有低于水、表面活性剂水溶液和一般油类的表面张力,这使得它在接触到泡沫时能够迅速破坏泡沫的表面膜结构。例如,其表面张力通常可以低至20 – 21 dyn/cm(达因/厘米,是表征表面张力的单位)。
    • 拥有低挥发性,这意味着在使用过程中,它不容易挥发到空气中,从而保证了消泡剂的长效性。在长时间的消泡作用期间,其在体系中的含量能保持稳定。
    • 化学惰性强,它不容易与其他化学物质发生反应。比如在一些含有多种化学成分的复杂体系中,如制药生产中的多种活性成分混合环境,它可以稳定地发挥消泡作用,不会干扰其他成分的化学性质。
  2. 应用优势与局限
    • 基于上述特性,它具有强大的消泡性能,能够快速破除已经形成的泡沫。在许多工业发酵过程中,如啤酒发酵或者抗生素发酵,一旦出现泡沫,有机硅消泡剂能够迅速将泡沫消除,保证发酵过程的正常进行。
    • 其快速的破泡能力,也适用于许多化学反应中防止泡沫溢出容器。例如在一些聚合反应中,反应体系容易产生大量泡沫,有机硅消泡剂可及时抑制和消除泡沫。
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,主链为硅氧键,为非极性分子,挥发性低并具有化学惰性,比较稳定且毒性小。不过纯粹的聚二甲基硅氧烷,不经分散处理难以作为消泡剂,通常将硅油混入SiO2气溶胶构成复合物,经一定温度、一定时间处理可制得有机硅消泡剂。有机硅消泡剂由硅脂、乳化剂、防水剂、稠化剂等配以适量水经机械乳化而成,具有表面张力小、表面活性高、消泡力强、用量少、成本低等特点,与水及多数有机物不相混溶,对大多数气泡介质均能消泡,热稳定性好(可在5℃ – 150℃使用),化学稳定性较好,还具有生理惰性,常用于洗涤剂、造纸、制糖、电镀等生产过程中的消泡,在石油、纺织、化学工业以及食品工业等也有广泛应用。
三、聚醚类消泡剂
  1. 特性方面
    • 最大的优点是抑泡能力强,能够在较长时间内防止泡沫的再次生成。在许多连续生产过程中,如化工连续反应釜或者纺织印染的长流程加工中,可以持续抑制泡沫的产生,减少泡沫对生产的干扰。
    • 耐高温、耐强酸强碱等恶劣环境。在一些化工生产中的高温蒸煮环节或者酸碱处理过程中,它可以稳定存在并且发挥消泡和抑泡功能。在200℃以上温度下仍然能保持其优良的消泡能力,例如在一些高温的化工反应釜中的消泡操作,聚醚类消泡剂能够适应高温环境并防止泡沫产生。
  2. 应用局限
    • 受温度限制影响相对较大,虽然耐高温,但是在某些特定的温度范围外,其消泡效率会有所降低。例如在极低温度环境下的一些加工过程,它的消泡活性可能会下降。
    • 使用领域不如有机硅类广泛。尽管在一些特定的工业领域有不可替代的优势,但是从整体工业应用场景的多样性来看,其适用范围较有机硅类还是相对较窄。
           聚醚类消泡剂包含多种类型,如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的混合物进行加成聚合而制成。这种类型的消泡剂亲水性差,在发泡介质中的溶解度小,所以适宜使用在稀薄的发酵液中,其抑泡能力比消泡能力更优越,常常在基础培养基中加入,可以抑制整个发酵过程的泡沫产生。

     GPE型消泡剂即泡敌,是在GP型消泡剂的基础上进行改造的。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,所以对于粘稠发酵液的消泡效果较好。

     GPES型消泡剂是一种新型的聚醚类消泡剂,在GPE型消泡剂链端用疏水基硬脂酸酯封头,形成两端是疏水链,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。

     整体而言,聚醚类消泡剂具有消泡能力优良,同时水分散性好、无毒无味等优点,所以迅速在纺织印染、食品加工和发酵等众多工业行业得到了广泛的应用。并且可以通过调节原料氧乙烯、氧丙烯的比值及分子量来设计和调节消泡性能、分散性能,以适应不同的工业用途。

四、矿物油类消泡剂

由载体、活性剂等组成,其中载体是低表面张力的物质(例如水、脂肪醇等),其作用是承载和稀释;活性剂(如蜡、脂肪族酰胺、脂肪等)的作用是抑制和消除泡沫。这类消泡剂具有快速消泡、效率高、消泡持久、经济性好的优点,并且能在水中分散而变成具有适度稳定性的乳液,在酸性及碱性条件下都能发挥作用,具有良好的耐热性能,能够在一定温度范围内稳定工作。例如在一些涂料烘烤干燥过程或者高温蒸煮工艺中,矿物油类消泡剂可以保持稳定的消泡效果。不过,它的相容性较差,对于密集型泡沫的消泡效果不太理想,不适用于对产品外观光泽有严格要求的工业中,一般常在采矿、炼油、冶炼、油田、钻井、选矿等领域使用。

五、新型自乳化消泡剂

这类消泡剂实际上是一种乳化剂,主要是利用表面活性剂的分散作用来实现消泡功能。其分子结构中包含亲水基团和亲油基团,能够将形成泡沫的物质分散在水中,从而避免生成泡沫。

新型自乳化消泡剂是一种较为先进的消泡剂类型,它们能够在水中自动乳化,形成稳定的消泡体系。这类消泡剂通常具有优异的消泡效果和稳定性,适用于一些特殊的应用场合。例如,在纤维织物染色及整理过程中,对所用消泡剂的质量有严格要求,新型自乳化消泡剂能够满足这些要求,避免在织物上出现油迹或油斑,保证产品质量。

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