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再谈消泡剂

(2012-4-23)   Hits:1494

再谈消泡剂

 

目录

泡 Bubble 

消泡 Defoaming 

消泡剂 Defoamer 

概述 

消泡剂的消泡机理 

消泡剂的组成: 

消泡剂的种类 

一、按成分分为: 

二、按功能分为: 

消泡剂常识 

泡沫的危害 

泡 Bubble

消泡 Defoaming

消泡剂 Defoamer

概述

消泡剂的消泡机理

消泡剂的组成:

消泡剂的种类

一、按成分分为:

· 二、按功能分为: 

· 消泡剂常识 

· 泡沫的危害 

泡 Bubble

   

 

  一般来说,泡沫是气体再液体中的粗分散体,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。 

消泡 Defoaming

   

消泡剂 Defoamer

   

 

概述

  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

  泡及泡沫常伴随着人们的生活和生产,有时需要利用它,像浮选、灭火、除尘、洗涤、制造泡沫陶瓷和塑料等;有时需要消除它,如发酵、涂料、造纸、印染、排除体内器官胀气、锅炉用水、废水处理及棱镜(或玻璃)的制造等。所谓气泡是指不溶性气体存在于液体或固体中,或存在于以它们的薄膜包围的独立的气泡(bubble)。许多气泡聚集在一起彼此以薄膜隔开的积聚状态谓之泡沫(foam)。气泡是一种具有气/液、气/固、气//固界面的分散体系,后者常见于选矿及油田体系的气泡。 一般而言,纯水和纯表面活性剂不起泡,这是因为它们的表面和内部是均匀的,很难形成弹性薄膜,即使形成亦不稳定,会瞬间消失。但在溶液中有表面活性剂的存在,气泡形成后,由于分子间力的作用,其分子中的亲水基和疏水基被气泡壁吸附,形成规则排列,其亲水基朝向水相,疏水基朝向气泡内,从而在气泡界面上形成弹性膜,其稳定性很强,常态下不易破裂。泡沫的稳定性与表面粘性和弹性、电斥性、表面膜的移动、温度、蒸发等因素有关。再者,气泡与液体的表面张力反变相关,其张力愈小,则愈易起泡。在生活和生产中,有时泡沫的出现,给人们带来诸多不便,故必须消泡。 凡能破坏泡沫稳定性的因素,均可用于消泡。消泡涵盖抑泡破泡两重因素。有机硅消泡剂即赋此功能,它能降低水、溶液、悬浮液等的表面张力,防止形成泡沫,或使原有泡沫减少,通常具有选择性作用。一般物理消泡法难于瞬间消泡,而化学和界面消泡,则十分快捷、便当、高效。 概而言之,消泡剂是指具有化学和界面化学消泡作用的药剂。作为消泡剂,有低碳醇、矿物油、有机极性化合物及硅树脂等。其形态有油型、溶液型、乳液型、泡沫型。作为消泡剂均具消泡力强、化性稳定、生理惰性、耐热、耐氧、抗蚀、溶气、透气、易扩散、易渗透、难溶于消泡体系且无理化影响、消泡剂用量少、高效等特点。 消泡剂品种繁多,用途广泛。消泡剂抑泡、破泡过程是:当体系加入消泡剂后,其分子杂乱无章地广布于液体表面,抑制形成弹性膜,即终止泡沫的产生。当体系大量产生泡沫后,加入消泡剂,其分子立即散布于泡沫表面,快速铺展,形成很薄的双膜层,进一步扩散、渗透,层状入侵,从而取代原泡膜薄壁。由于其表面张力低,便流向产生泡沫的高表面张力的液体,这样低表面张力的消泡剂分子在气液界面间不断扩散、渗透,使其膜壁迅速变薄,泡沫同时又受到周围表面张力大的膜层强力牵引,这样,致使泡沫周围应力失衡,从而导致其破泡。不溶于体系的消泡剂分子,再重新进入另一个泡沫膜的表面,如此重复,所有泡沫,全部覆灭。 

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

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。 

  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?赡苁怯捎谒胨懈叩慕缑嬲帕,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?山柚吭诠谏、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。

  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。

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。辉诩彼俚谷氡械钠【扑绯龅呐菽辉诤K陌,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。

 

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