有机硅消泡剂的分类及主体成分

背景及概述^[1]

有机硅消泡剂由多官能团的硅油、聚乙烯醇等经机械高压乳化下加工而成。外观为均匀分散型乳白色浆状物，含油量≥30%，pH值6～8，非离子型。本品可溶于水，由于表面活性大不易挥发，耐热、抗氧化、对人体无害，对金属不腐蚀。稳定性≥15min(3500r/min)不分层。本品消泡率高，对泡沫有很好的抑制作用，可在不同pH值溶液中使用，也可在不同温度范围内使用，广泛应用于纺织染整加工工作液中或色浆的消泡或抑泡。用量一般为10～15mg/kg。本品亦可用于造纸、化工医药、味精、发酵等工业作消泡剂。本品应在35℃以下贮存，防止受热产生飘油或分层。

分类及主体成分^[2]

有机硅消泡剂按形态分为油型消泡剂、溶液型消泡剂、乳液型消泡剂和固体型消泡剂4种。油型消泡剂主体成分为二甲基硅油，仅适用于油性发泡体系，且对微酸性发酵效果差，对菌丝发育有一定的抑制作用，因此在发酵行业的应用也受到了限制。同时在纺织印染行业，由于沉淀在织物上的硅斑不易洗净，又一次受到限制。由于适用范围较小，在应用领域方面受到限制，目前所占市场份额

不大。溶液型消泡剂是用二甲基硅油溶解在乙醇等有机溶剂中混匀而成，由于有机溶剂的气味、成本等问题，目前已很少使用。固体型消泡剂主要由二甲基硅油等活性成分包覆在碳酸钙表面，干燥后进行粉碎制得。乳液型消泡剂由二甲基硅油与疏水白炭黑经高温反应生成硅膏，再将硅膏与相应的乳化剂、增稠剂等按一定比例乳化成乳液。我国从20世纪60年代起使用有机硅类消泡剂，自80年代得到了快速发展，目前在各领域均得到了广泛的应用。

消泡原理^[3]

泡沫是气体分散于液体中的分散体系，气体是分散相，液体是分散介质，由于气体不溶于表面活性剂而形成稳定状态。气泡形成后，由于发泡体系分子间的作用，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。同时泡沫是热力学不稳定系统，在重力作用下不断进行着液膜的下流、蒸发、破裂，以及泡沫液膜间的排液、渗透过程。

消泡的原因主要分为两方面：1）易于铺展、吸附的消泡剂分子取代了起泡剂分子，形成了强度较差的膜；2）在铺展过程中消泡剂分子带走邻近表面层的部分溶液，使泡沫液膜变薄，泡沫稳定性降低，易于被破坏。从上面我们可以得知，消泡剂要发挥作用，首先必须渗入到泡膜的双层膜中，其渗入能力可用渗入

系数E表示。消泡剂渗入后需要快速散布开来，其散布能力可用散布系数S表示，

式中：γF为泡沫介质的表面张力；γDF为消泡剂的表面张力；γD为泡沫介质与消泡剂之间的界面张力。当E＞0时，消泡剂能够渗入到泡沫中；当E＜0时，消泡剂不能渗入泡沫中；当S＞0时，消泡剂能在液膜表面扩展；当S＜0时，消泡剂不能在液膜表面扩展。所以，只有当E＞0，S＞0时，消泡剂才具有消泡作用。

应用^[3]

1. 有机硅消泡剂在延迟焦化工艺中的

应用延迟焦化工艺主要是炼油厂将重质渣油经深度加工，提高轻质油收率的热加工工艺。延迟焦化工艺中焦炭塔内高温裂解的油气从部分裂化的焦化原料（高黏度树脂状物质）中逸出，形成很高的泡沫层，泡沫层夹带大量焦粉，随着焦炭塔内焦层高度逐渐增长，泡沫层内的焦粉和未完全反应的稠油随焦化油气一起从焦炭塔顶大油气管线携带到分馏塔，引起分馏塔结焦，甚至造成辐射段进料过滤器、分馏塔底循环过滤器和进料泵堵塞，加热炉管结焦，严重威胁装置的安全生产。携带到分馏塔内的焦粉经分馏等工艺进入到焦化汽油、柴油中，对后续加氢还原工艺也会造成危害。为了消除以上不利影响，国内外普遍采用了在焦炭塔上部加注消泡剂的技术。消泡剂具有显著的消泡效果，可以将泡沫层高度降低，从而减少焦化装置焦粉携带，延长焦化装置的运转周期。石油化工科学研究院开发了低硅、无毒、用量少、消泡效果显著的CDF-10消泡剂，应用在镇海炼化股份有限公司1.1Mt·a-1延迟焦化装置上，并探索了注入位置、注入量和注入方式对消泡效果的影响，应用结果表明消泡剂使焦炭塔的有效利用率由65%提高到78%，处理量也相应提高。采用一种在高温下评价消泡消泡性能的方法，评价了有机硅、低硅和无硅延迟焦化消泡剂的消泡性能。实验结果表明，无硅消泡剂耐热性很差，在150℃以后就发生分解，起不到消泡作用，不适合延迟焦化过程使用；而有机硅消泡剂在400℃时，仍然能保持很好的消泡效果，适宜的有机硅消泡剂加入量为20~50μg·g-1，含有交联结构聚硅氧烷的低硅消泡剂在加入量很少的情况下就能达到很好的消泡效果。

2. 有机硅消泡剂在造纸工业中的应用

造纸工业中泡沫处理是生产中的棘手问题。在碱法制浆过程中，制浆原料中含有脂肪酸、树脂酸等天然物质，与加入的氢氧化钠、硫化钠等化学试剂反应生成皂化物和碱木素等起泡物质，再加上纤维素等高分子物质的稳泡作用，以及浆料流动、搅拌混合使大量空气混入浆料体系，形成了大量稳定的泡沫，给后续工序如洗涤、输送、漂白等带来很大困难，最终会影响浆料洗涤和漂白的质量。在抄纸过程中，制浆工序夹带的天然及人工添加的起泡性表面活性剂、合成高分子等，形成大量泡沫，会导致纸面出现斑点或透光点，甚至引起断纸等。在涂布过程中，涂料起泡会使涂布纸上出现无涂料的斑痕（即鱼眼），影响纸的适应性能和平滑度。因此，无论是制浆、抄纸还是涂布阶段，消泡都是一道重要的工序。

3. 有机硅消泡剂在纺织工业中的应用

纺织品在加工过程中，要接触各种染料和助剂。这些助剂，特别是润湿剂、洗涤剂、渗透剂、抗静电剂和匀染剂等表面活性剂，具有降低浆液表面张力的性质，这一性质对于浆液在织物表面的铺展及浆液对经纱的渗透起到很大的改善作用。但是表面张力低的浆液在受到机械振动后，容易产生泡沫，泡沫的存在会使液体与织物的接触面降低，产生加工不匀现象，严重影响生产和产品质量。在织物染整各工序中，起泡是精炼、漂白、染色和整理过程中的一个难题。由于起泡，纤维或织物难以充分浸透，使处理效果降低，处理时间延长，还会引起污斑等质量问题。消泡剂对于染色过程意义更突出，涤纶织物在进行高温喷射染色时，为达到匀染性，必须使织物在机内高速运行，如果染液中存在泡沫，织物上就会出现色点、色斑和色泽不匀，严重影响产品质量。但在高温高压下，一般的硅氧烷消泡剂会产生薄膜状沉淀而使被染物产生斑点。因此对有机硅消泡剂的水分散性提出了更高的要求，普通聚醚硅油难以达到要求。应用嵌段共聚物就能克服以上缺点，因为这些消泡剂组分能溶于冷水，而不溶于热水，所以能起消泡作用。

主要参考资料

[1] 精细化工辞典

[2] 有机硅消泡剂的应用进展

[3] 有机硅消泡剂的研究进展及应用

[4] 有机硅消泡剂在延迟焦化工艺中的应用