1、青岛大学本科论文（设计）本科毕业论文(设计)题 目： 消泡剂复配及性能研究 学 院： 化学化工与环境学院 专 业： 轻化工程 姓 名： 刘 欢 指导教师： 张 宾 2014 年 6 月 4 日青岛大学本科论文（设计）消泡剂复配及性能研究A Study on Preparation and Performance of Defoamer青岛大学本科论文（设计）摘 要本论文研究了三种消泡剂 ESD-C（有机硅类）、Z-25AS（聚醚类）、TL-56-1（有机硅类）的消泡、抑泡性能，对其进行了复配实验，考察了各组分对消泡效果的影响，确定了最佳的复配工艺，并且与消泡剂 702 进行试验对比。结果表明：
2、配比为 1:3 的配比为 Z-25AS（25%）和 TL-56-1（75%）的复配消泡剂（0.05%）为最佳，在最大限度上减少消泡时间，时间为 4s，抑泡时间为 9s。该复配消泡剂消泡、抑泡能力较好，性能优越，稳定性好。关键字：消泡剂；硅油型消泡剂；聚醚型消泡剂；复配；稳定性青岛大学本科论文（设计）AbstractIn this thesis , three defoamers ESD-C ( silicone ), Z-25AS ( polyether ), TL-56-1 ( silicone ) of defoaming performance and to carry out comp
3、lex with experiments to study the effects of anti-foaming effect of each component to determine the optimal complex process , and the comparison with experiment 702 defoamers . The results show that : the ratio of 1:3 ratio of Z-25AS (25%) and TL-56-1 (75%) of compound defoamer ( 0.05% ) is the best
4、, reduce the maximum extinction soak time , time of 4s, defoaming time of 9s. The complex defoamers defoaming ability is better , superior performance and good stability.Keywords : defoamer ; silicone defoamer ; polyether defoamer ; complex ; stabilty青岛大学本科论文（设计）目录1 前言 .11.1 泡沫及其性能 .21.1.1 泡沫的形成 .21
5、.1.2 影响泡沫稳定性的因素 .31.2 消泡剂 .41.2.1 消泡剂物化特性 .41.2.2 消泡剂的成分 .41.2.3 消泡剂的分类消泡剂的种类很多，分类方法也有多种 .41.2.4 消泡剂的应用 .61.2.5 消泡剂的消泡机理 .61.2.6 消泡剂的发展概况 .71.3 聚醚改性硅油消泡剂 .81.3.1 聚醚硅油消泡剂的反应原理 .81.3.2 聚醚硅油消泡剂的消泡机理 .91.3.3 复合型消泡剂 .91.4 本课题研究的主要目的和意义 .92 实验 .112.1 实验仪器和试剂 .112.1.1 实验试剂 .112.1.2 实验仪器 .112.2 实验部分 .122.2.
6、1 十二烷基苯磺酸钠溶液（LAS）配制及起泡性测定 .122.2.2 消泡剂固含量的测定 .122.2.3 单一消泡剂的消泡、抑泡性能测试 .122.2.4 消泡剂复配及消泡抑泡性能测定 .132.2.5 稳定性测试 .133 结果与分析 .153.1 十二烷基苯磺酸钠溶液（LAS）起泡性 .153.2 消泡剂固含量的测定 .16青岛大学本科论文（设计）3.3 单一消泡剂的消泡、抑泡性能测试 .173.4 消泡剂的复配 .183.4.1ESD-C 与 TL-56-1 复配结果 .183.4.2 Z-25AS 与 TL-56-1 复配结果 .193.4.3 Z-25AS 与 ESD-C 复配结果
7、 .193.5 稳定性的测试 .213.5.1 离心稳定性 .213.5.2 热稳定性 .214 结论 .21致谢 .23参考文献 .24青岛大学本科论文（设计）11 前言在工业生产的某些场合往往需要加入一定量的表面活性剂，以满足溶液体系在诸如清洗、润滑、防锈等方面的特殊要求。加有表面活性剂的溶液体系因存在气体或搅拌等因素，易生成大量的泡沫 1。泡沫的产生有时是有利的，如矿物的泡沫浮选，消防上的泡沫灭火，石油开采中的泡沫驱油等；但是，在某些领域却是不利的，如溶液浓缩、发酵生产、造纸过程中的纸浆处理、乳液生产等，需要使用消泡剂减弱、抑制或彻底消除泡沫才能满足实际生产的需要 2。对消泡剂的研究最早
8、始于德国实验物理学家 Quincke，他首先提出了用化学方法来消泡的概念，例如用乙醚蒸气来消除肥皂泡。之后，19 世纪的胶体化学家 JPlateau 对液体起泡性进行了研究，提出表面张力小、黏度大的起泡液体起泡性较强。美国胶体化学家 SRoss 在二次大战期间开始研究润滑油的消泡问题，战后连续发表多篇关于消泡的研究报告，在消泡剂的作用机理方面作出了突出贡献。道康宁 （DowCornjng）公司的CCCurrie 对当时的消泡剂文献做了较大规模的整理，对造纸、发酵、锅炉等方面的消泡技术进行了全面系统的研究。工业生产的快速发展引起了消泡剂的使用量大增，对消泡剂的消泡效率、使用成本等提出了新的要求；
9、同时，随着消泡剂在某些特定领域的不断扩展，对其在诸如高温、强酸强碱、高剪切等苛刻条件下使用的稳定性能和消泡性能 提出了新的挑战 3。 1954 年，美国 Wagnd-ott 公司首先投产聚醚型消泡剂，很快得到了迅速的发展。但对聚醚消泡剂的广泛应用和研究是从近几年随着聚醚工业的发展才开始的 4。我国对消泡问题的研究始于上世纪 50 年代。到 60 年代初，我国开始对润滑油、传动油的消泡问题进行系统的研究，从而有助于飞机、内燃机车、舰艇、轿车等工业领域的发展。后来又对造纸、印染、发酵、天然气脱硫、混凝土等方面的消泡问题进行了研究。从 60 年代末，我国开始研究聚醚型消泡剂，并自 70 年代开始生产
10、聚醚型消泡剂。聚醚型消泡剂首先被应用于抗菌素发酵行业，之后逐渐被推广到其他领域；品种也由当时的单一品种甘油聚GP，发展到现今的 GPE、 PPE、BAPE 等。80 年代时，各种各样的消泡剂大量涌现，消泡技术开始在我国各行各业得到了广泛的应用 5。目前大量使用的消泡剂主要集中在硅油型和聚醚型两大类。硅油型消泡剂属低毒、抗氧化、破泡能力较强的消泡剂，且由于硅油本身具有亲油性，因此对油溶性溶液的消泡具有令人满意的效果。但是它的水溶性较差，使其在水体系中的使用收到了一定的限青岛大学本科论文（设计）2制；同时对微酸性发酵效果差，对菌丝发育又有一定的抑制作用，因此，在发酵行业的应用也受到了一定的限制；此
11、外，在纺织印染行业，尤其是浅色织物的印染过程中，由于沉淀在织物上的硅斑不易洗净而又一次受到限制。聚醚消泡剂的优点是亲水性好，且抑泡能力较强，因此在水体系中有较好的消泡效果。但是它又有一个致命的缺点，就是破泡率低，一旦产生了大量的泡沫，聚醚消泡剂并不能一下有效地消除泡沫，而是需要补加一定量的消泡剂才能慢慢解决问题 6。考虑到将上述两种消泡剂能有机地结合起来，发挥两者的优势，即产生了一种新型高效消泡剂：聚醚改性聚硅氧烷消泡剂（又称聚醚改性硅油消泡剂）。聚醚改性聚硅氧烷是通过选择具有较强抑泡能力的聚醚，和疏水性强、破泡迅速的聚硅氧烷为原料进行反应，从而在聚硅氧烷分子中引入聚醚链段制得的共聚物（简称硅
12、醚）。将合成的硅醚，再与增稠剂、乳化剂等成分有效混合，得到具有表面张力低、消泡迅速、抑泡时间长，成本低、用量少、应用面广等特点的聚醚改性聚硅氧烷消泡剂。同时由于聚醚改性硅油的耐热性，抗剪切性及耐酸碱盐性能好，可用于许多苛刻条件下的消泡，比如纺织品高温染色工艺、发酵工艺中的消泡，各种油剂、切削液、不冻液、水性油墨等体系中的消泡，也适用于印刷行业感光树脂制版后，洗掉未固化树脂的消泡。目前，此产品在国内还处于研制阶段，其产品十分欠缺。聚醚改性硅油消泡剂能迅速溶于水中，可单独使用，也可与其它助剂配合使用，稳定性好，不发生破乳漂油现象，也无沉淀物产生；同时对非水体系也非常有效。聚醚改性硅油消泡剂是有机硅
13、消泡剂中理想的新品种，具有很好的发展前景。1.1 泡沫及其性能 1.1.1 泡沫的形成 泡沫在轻化工生产中最常见的一种现象。肉眼中可以看出，泡沫是一部分气体被液体或者固体所包围而形成的密闭空间。仅有一个界面的“泡”叫气泡；由液体薄膜或固体薄膜隔开的具有多个界面的气泡聚集体称为泡沫 7。一般情况下，在纯液体中形成的气泡，如果相互接触或从液体中逸出时，就会立即破裂。若某种液体容易成膜，并且不易破裂，这种液体在搅拌时就会形成大量的泡沫。泡沫产生之后体系中的气液表面积大为增加，体系的不稳定性随之增加，因此泡沫易于破裂。但是，如果体系中含有表面活性剂，情况就不同了。表面活性剂分子被吸附在气液界面上，不但
14、降低了气液两青岛大学本科论文（设计）3相间的表面张力，同时会形成一层具有一定力学强度的分子膜从而使泡沫不易破灭。1.1.2 影响泡沫稳定性的因素影响泡沫稳定性的因素有液体的表面张力、表面黏度即液膜的强度、表面张力的自我修复作用、表面电荷、泡沫气体的扩散以及添加的表面活性剂的结构等。具体分析如下：（1）表面张力及其自修复作用。泡沫形成后体系的气液表面积增加，体系能量随之增加。从能量的角度考虑降低液体的表面张力有利于泡沫的形成，但无法保证泡沫有较好的稳定性。只有当表面膜有一定的强度，能形成多面体泡沫时，低表面张力才有助于泡沫的稳定。但是，许多实际现象已经说明，液体表面张力不是泡沫稳定的决定因素。表
15、面张力的另一个作用，是在泡沫的液膜受到冲击而局部变薄时可使液膜厚度复原，使液膜强度恢复，这种作用称为表面张力的自我修复作用 8。（2）表面黏度。决定泡沫稳定性的关键因素，是液膜的强度，而液膜的强度主要取决于表面吸附膜的坚固性，通常用表面黏度来衡量。表面黏度越大，液膜表面强度越高，同时使临近液膜的排液受阻，延缓了液膜的破裂时间，增加了泡沫的稳定性。（3）气体的透过性。泡沫中的气泡总是大小不均的。小气泡中比大泡中的压力高，于是小泡中的气体会通过液膜扩散到相邻的大泡中，造成小泡变小甚至消失，大泡变大直至破裂。所以，透过性越好的液膜，其气体通过它的扩散速度就越快，泡沫的稳定性也越差。同时，气体的透过性
16、与表面吸附膜的紧密程度有关。表面吸附的分子排列越紧密，表面黏度就越高，气体透过性就越差，泡沫也越不易破裂。（4）表面电荷。如果泡沫液膜带有相同的电荷，该膜的两个表面将相互排斥。当膜变薄至一定程度时两个表面层的静电斥力会阻止液膜的进一步变薄。因此，电荷有阻止液膜变薄增加泡沫稳定性的作用 9。（5）表面活性剂的分子结构。研究表明，表面活性剂水溶液的起泡性和稳泡性皆随表面活性剂浓度上升而增强，到一定浓度后达到极限值。表面活性剂亲水基的水化能力强，就能在亲水基周围形成很厚的水化膜，从而将液膜中流动性强的自由水变成流动性差的束缚水，同时也提高了液膜的黏度，不利于重力排液使液膜变薄，从而可以增加液膜的稳定
17、性。综上所述，影响泡沫稳定性的各因素中，液膜强度是最重要的。作为起泡剂或稳泡剂使用的表明活性剂，其表面吸附分子排列的紧密和牢固程度是最重要的因素，不仅可以使液膜本身具有较高的强度，而且因表面黏度较高而使临近表面膜的溶液层不青岛大学本科论文（设计）4易流动，液膜排液相对困难。同时，排列紧密的表面分子，还能降低气体的透过性，从而也可增加泡沫的稳定性。 1.2 消泡剂1.2.1 消泡剂物化特性对于一种理想的消泡剂而言，其物化性能必须满足适用对象的要求。使用对象不同，所用消泡剂的性能也应有所变化。一般来说，为了能够快速，稳定地消除泡沫，长时间抑制泡沫的产生，一种消泡剂的选择必须考虑多种因素。其中包括以
18、下几个方面的因素：具有良好的消泡能力和泡沫控制能力；具有比泡沫介质更低的表面张力；不溶于泡沫介质；不与泡沫介质起反应，不能被泡沫介质分解降解；具有正的扩散系数，以便使其扩散到气液界面上；低毒或无毒；贮存稳定；成本低：具有低的 BOD，COD 值 10。 1.2.2 消泡剂的成分 为了使消泡剂具有良好的消泡、抑泡效力，进而提高生产效率、产品质量，生产安全等，消泡剂中需含有多种成分以便使消泡剂充分发挥作用。一般一种良好的消泡剂巾的成分及各成分的作用和代表物如下：（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、矿物油、植物油。（2）乳化剂作用：使活性成分分散成较小的颗粒，便于分散在水中，更好地起到消泡、抑泡效果。代表物：皂盐、壬（辛）基酚聚氧乙烯醚、OP 系列、斯盘系列、吐温系列等。 （3）载体作用：利于消泡成分和起泡体系的结合，易于分散到起泡体系里，把两者结合，降低消泡剂的表面张力，有利于抑泡，而且可以降低成本。代表物：除水以外的溶剂，如芳香烃、脂肪烃、含氧溶剂等。 （4）乳化助剂作用：使乳化效果更好。代表物：疏水二氧化硅、乙二醇、CMC、聚乙烯醚等 11。
