消泡劑的消泡機理

　　泡及泡沫常伴隨著人們的生活和生產，有時需要利用它，像浮選、滅火、除塵、洗滌、制造泡沫陶瓷和塑料等；有時需要消除它，如發(fā)酵、涂料、造紙、印染、排除體內器官脹氣、鍋爐用水、廢水處理及棱鏡(或玻璃)的制造等。所謂“泡”或“氣泡”是指不溶性氣體存在于液體或固體中，或存在于以它們的薄膜包圍的獨立的氣泡(bubble)。許多氣泡聚集在一起彼此以薄膜隔開的積聚狀態(tài)謂之泡沫(foam)。氣泡是一種具有氣/液、氣/固、氣/液/固界面的分散體系，后者常見于選礦及油田體系的氣泡。 一般而言，純水和純表面活性劑不起泡，這是因為它們的表面和內部是均勻的，很難形成彈性薄膜，即使形成亦不穩(wěn)定，會瞬間消失。但在溶液中有表面活性劑的存在，氣泡形成后，由于分子間力的作用，其分子中的親水基和疏水基被氣泡壁吸附，形成規(guī)則排列，其親水基朝向水相，疏水基朝向氣泡內，從而在氣泡界面上形成彈性膜，其穩(wěn)定性很強，常態(tài)下不易破裂。泡沫的穩(wěn)定性與表面粘性和彈性、電斥性、表面膜的移動、溫度、蒸發(fā)等因素有關。再者，氣泡與液體的表面張力反變相關，其張力愈小，則愈易起泡。在生活和生產中，有時泡沫的出現(xiàn)，給人們帶來諸多不便，故必須消泡。 凡能破壞泡沫穩(wěn)定性的因素，均可用于消泡。消泡涵蓋“抑泡”和“破泡”兩重因素。有機硅消泡劑即賦此功能，它能降低水、溶液、懸浮液等的表面張力，防止形成泡沫，或使原有泡沫減少，通常具有選擇性作用。一般物理消泡法難于瞬間消泡，而化學和界面消泡，則十分快捷、便當、高效。 概而言之，消泡劑是指具有化學和界面化學消泡作用的藥劑。作為消泡劑，有低碳醇、礦物油、有機極性化合物及硅樹脂等。其形態(tài)有油型、溶液型、乳液型、泡沫型。作為消泡劑均具消泡力強、化性穩(wěn)定、生理惰性、耐熱、耐氧、抗蝕、溶氣、透氣、易擴散、易滲透、難溶于消泡體系且無理化影響、消泡劑用量少、高效等特點。 消泡劑品種繁多，用途廣泛。消泡劑“抑泡”、“破泡”過程是：當體系加入消泡劑后，其分子雜亂無章地廣布于液體表面，抑制形成彈性膜，即終止泡沫的產生。當體系大量產生泡沫后，加入消泡劑，其分子立即散布于泡沫表面，快速鋪展，形成很薄的雙膜層，進一步擴散、滲透，層狀入侵，從而取代原泡膜薄壁。由于其表面張力低，便流向產生泡沫的高表面張力的液體，這樣低表面張力的消泡劑分子在氣液界面間不斷擴散、滲透，使其膜壁迅速變薄，泡沫同時又受到周圍表面張力大的膜層強力牽引，這樣，致使泡沫周圍應力失衡，從而導致其“破泡”。不溶于體系的消泡劑分子，再重新進入另一個泡沫膜的表面，如此重復，所有泡沫，全部覆滅。

    消泡劑的組成：

　　（1） 活性成份

　　作用：破泡、消泡，減小表面張力：

　　代表物：硅油、聚醚類、高級醇等。

　�。�2）乳化劑

　　作用：使活性成分分散成小顆粒，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、皂鹽、op系列等、吐溫系列、斯盤系列等。

　�。�3） 載體

　　作用：有助于載體和起泡體系的結合，易于分散到起泡體系里，把兩者結合起來，其本身的表面張力低，有助于抑泡，且可以降低成本。

　　代表物：除水以外的溶劑，如脂肪烴、芳香烴、含氧溶劑等

　�。�4） 乳化助劑

　　作用：使乳化效果更好。

　　代表物：*分散劑：疏水二氧化硅等；*增粘劑：CMC、聚乙烯醚等。

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    消泡劑的種類

    一、按成分分為：

　　1、天然油脂（即豆油、玉米油等）

　　優(yōu)點：來源容易，價格低，使用簡單；

　　缺點： 如貯存不好，易變質，使酸值增高。

　　2、 聚醚類消泡劑

　　種類挺多，主要有以下幾種：

　　a.GP型消泡劑

　　以甘油為起始劑，由環(huán)氧丙烷，或環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的混合物進行加成聚合而制成的

　　GP型的消泡劑親水性差，在發(fā)泡介質中的溶解度小，所以宜使用在稀薄的發(fā)酵液中。它的抑泡能力比消泡能力優(yōu)越 ，適宜在基礎培養(yǎng)基中加入，以抑制整個發(fā)酵過程的泡沫產生。

　　b.GPE型消泡劑即泡敵

　　在GP型消泡劑的聚丙二醇鏈節(jié)末端再加成環(huán)氧乙烷，成為鏈端是親水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油，也叫。按照環(huán)氧乙烷加成量為10%，20%，……50%分別稱為GPE10，GPE20，……GPE50。

　　GPE型消泡劑親水性較好，在發(fā)泡介質中易鋪展，消泡能力強，但溶解度也較大，消泡活性維持時間短，因此用在粘稠發(fā)酵液中效果較好。

　　c.GPES型消泡劑：有一種新的聚醚類消泡劑，在GPE型消泡劑鏈端用疏水基硬脂酸酯封頭，便形成兩端是疏水鏈，當中間隔有親水鏈的嵌段共聚物。這種結構的分子易于平臥狀聚集在氣液界面，因而表面活性強，消泡效率高。

　　3、高碳醇

　　高碳醇是強疏水弱親水的線型分子，在水體系里是有效的消泡劑。七十年代初前蘇聯(lián)學者在陰離子、陽離子、非離子型表面活性劑的水溶液中試驗，提出醇的消泡作用，與其在起泡液中的溶解度及擴散程度有關。C7~C9的醇是最有效的消泡劑。

　　C12~C22的高碳醇借助適當?shù)娜榛瘎┡渲瞥闪６葹?~9μm，含量為20~50%的水乳液，即是水體系的消泡劑。

　　還有些成酯，如苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯等在青霉素發(fā)酵中具有消泡作用，后者還可作為前體。

　　4、硅類

　　最常用的是聚二甲基硅氧烷，也稱二甲基硅油。它表面能低，表面張力也較低，在水及一般油中的溶解度低且活性高。它的主鏈為硅氧鍵，為非極性分子。與極性溶劑水不親和，與一般油的親和性也很小。它揮發(fā)性低并具有化學惰性，比較穩(wěn)定且毒性小。純粹的聚二甲基硅氧烷，不經分散處理難以作為消泡劑。可能是由于它與水有高的界面張力，鋪展系數(shù)低，不易分散在發(fā)泡介質上。因此將硅油混入SiO2氣溶膠，所構成的復合物，即將疏水處理后的SiO2氣溶膠混入二甲基硅油中，經一定溫度、一定時間處理，就可制得。

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　　有機硅消泡劑系由硅脂、乳化劑、防水劑、稠化劑等配以適量水經機械乳化而成。其特點是表面張力小，表面活性高，消泡力強，用量少，成本低。它與水及多數(shù)有機物不相混溶，對大多數(shù)氣泡介質均能消泡。它具有較好的熱穩(wěn)定性，可在5℃-150℃寬廣的溫度范圍內使用；其化學穩(wěn)定性較好，難與其他物質反應，只要配置適當，可在酸、堿、鹽溶液中使用，無損產品質量；它還具有生理惰性LD250g/Kg鼠，通常用于食品和醫(yī)藥行業(yè)。它對所有氣泡體系兼具有抑泡、破泡功能，隸屬廣譜型消泡劑范疇。它被廣泛用于洗滌劑、造紙、紙漿、制糖、電鍍、化肥、助劑、廢水處理等生產過程中的消泡。在石油工業(yè)中，它被大量用于天然氣的脫硫，加速油氣分離；它還被用于乙二醇的干燥、芳香烴的萃取、瀝青的加工、潤滑油的脫蠟等裝置中控制或抑制氣泡。在紡織工業(yè)中，它用于染色、精練、上漿等過程中的消泡；在化學工業(yè)中它被用于合成樹脂、膠乳、涂料、油墨等過程中的消泡；在食品工業(yè)中它被用于各種濃縮、發(fā)酵、蒸餾過程的消泡�？蓪⒐柚�涂在鍋壁上、出口處或涂在金屬網上，進行消泡。將硅脂配成溶液，可用于油相系統(tǒng)消泡。將硅脂加低粘度硅油配成水乳液，可用于多種水相系統(tǒng)消泡。在醫(yī)學上，通常用于患者術前、X光和胃鏡檢查前清除臟器或胃內器官的脹氣。

　　消泡劑大致可分兩類:一類能消除已產生的氣泡,如乙醇等;另一類則能抑制氣泡的形成如乳化硅油等。我國許可使用的消泡劑有乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯復合物、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

　　結合了聚醚跟有機硅消泡劑二者的優(yōu)點，具有無毒無害，對菌種無害，添加量極少，是一種高性價比的產品。

　　6、新型自乳化消泡劑

　　含特殊改性的聚硅氧烷。具有極好的耐熱性和耐酸堿性及化學穩(wěn)定性，可在很寬的溫度范圍內廣泛用于各種惡劣體系的泡沫消去和抑制。

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  二、按功能分為：

　　1、耐堿消泡劑

　　在高溫強堿條件下能迅速消泡, 持久抑泡。穩(wěn)定性好，用量少，效率高，不漂油；廣泛應用于造紙蒸煮黑液處理、紡織印染行業(yè)中的強堿型精煉劑、強堿條件下清洗劑和其它高溫強堿的水相體系消泡。

　　2、耐酸消泡劑

　　由脂肪酸酯和脂肪酰胺等物質組成，廣泛應用于濕法磷酸、鈦白粉生產、硼酸生產及其他強酸體系。

　　3、高粘性泡沫消泡劑

　　本品是針對造紙制漿黑液、化學選礦、特種化學反應產生的泡沫，其粘度大、泡沫細密、消除難度大等特點研制而成的一種高效復合型消泡劑。

　　4、涂料消泡劑

　　含有多種優(yōu)質的消泡成分，因而適用面廣，它特別適用于消除苯丙膠乳、乙丙膠乳、純丙膠乳、醋酸乙烯膠乳等體系的泡沫。

　　5、造紙消泡劑

　　可以有效控制紙漿、泡沫漫溢和提高抄紙質量。泛應用于造紙抄造系統(tǒng)消泡，亦可用于造紙污水處理、防凍液、蒸餾系統(tǒng)消泡。

　　6、水泥砂漿消泡劑

　　可以有效控制水泥砂漿體系內泡沫產生，使混凝土構件更加致密光亮。

　　7、油田工業(yè)消泡劑

　　可以有效控制油田工業(yè)過程中內泡沫產生，提高石油生產效率。

　　8、清洗用消泡劑

　　可以有效控制清洗劑產生泡沫。

　　9、陽離子體系消泡劑

　　可以有效控制含有陽離子體系泡沫產生，廣泛應用于造紙抄造用陽離子松香膠、陽離子型清洗劑，亦可用于造紙污水處理、防凍液、蒸餾系統(tǒng)消泡。

　　10、高效發(fā)酵消泡劑

　　克服了普通型有機硅消泡劑耐高溫性差、抑泡時間短的缺點；對在發(fā)酵罐中上升積累的泡沫能象聚醚一樣快速的消除，同時本品擁有聚醚無法比擬的時間抑泡的優(yōu)點。

　　11、水處理消泡劑

　　有機硅消泡劑對水性發(fā)泡體系具有很強消泡，抑泡功能，，添加量小且使用成本比較低，是水性體系較理想的消泡劑。

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    消泡劑常識

　　泡沫（foam）是一種普遍的自然現(xiàn)象，對于我們大家來說，也許并不陌生。如在日常生活中燒飯、下餃子、煮面條，稍不留神，就能因泡沫而溢鍋；在兒時玩的吹泡泡，吹出五彩繽紛的泡沫，漫天飄��；在急速倒入杯中的啤酒所溢出的泡沫；在海水拍岸，擊打在海岸邊礁石所形成的壯觀的泡沫；還有在人們洗滌衣物時，常見的肥皂、洗衣粉水液泡沫；沐浴露、洗發(fā)香波所產生的泡沫更是再熟悉不過的了。

　　盡管消防隊員巧妙地利用泡沫撲滅一些火災，點心師傅利用泡沫現(xiàn)象（作用）為我們制出了可口的面包、蛋糕和松糕，炎炎夏日里喝上一瓶汽水或啤酒多么地解渴，這都是泡沫的作用。又諸如泡沫浮選、泡沫冶金、泡沫印染、泡沫印花、泡沫塑料……

    泡沫的危害

　　1、生產能力受到大大的限制：如各種生物發(fā)酵（啤酒生產、酒精制造、醫(yī)藥上各大抗生素的生產……）中各種發(fā)酵罐反應釜蒸煮罐等設備，為了防止泡沫的出現(xiàn)，防止漫溢損失，投料系數(shù)要大打折扣，有時達不到30%。

　　2、造成原料和產品的浪費：由于泡沫的原因，能夠造成有用或貴重原料因漫溢而損失，由此產生的浪費就不言而喻。如造紙廠、糖廠飽充工序、紡織廠的織造工序的上油工序，常因泡沫而引起溢出。

　　3、延長了反應周期：由于化學反應產物中包括有氣體、液體，泡沫會造成氣體滯留，延長了反應周期，不必要地多消耗了動力。又如果酒發(fā)酵由于泡沫存在使反應過度而變味……。

　　4、影響產品品質：紡織工業(yè)中的染色、印花以及水性涂料工藝過程中，由于氣泡的滯留，導致成品布上斑痕、疵點；紙漿漿液的泡沫除了給環(huán)境衛(wèi)生、工人健康造成危害，成品紙也會出現(xiàn)許多孔洞，造成產品質量嚴重下降。

　　5、不利于準確計量：工業(yè)過程中，由于泡沫的存在，干擾液面計的測量準確，造成測量失誤，液體中由于泡沫的存在，使得液體密度發(fā)生較大波動，往往還能引起反應釜吸收塔蒸餾塔液位虛高，致使操作失去平衡，甚至發(fā)生事故。

　　6、污染環(huán)境、引起事故的原因之一：由于泡沫漫溢，必然會污染生產環(huán)境及其周圍環(huán)境，有的甚至造成重大事故。如：美國某煉油廠因渣油泡沫漫溢，引起重大火災，損失慘重，這里不僅是造成浪費，而且使人的生命財產都招致嚴重損失。

　　此外，還有染色上的高溫噴染、溢流染色等新技術的應用，如不解決泡沫的問題，是無法實現(xiàn)的。又如現(xiàn)在十分普及的洗衣機，若不是解決洗衣粉、洗滌劑的無泡、低泡問題，那么洗衣機也就不能夠如此地普及應用。以上這些還遠遠不是泡沫危害的全部，但足以見到它的嚴重性。