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聚醚改性硅油乳化剂的合成及其在特种有机硅消泡剂中的应用实验的结果与讨论

文章出处:江苏凤谷节能科技有限公司 www.fg-furnace.com责任编辑:江苏凤谷节能科技有限公司 www.fg-furnace.com人气:-发表时间:2017-09-02 10:05【

2.1 PMS合成条件的确定

在聚醚与含氢硅油进行硅氢加成反应时,影响硅氢键转化率的因素主要有5个:反应温度(A)、PE与PHMS的量之比(B)、催化剂用量(C)、溶剂质量分数(D)和反应时间等。单因素试验研究发现后,加成反应经过约5—10 min的引发期后,反应速度迅速加快,3 h后反应几乎中止;从节约能源来讲,本实验反应时间均选择3 h。本实验将其余4因素分设三个水平,以硅氢键转化率为指标,选用正交表L9(3的4次方 )进行实验(见表1),结果见表2。

表1.JPG

表2.JPG

由表2可见,各因素对硅氢键转化率( α)的影响如下:D>B>C>A, 即催化剂用量对硅氢加成反应的影响最显著。随着催化剂用量的增

加,反应速度加快、α提高,但用量达到一定值后,对反应速度无明显影响,且还会因反应产生的铂黑导致产物色泽加深,产品外观变差,限制了其使用范围;原料配比亦对α有很大影响,随着PE与PHMS量之比的增加,α增高,但PE残留量增加,影响产物的性能;随着溶剂用量的增加,α也有一定的提高,但过多的溶剂会稀释催化剂,降低反应速率,因而溶剂的质量分数选择30% ;反应温度对α的影响相对较小,高温有利于反应的进行,但温度过高引起分子交联,导致体系黏度增大,影响产品性能 。对正交实验进行方差析,得到较佳合成方案为A2B2C3D3,即PE与PHMS的量之比为1:1.2,100℃反应3h、催化剂、溶剂质量分数分别为30×10的负6次方、30% 。该工艺条件下α可达98.7% 。

2.2 PMS的红外光谱表征

图1为PHMS、PE及产物PMS的红外光谱图。

图1.JPG

图1α中2 160 cm-1处Si—H的特征吸收峰和图1b中164.5 cm-1处C=C的特征吸收峰于图1c中消失,说明PE基本接枝到PHMS侧链上;且图1C中存在聚硅氧烷链段和聚醚基团相应的特征吸收峰:1 028 (Vsi-O-si,s), 805( vsi—c,S),1 260 (δc—H,S,Si—CH3),3 493(vo—H,m)1 456 (δc—H,S,一CH2一),1 374(δc—H,S,一CH3),2 967 (vc-H,s,一CH3一)2 869(Vc—H,S,一CH2一)cm-1,进一步论证了上述结论。但1 645 cm-1处仍有C=C的特征伸缩频率吸收峰,这是因为聚醚本身过量,反应后仍有少量残余。

2.3 PMS用量对消泡剂稳定性的影响

表3为PMS质量分数对消泡剂稳定性的影响。

表3.JPG

由表3可见,未加PMS的乳化体系制得的消泡剂乳液在pH值为5.5和9.0的条件下会很快破乳、分层;随着PMS用量的增加,乳胶粒粒径越来越小,乳液的各种稳定性也越来越好,外观上乳液逐渐由乳白色变透明;PMS质量分数为3% 的消泡剂乳液的耐热性好,在较宽的pH值及温度范围内稳定。

2.4 PMS用量对消泡剂乳胶粒粒径的影响

PMS作为乳化剂需兼顾消泡活性和乳液稳定性。乳液pH值的高低影响消泡剂乳液的带电性能,进而对乳液稳定性有直接影响。在弱酸、弱碱性作用下,乳胶粒子表面形成双电层结构,使乳胶粒子之间产生排斥力,从而阻止粒子聚集,使乳胶粒分散更好,有利于乳液稳定。若酸、碱性过强,则乳胶粒表面形成的双电层遭到破坏;乳胶粒之间因斥力过大而出现破乳,严重限制了有机硅消泡剂的应用范围。作为刺破泡沫的“针尖”,粒径在l0~20μm之间的乳胶粒插入泡沫膜表面阻力小、入膜深和泡沫排水时问短,破坏油-水-气膜的能力强,消泡速度快;如果乳胶粒粒径太小,乳胶粒与泡沫膜作用加强,导致排水时间变长,故消泡时间变长;乳胶粒粒径太大则难乳化、不稳定,硅油很容易分离,消泡剂容易失活 。

表4为PMS用量对乳胶粒粒径的影响。

表4.JPG

由表4可见,PMS的质量分数过大,乳胶粒粒径变小,分布变宽,影响到其消泡效果;而PMS用量较少,乳液稳定性较差。PMS质量分数为3%的消泡剂乳液粒径为16.2 m的乳胶粒的数量占乳液体积的95.8%。

图2为PMS用量对消泡剂乳胶粒形态的影响。

图2.JPG

由图2可见,PMS质量分数为3% 的消泡剂,其乳液粒径细小、均匀、呈规则圆球状;未加PMS乳化的消泡剂乳液颗粒较大、形状不规则,乳化不完全,有明显油状颗粒物。

2.5 PMS的用量对消泡剂性能的影响

图3.JPG

图3为消泡剂用量一定时,PMS与PDMS的质量比对消泡剂性能的影响。

由图3可见,随PMS用量的增加,乳液的消泡速度先快后慢,PMS与PDMS质量比在0.12—0.18时消泡效果最好。这可能因为乳化剂用量增加,乳化比较充分,有利于提升消泡能力;但PMS用量过多,提高了乳液亲水性,使疏水基团难以吸附在气液界面,影响其消泡能力。抑泡能力出现双峰状变化趋势,PMS与PDMS质量比在0.12~0.25时抑泡时间长、效果好。这是因为PMS用量过高时,乳胶粒粒径过小,界面能太大,乳液的稳定性和抑泡性能反而下降;且乳化剂用量过多,经济上也不划算。

综合考虑消泡能力和抑泡效果,m(PMS)/m(PDMS)为0.15较好,此时消泡时间5.5 S,抑泡时间1 510 S。