消泡剂及其作用机理

1、消泡剂的种类及不同种类优缺点

1.1.1　消泡剂的种类

消泡剂按照不同的分类标准可以有很多种方法, 如按形式分可分为固体颗粒型、乳液型、分散体型、油型和膏型五大类;按消泡剂在不同工业生产中的应用可以分为纺织工业消泡剂、造纸工业消泡剂、涂料工业消泡剂、食品工业消泡剂和石油工业消泡剂等 ;按消泡剂的化学结构和组成可以分为矿物油类、醇类、脂肪酸及脂肪酸酯类、酰胺类、磷酸酯类、有机硅类、聚醚类、聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂。

1.2.1　不同种类消泡剂的优缺点

矿物油类、酰胺类、低级醇类、脂肪酸及脂肪酸酯类、磷酸酯类等有机物消泡剂的研究应用较早, 属于第一代消泡剂, 其具有原料易得、环保性能高、生产成本低等优点;缺点在于消泡效率低、专用性强、使用条件苛刻等。

聚醚类消泡剂是第二代消泡剂, 主要包括直链聚醚、由醇或氨为起始剂的聚醚、端基酯化的聚醚衍生物三种。聚醚类消泡剂最大的优点在于抑泡能力强, 除此以外, 还有些聚醚类的消泡剂具有耐高温、耐强酸强碱等优良性能;缺点是使用条件受温度限制、使用领域窄、消泡能力较差、破泡速率低等。

有机硅类消泡剂(第三代消泡剂)有较强的消泡性能、快速的破泡能力、挥发性低、对环境无毒害、无生理惰性、使用范围广等优点, 因此有着广阔的应用前景和巨大的市场潜力, 但是抑泡性能较差。

聚醚改性聚硅氧烷消泡剂同时兼有聚醚类消泡剂和有机硅类消泡剂的优点, 是消泡剂的发展方向。有时还可以根据其逆溶解性重复利用,但是目前此类消泡剂的种类较少, 还处于研发阶段, 生产的成本较高。

2.2　消泡剂的消泡机理

关于消泡剂的作用机理至今还没有统一的认识, 根据前人所提出的消泡剂机理, 大致可以将消泡剂分为以下三种:

2.2.1　具有概括性的消泡机理

典型的具有概括性的消泡机理是Robinson消泡机理和罗斯假说。其中Robinson机理是罗斯假说的基础, 它主要强调了消泡剂破坏泡沫的排液和Marangoni效应实现消泡;罗斯假设是在消泡剂颗粒为非可溶小滴物质的基础上进行的, 而实际上有的消泡剂产生消泡作用是在溶解状态下进行的, 所以罗斯假说的消泡机理并不全面。

2.2.2　聚硅氧烷消泡剂的作用机理

具有代表性的聚硅氧烷消泡机理主要有“架桥-铺展”机理、“架桥-脱湿”机理 、“铺展-液体夹带”机理等。“架桥-铺展”机理主要从“聚硅氧烷自身张力比较低, 容易在液膜上铺展”这一基本点出发, 它强调的是消泡剂液滴易变形, 但是这种理论不能解释单独的聚硅氧烷与聚硅氧烷和固体离子混合物作为消泡剂时之间的消泡差异。“架桥-脱湿”机理主要是从聚硅氧烷自身具有疏水性的角度出发, 但对于粘度很大的聚硅氧烷的消泡作用就不能很好的解释。“铺展-液体夹带”机理尚不能被证实, 因为有些事实表明聚硅氧烷有时候并没有在泡膜表面铺展, 可是同样可以破泡。

2.2.3　疏水固体颗粒的消泡机理

疏水性的固体颗粒在泡沫体系中, 首先会吸引表面活性剂的疏水端, 使得疏水性的固体颗粒变为亲水性的, 从而降低了泡膜中表面活性剂的浓度, 促使泡沫破裂。这种消泡机理不能解释其它消泡剂的作用机理, 过于片面。

还有些泡沫破裂的原因是消泡剂扩展作用产生的冲击、使表面活性剂被增溶破泡、电解质瓦解液膜表面双电层的破泡等。从以上这些消泡机理可以看出, 每种消泡剂对不同的泡沫体系, 其作用的侧重点不同, 但都是通过破坏泡沫的稳定因素实现消泡。

3.3　消泡剂的作用因素

泡沫体系的多样性决定了泡沫稳定因素的多样性, 消泡剂种类的多样性决定了消泡机理的多样性, 随着对消泡机理的研究深入, 人们越来越多的发现没有一种机理可以解释所有消泡剂的作用机理, 也就是说消泡剂的作用机理因情况的不同而不同。消泡剂的作用机理主要体现在以下三个方面:

三个方面 :

(1)消泡剂微滴侵入液膜扩展, 顶替原来液膜表面上溶剂, 降低此处的表面张力, 使得液膜内部受力不均, 从而促使液膜破裂。

(2)消泡剂破坏膜弹性使液膜失去自修复作用而消泡。

(3)消泡剂降低液膜黏度促使液膜的排液速率和气体的扩散速率使泡沫寿命缩短而消泡。