泡沫是一种有大量气泡分散在液体连续相中的分散体系,在许多工业(如印染、发酵、造纸、涂料、医药、油田开采、水处理等)的生产过程中存在危害,一般通过消泡剂来消除和抑制工业过程中产生的危害泡沫. 目前国内市场上消泡剂品种繁多,其中聚醚改性有机硅类消泡剂不仅具有聚硅氧烷类消泡剂的消泡效力强、表面张力低、挥发性低、无毒、无污染、生理惰性等特点,而且还具有聚醚类消泡剂的耐高温、耐强碱性等特性,故而得到了广泛应用. 但与国外每年万t 以上的消耗量相比,我国的生产无论是在档次、品种还是在数量上都还存在着很大差距,一些高档设备用的乳液型有机硅消泡剂还主要依赖进口[1]. 考虑到生产过程中的绝大部分体系都是水相体系,因此,有机硅消泡剂大都以乳液的形式出现[2]. 在有机硅消泡剂中,聚醚改性有机硅因兼具聚醚和聚有机硅氧烷的特性而颇受关注[3-4],成为该领域的研究热点之一. 本文通过缩合的方法在有机硅的链段上接枝以正丁醇为起始剂的聚醚,合成出一种硅氧碳型聚醚改性有机硅消泡剂,然后采用乳化剂Span-80、Tween-80 进行乳化得到乳液型消泡剂,并用红外、透射电镜对其性能进行表征. 实验发现合成出的乳液型消泡剂消泡性能、水分散性和稳定性良好,获得了很好的应用效果.
1 实验部分
1.1 实验原料及仪器
原料:环氧乙烷,环氧丙烷,失水山梨醇单油酸酯(Span-80),失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚(Tween-80),二甲基硅氧烷,以上试剂均为工业纯;正丁醇,氢氧化钾,磷酸,三氟乙酸,氢氧化钠,以上试剂均为科密欧化学试剂公司产品,且为分析纯.仪器:DF-101S 集热式恒温加热磁力搅拌器,巩义市予华仪器有限责任公司产品;TPH-260 不锈钢高压反应釜,天津工业大学化工系提供;KQ2200DB 型数控超声波清洗仪,昆山市超生仪器有限公司产品;FTIR-650 傅里叶变换红外光谱仪,天津港东科技发展股份有限公司产品;H-7650 透射电子显微镜,日本日立公司产品.
1.2 实验方法
1.2.1 硅氧碳型消泡剂的制备
在配有温度计、搅拌器、氮气导气管和回流冷凝器的250 mL 四口烧瓶中,加入含氢硅油、聚醚和催化剂三氟乙酸以及一定量的溶剂,搅拌(转速200 r/min),并通氮气,加热至一定温度,稳定,在此温度下保温反应一定时间. 反应结束后,冷却至60 ℃,出料,得到透明状液体产品. 取试样测其氢含量,计算出反应的转化率[5-6].
1.2.2 转化率的测定
氢氧化钠滴定法[7]:含氢硅油中的Si-H 键,可被碱金属氢氧化物(如NaOH、KOH)水溶液断裂,放出氢气. 利用这一特性,在搅拌中向已称重的样品中滴加质量分数为20%的NaOH 溶液,用量气管取放出的氢气的体积,换算成质量即可得含氢量. 即:转化率=[(反应前含氢量-反应后含氢量)/反应前含氢量] × 100%
1.2.3 消泡性能的测定
取25 mL 质量分数为2 %的十二烷基硫酸钠水溶液,置于100 mL 具塞量筒中,上下剧烈摇动,使泡沫高度达到100 mL;滴入1 滴(0.025 g)消泡剂,然后用秒表记录泡沫完全消失(亦即液面回复到25 mL)所用的时间,记作t. t 数值越小,说明消泡剂消泡性能越好.
1.2.4 消泡剂的乳化
在常温下, 将10 份聚醚改性有机硅,1.5 份Span80 和1 份Tween80 混合,在70 ℃、99 Hz 条件下超声1 h,得到微黄色透明溶液. 再加入20 份蒸馏水,在相同条件下超声30 min,即得到消泡剂乳液.
1.2.5 乳液消泡剂的性能表征
红外(IR):FTIR-650 傅里叶变换红外光谱仪涂膜法制样.
透射电镜(TEM):将制得的乳液消泡剂用蒸馏水稀释20 倍,用滴管滴在备好的铜网膜上,真空干燥器内烘3 h,在H-7650 透射电子显微镜下测试.
2 结果与讨论
2.1 Si-O-C 型聚醚改性硅油合成的影响因素
Si-O-C 型聚醚改性硅油合成过程中的影响因素有很多,比如反应时间、反应温度、催化剂用量、反应溶剂的选择、反应物配比等. 由于硅油和聚醚基本上不相溶,因而加入溶剂,使其互溶,提高转化效率. 目前较常用的溶剂有苯、甲苯、二甲苯等. 但实验发现使用溶剂后转化率反而下降. 故本反应未使用溶剂. 实验还发现催化剂用量对反应结果影响较小. 故本实验在固定催化剂用量下重点探讨了反应物配比、反应时间和反应温度的影响.
2.1.1 反应温度对转化率的影响