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工業消泡概述

2013/8/12 22:55:52點擊：

一般來說，泡沫是氣體再液體中的粗分散體，屬于氣-液非均相體系。體積密度接近氣體而不接近液體的氣-液分散體。氣-液分散體分為液多氣少的“氣泡分散體”和氣多液少的“泡沫”。
       在工業生產的過程中會產生許多有害泡沫，需要添加消泡劑。消泡劑的種類很多，有機硅氧烷、聚醚、硅和醚接枝、含胺、亞胺和酰胺類的，具有消泡速度更快，抑泡時間更長，適用介質范圍更廣，甚至苛刻介質環境如高溫、強酸和強堿的特點。廣泛應用于清除膠乳、紡織上漿、食品發酵、生物醫藥、涂料、石油化工、造紙、工業清洗等行業生產過程中產生的有害泡沫。右圖為消泡劑,消泡前后中的圖片。
       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，其穩定性很強，常態下不易破裂。泡沫的穩定性與表面粘性和彈性、電斥性、表面膜的移動、溫度、蒸發等因素有關。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，給人們帶來諸多不便，故必須消泡。凡能破壞泡沫穩定性的因素，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。
       消泡劑的種類
       1、天然油脂（即豆油、玉米油等）
       優點：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，由環氧丙烷，或環氧乙烷與環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，在發泡介質中的溶解度小，所以宜使用在稀薄的發酵液中。它的抑泡能力比消泡能力優越，適宜在基礎培養基中加入，以抑制整個發酵過程的泡沫產生。
       b.GPE型消泡劑即泡敵
      在GP型消泡劑的聚丙二醇鏈節末端再加成環氧乙烷，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的高碳醇借助適當的乳化劑配制成粒度為4~9μm，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。它揮發性低并具有化學惰性，比較穩定且毒性小。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，鋪展系數低，不易分散在發泡介質上。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。
        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。它與水及多數有機物不相混溶，對大多數氣泡介質均能消泡。它具有較好的熱穩定性，可在5℃-150℃寬廣的溫度范圍內使用；其化學穩定性較好，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，通常用于食品和醫藥行業。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。在紡織工業中，它用于染色、精練、上漿等過程中的消泡；在化學工業中它被用于合成樹脂、膠乳、涂料、油墨等過程中的消泡；在食品工業中它被用于各種濃縮、發酵、蒸餾過程的消泡。可將硅脂涂在鍋壁上、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消泡。在醫學上，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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