消泡剂的消泡机理

　　泡及泡沫常伴随着人们的生活和生产，有时需要利用它，像浮选、灭火、除尘、洗涤、制造泡沫陶瓷和塑料等；有时需要消除它，如发酵、涂料、造纸、印染、排除体内器官胀气、锅炉用水、废水处理及棱镜(或玻璃)的制造等。所谓“泡”或“气泡”是指不溶性气体存在于液体或固体中，或存在于以它们的薄膜包围的独立的气泡(bubble)。许多气泡聚集在一起彼此以薄膜隔开的积聚状态谓之泡沫(foam)。气泡是一种具有气/液、气/固、气/液/固界面的分散体系，后者常见于选矿及油田体系的气泡。 一般而言，纯水和纯表面活性剂不起泡，这是因为它们的表面和内部是均匀的，很难形成弹性薄膜，即使形成亦不稳定，会瞬间消失。但在溶液中有表面活性剂的存在，气泡形成后，由于分子间力的作用，其分子中的亲水基和疏水基被气泡壁吸附，形成规则排列，其亲水基朝向水相，疏水基朝向气泡内，从而在气泡界面上形成弹性膜，其稳定性很强，常态下不易破裂。泡沫的稳定性与表面粘性和弹性、电斥性、表面膜的移动、温度、蒸发等因素有关。再者，气泡与液体的表面张力反变相关，其张力愈小，则愈易起泡。在生活和生产中，有时泡沫的出现，给人们带来诸多不便，故必须消泡。 凡能破坏泡沫稳定性的因素，均可用于消泡。消泡涵盖“抑泡”和“破泡”两重因素。有机硅消泡剂即赋此功能，它能降低水、溶液、悬浮液等的表面张力，防止形成泡沫，或使原有泡沫减少，通常具有选择性作用。一般物理消泡法难于瞬间消泡，而化学和界面消泡，则十分快捷、便当、高效。 概而言之，消泡剂是指具有化学和界面化学消泡作用的药剂。作为消泡剂，有低碳醇、矿物油、有机极性化合物及硅树脂等。其形态有油型、溶液型、乳液型、泡沫型。作为消泡剂均具消泡力强、化性稳定、生理惰性、耐热、耐氧、抗蚀、溶气、透气、易扩散、易渗透、难溶于消泡体系且无理化影响、消泡剂用量少、高效等特点。 消泡剂品种繁多，用途广泛。消泡剂“抑泡”、“破泡”过程是：当体系加入消泡剂后，其分子杂乱无章地广布于液体表面，抑制形成弹性膜，即终止泡沫的产生。当体系大量产生泡沫后，加入消泡剂，其分子立即散布于泡沫表面，快速铺展，形成很薄的双膜层，进一步扩散、渗透，层状入侵，从而取代原泡膜薄壁。由于其表面张力低，便流向产生泡沫的高表面张力的液体，这样低表面张力的消泡剂分子在气液界面间不断扩散、渗透，使其膜壁迅速变薄，泡沫同时又受到周围表面张力大的膜层强力牵引，这样，致使泡沫周围应力失衡，从而导致其“破泡”。不溶于体系的消泡剂分子，再重新进入另一个泡沫膜的表面，如此重复，所有泡沫，全部覆灭。

    消泡剂的组成：

　　（1） 活性成份

　　作用：破泡、消泡，减小表面张力：

　　代表物：硅油、聚醚类、高级醇等。

　　（2）乳化剂

　　作用：使活性成分分散成小颗粒，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、皂盐、op系列等、吐温系列、斯盘系列等。

　　（3） 载体

　　作用：有助于载体和起泡体系的结合，易于分散到起泡体系里，把两者结合起来，其本身的表面张力低，有助于抑泡，且可以降低成本。

　　代表物：除水以外的溶剂，如脂肪烃、芳香烃、含氧溶剂等

　　（4） 乳化助剂

　　作用：使乳化效果更好。

　　代表物：*分散剂：疏水二氧化硅等；*增粘剂：CMC、聚乙烯醚等。

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    消泡剂的种类

    一、按成分分为：

　　1、天然油脂（即豆油、玉米油等）

　　优点：来源容易，价格低，使用简单；

　　缺点： 如贮存不好，易变质，使酸值增高。

　　2、 聚醚类消泡剂

　　种类挺多，主要有以下几种：

　　a.GP型消泡剂

　　以甘油为起始剂，由环氧丙烷，或环氧乙烷与环氧丙烷的混合物进行加成聚合而制成的

　　GP型的消泡剂亲水性差，在发泡介质中的溶解度小，所以宜使用在稀薄的发酵液中。它的抑泡能力比消泡能力优越 ，适宜在基础培养基中加入，以抑制整个发酵过程的泡沫产生。

　　b.GPE型消泡剂即泡敌

　　在GP型消泡剂的聚丙二醇链节末端再加成环氧乙烷，成为链端是亲水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油，也叫。按照环氧乙烷加成量为10%，20%，……50%分别称为GPE10，GPE20，……GPE50。

　　GPE型消泡剂亲水性较好，在发泡介质中易铺展，消泡能力强，但溶解度也较大，消泡活性维持时间短，因此用在粘稠发酵液中效果较好。

　　c.GPES型消泡剂：有一种新的聚醚类消泡剂，在GPE型消泡剂链端用疏水基硬脂酸酯封头，便形成两端是疏水链，当中间隔有亲水链的嵌段共聚物。这种结构的分子易于平卧状聚集在气液界面，因而表面活性强，消泡效率高。

　　3、高碳醇

　　高碳醇是强疏水弱亲水的线型分子，在水体系里是有效的消泡剂。七十年代初前苏联学者在阴离子、阳离子、非离子型表面活性剂的水溶液中试验，提出醇的消泡作用，与其在起泡液中的溶解度及扩散程度有关。C7~C9的醇是最有效的消泡剂。

　　C12~C22的高碳醇借助适当的乳化剂配制成粒度为4~9μm，含量为20~50%的水乳液，即是水体系的消泡剂。

　　还有些成酯，如苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯等在青霉素发酵中具有消泡作用，后者还可作为前体。

　　4、硅类

　　最常用的是聚二甲基硅氧烷，也称二甲基硅油。它表面能低，表面张力也较低，在水及一般油中的溶解度低且活性高。它的主链为硅氧键，为非极性分子。与极性溶剂水不亲和，与一般油的亲和性也很小。它挥发性低并具有化学惰性，比较稳定且毒性小。纯粹的聚二甲基硅氧烷，不经分散处理难以作为消泡剂。可能是由于它与水有高的界面张力，铺展系数低，不易分散在发泡介质上。因此将硅油混入SiO2气溶胶，所构成的复合物，即将疏水处理后的SiO2气溶胶混入二甲基硅油中，经一定温度、一定时间处理，就可制得。

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　　有机硅消泡剂系由硅脂、乳化剂、防水剂、稠化剂等配以适量水经机械乳化而成。其特点是表面张力小，表面活性高，消泡力强，用量少，成本低。它与水及多数有机物不相混溶，对大多数气泡介质均能消泡。它具有较好的热稳定性，可在5℃-150℃宽广的温度范围内使用；其化学稳定性较好，难与其他物质反应，只要配置适当，可在酸、碱、盐溶液中使用，无损产品质量；它还具有生理惰性LD250g/Kg鼠，通常用于食品和医药行业。它对所有气泡体系兼具有抑泡、破泡功能，隶属广谱型消泡剂范畴。它被广泛用于洗涤剂、造纸、纸浆、制糖、电镀、化肥、助剂、废水处理等生产过程中的消泡。在石油工业中，它被大量用于天然气的脱硫，加速油气分离；它还被用于乙二醇的干燥、芳香烃的萃取、沥青的加工、润滑油的脱蜡等装置中控制或抑制气泡。在纺织工业中，它用于染色、精练、上浆等过程中的消泡；在化学工业中它被用于合成树脂、胶乳、涂料、油墨等过程中的消泡；在食品工业中它被用于各种浓缩、发酵、蒸馏过程的消泡。可将硅脂涂在锅壁上、出口处或涂在金属网上，进行消泡。将硅脂配成溶液，可用于油相系统消泡。将硅脂加低粘度硅油配成水乳液，可用于多种水相系统消泡。在医学上，通常用于患者术前、X光和胃镜检查前清除脏器或胃内器官的胀气。

　　消泡剂大致可分两类:一类能消除已产生的气泡,如乙醇等;另一类则能抑制气泡的形成如乳化硅油等。我国许可使用的消泡剂有乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、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

　　结合了聚醚跟有机硅消泡剂二者的优点，具有无毒无害，对菌种无害，添加量极少，是一种高性价比的产品。

　　6、新型自乳化消泡剂

　　含特殊改性的聚硅氧烷。具有极好的耐热性和耐酸碱性及化学稳定性，可在很宽的温度范围内广泛用于各种恶劣体系的泡沫消去和抑制。

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  二、按功能分为：

　　1、耐碱消泡剂

　　在高温强碱条件下能迅速消泡, 持久抑泡。稳定性好，用量少，效率高，不漂油；广泛应用于造纸蒸煮黑液处理、纺织印染行业中的强碱型精炼剂、强碱条件下清洗剂和其它高温强碱的水相体系消泡。

　　2、耐酸消泡剂

　　由脂肪酸酯和脂肪酰胺等物质组成，广泛应用于湿法磷酸、钛白粉生产、硼酸生产及其他强酸体系。

　　3、高粘性泡沫消泡剂

　　本品是针对造纸制浆黑液、化学选矿、特种化学反应产生的泡沫，其粘度大、泡沫细密、消除难度大等特点研制而成的一种高效复合型消泡剂。

　　4、涂料消泡剂

　　含有多种优质的消泡成分，因而适用面广，它特别适用于消除苯丙胶乳、乙丙胶乳、纯丙胶乳、醋酸乙烯胶乳等体系的泡沫。

　　5、造纸消泡剂

　　可以有效控制纸浆、泡沫漫溢和提高抄纸质量。泛应用于造纸抄造系统消泡，亦可用于造纸污水处理、防冻液、蒸馏系统消泡。

　　6、水泥砂浆消泡剂

　　可以有效控制水泥砂浆体系内泡沫产生，使混凝土构件更加致密光亮。

　　7、油田工业消泡剂

　　可以有效控制油田工业过程中内泡沫产生，提高石油生产效率。

　　8、清洗用消泡剂

　　可以有效控制清洗剂产生泡沫。

　　9、阳离子体系消泡剂

　　可以有效控制含有阳离子体系泡沫产生，广泛应用于造纸抄造用阳离子松香胶、阳离子型清洗剂，亦可用于造纸污水处理、防冻液、蒸馏系统消泡。

　　10、高效发酵消泡剂

　　克服了普通型有机硅消泡剂耐高温性差、抑泡时间短的缺点；对在发酵罐中上升积累的泡沫能象聚醚一样快速的消除，同时本品拥有聚醚无法比拟的时间抑泡的优点。

　　11、水处理消泡剂

　　有机硅消泡剂对水性发泡体系具有很强消泡，抑泡功能，，添加量小且使用成本比较低，是水性体系较理想的消泡剂。

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    消泡剂常识

　　泡沫（foam）是一种普遍的自然现象，对于我们大家来说，也许并不陌生。如在日常生活中烧饭、下饺子、煮面条，稍不留神，就能因泡沫而溢锅；在儿时玩的吹泡泡，吹出五彩缤纷的泡沫，漫天飘浮；在急速倒入杯中的啤酒所溢出的泡沫；在海水拍岸，击打在海岸边礁石所形成的壮观的泡沫；还有在人们洗涤衣物时，常见的肥皂、洗衣粉水液泡沫；沐浴露、洗发香波所产生的泡沫更是再熟悉不过的了。

　　尽管消防队员巧妙地利用泡沫扑灭一些火灾，点心师傅利用泡沫现象（作用）为我们制出了可口的面包、蛋糕和松糕，炎炎夏日里喝上一瓶汽水或啤酒多么地解渴，这都是泡沫的作用。又诸如泡沫浮选、泡沫冶金、泡沫印染、泡沫印花、泡沫塑料……

    泡沫的危害

　　1、生产能力受到大大的限制：如各种生物发酵（啤酒生产、酒精制造、医药上各大抗生素的生产……）中各种发酵罐反应釜蒸煮罐等设备，为了防止泡沫的出现，防止漫溢损失，投料系数要大打折扣，有时达不到30%。

　　2、造成原料和产品的浪费：由于泡沫的原因，能够造成有用或贵重原料因漫溢而损失，由此产生的浪费就不言而喻。如造纸厂、糖厂饱充工序、纺织厂的织造工序的上油工序，常因泡沫而引起溢出。

　　3、延长了反应周期：由于化学反应产物中包括有气体、液体，泡沫会造成气体滞留，延长了反应周期，不必要地多消耗了动力。又如果酒发酵由于泡沫存在使反应过度而变味……。

　　4、影响产品品质：纺织工业中的染色、印花以及水性涂料工艺过程中，由于气泡的滞留，导致成品布上斑痕、疵点；纸浆浆液的泡沫除了给环境卫生、工人健康造成危害，成品纸也会出现许多孔洞，造成产品质量严重下降。

　　5、不利于准确计量：工业过程中，由于泡沫的存在，干扰液面计的测量准确，造成测量失误，液体中由于泡沫的存在，使得液体密度发生较大波动，往往还能引起反应釜吸收塔蒸馏塔液位虚高，致使操作失去平衡，甚至发生事故。

　　6、污染环境、引起事故的原因之一：由于泡沫漫溢，必然会污染生产环境及其周围环境，有的甚至造成重大事故。如：美国某炼油厂因渣油泡沫漫溢，引起重大火灾，损失惨重，这里不仅是造成浪费，而且使人的生命财产都招致严重损失。

　　此外，还有染色上的高温喷染、溢流染色等新技术的应用，如不解决泡沫的问题，是无法实现的。又如现在十分普及的洗衣机，若不是解决洗衣粉、洗涤剂的无泡、低泡问题，那么洗衣机也就不能够如此地普及应用。以上这些还远远不是泡沫危害的全部，但足以见到它的严重性。