消泡剂在国民经济领域中的应用.doc

消泡剂在国民经济领域中的应用谈到消泡剂，首先要了解助剂，助剂又称为添加剂。广义地讲，助剂是一类广泛应用于各种材料和产品生产过程中为改进生产工艺和产品的性能而加入的辅助物质。狭义地讲，加工助剂是指那些为改善某些材料的加工性能和最终产品的性能而分散在材料中，对材料结构无明显影响的少量化学物质。 助剂能赋予制品以特殊的性能，延长其使用寿命，扩大其应用范围，能改善加工效率，能加速反应过程，提高产品收率等。因此，助剂有很广阔的应用范围，它渗透到国民经济的各个化工领域。 消泡剂是也化学工业中不可缺少的一类助剂，它的主要作用是消除工业生产中因表面活性剂、搅拌以及其它人为和非人为因素而产生的有害气泡，同时能抑制泡沫的生成。目前，消泡剂已日益渗透到各行各业中，例如涂料、造纸、纺织、发酵、污水处理、印染、洗涤、金属清洗、石油开采和炼制、乳液聚合等中。下面主要针对涂料、造纸、纺织、洗涤和乳液聚合等工序介绍消泡剂在这些领域中的应用。 （1）消泡剂在涂料行业中的应用 随着科学技术的发展，为了提高涂料的产品质量和发挥出更好的效益，在涂料中，尤其是水性涂料（水基涂料）和溶剂型涂料的配方中采用了各种添加剂，如有使颜料润湿分散好的添加剂；有使漆膜外观平整的添加剂；有使涂料成品储存稳定的添加剂；还有一些能达到特殊功能的添加剂。这些添加剂大多属于表面活性剂，都能改变涂料的表面张力，从而使得涂料易起泡或使泡沫稳定。另外，在涂料生产过程中常用到各种高速混合机，如三辊机、胶体磨和球磨机，在涂料施工时，一些施工方法，如空气喷涂、无气喷涂和淋涂等，涂料内发生紊流、飞溅、冲击、气窝等，都会不同程度地增加涂料体系的自由能，致使容易产生泡沫。 涂料行业中，水性乳胶涂料的泡沫问题最为显著，这是由于它的特殊生产工艺所致，乳胶漆所使用的稀释剂是水，在乳液聚合时就必须要加入一定的乳化剂，来达到支取稳定的水分散液的目的。乳化剂的使用，降低水相和油相间的界面张力，这是乳胶涂料易起泡的最主要原因。同时，乳胶漆中的颜料湿润剂和分散剂也可以大大降低体系的表面张力，对泡沫的产生和稳定有促进作用；低粘度的乳胶漆不利于施工，往往向体系中加入一定量的增稠，而加入增稠后则使泡沫的膜壁增厚而增加弹性，使泡沫稳定而不易消除；生产乳液时对游离单体的抽提；配置乳胶漆所用的高速分散和搅拌；施工过程中，辊、刷、喷等操作，所有这些过程都不同程度的改变体系的自由能，有助于泡沫产生。 在水性涂料的制作中，想避免泡沫发生，实际上是不可能的，所有的水性涂料都采用加入消泡剂的方法，以尽量减少泡沫带来的危害。对有颜色或需要着色的涂料，在选择消泡剂时，要考虑消泡剂中的乳化剂等表面活性剂与着色剂间的相互作用。对于某一涂料选择有效的消泡剂时，主要是依据涂料中的表面活性剂的性能来确定，而聚合的品种以及其它成分则是次要的。作为涂料消泡剂的评估可以从以下几个方面进行研究：消抑泡性能、涂刷实验和消泡剂本身的稳定性。消泡剂的加入一般分为两步加入，第一步在进行颜料高速分散时加入，这一步主要是让细微颜料填料粒子的表面充分润湿；第二步在配浆时加入，进一步消灭涂料内部的气泡，同时抑制气泡在涂刷施工工程中的生成。消泡剂的两步加量根据实际情况而定，一般是第一步加1/2，第二步加1/2。涂料的涂刷实验非常重要，它主要用评估消泡剂的加入对涂料涂刷后的缩孔、缩边和鱼眼等问题，这些现象的考察应该在涂刷至少24h后才能进行。 （2）消泡剂在制浆造纸工业中的应用 造纸包括制浆和抄纸两个工艺步骤。制浆主要采用机械法和化学法及机械化学法。近些年，主要以后两者为主。化学法主要是先使木材、竹和草等原料切碎，经碱液蒸煮、洗浆、筛选、漂白、打浆而制得纸浆。抄纸是使纸浆在水中分散，然后在造纸机上脱水，使纤维交织起来而成纸。在整个工序中，除了原料切碎和纸浆干燥两个工序外，泡沫对其余工序都有不同程度的危害。造纸原料经碱液蒸煮后所得废液称为黑夜。黑夜中主要包括木质素、酸类有机物、无机成分（氢氧化钠、硫化钠、硫酸氢钠和硫酸钠）、提取物（木材树脂）和钠结合体（同木质素、有机酸和提取物结合在一起的钠盐）等组分。 在制浆过程中，所产生的皂化物表面张力小于因蒸煮物料而产生黑夜的表面张力，使其存在于黑液表层内并形成薄膜，在空气的混合下就形成泡沫，尤其是当黑液的浓度越低则泡沫也就越多，在蒸煮较硬的原料及含树脂高的原料，也容易产生大量的稳定泡沫。另外，浆料如果漂洗不净，碱性偏高以及所添加的化学助剂、辅料控制不当，浆料在输送中经过泵或机械搅拌、落差造成的自然冲击等等，都会使浆液溶入空气生成气泡，给洗涤和筛选操作带来不便。此时就必须要用消泡剂，而且不同的工序用的消泡剂不同。 抄纸过程中要把纸浆的伤亡浓度控制在0.30.7%之间，抄纸中滤下的水称为白水。白水量很大，而且其中含有一些短纤维，当然应该循环使用。但浆料里未洗净的助泡物质及网前箱施胶后留出的多种起泡成分，均使白水易于起泡，如果泡沫严重，则需排放，再补充新水，造成县委损伤及污染等问题。同时，从制浆工序中挟带的木质素、脂肪酸、树脂酸皂、脱墨剂等天然及人工添加的起泡性表面活性剂、合成高分子和淀粉等都可使泡沫稳定。因此，抄纸工序中必须要加入消泡剂，否则会由于泡沫的产生而对纸张定量、强度以及紧度等物理指标产生影响。 在纸张的涂料制备后，在经过泵、筛和涂布的过程中，尤其在气刀涂布时，由于表面活性剂的存在，往往会产生大量危害的泡沫，引起涂料增稠，并使涂布面上产生针孔、斑点以及鱼眼现象，从而大大降低了纸张的质量和美观。 当生产松木浆时，污水起泡特别严重是因其中含有大量脂肪酸皂，可向污水池中充气，人为形成很厚的泡皂类附着于泡沫上，撇取泡沫加以回收，同时降低污水中污物的浓度。污水最后需经生化处理，才能达到排放标准，目前采用最广泛的是活性污泥加速曝气工艺，即在一定容积的水泥池中，向污水加入用粪便培养的活性污泥，借助有力的搅拌向其中充氧，使微生物充分生长，消耗掉有机污物。在剧烈搅拌时会产生大量的泡沫，泡沫层会影响污水与空气的接触，妨碍充氧。污水的溶解氧过低，微生物难以生长，甚至会使污水更加污化。此时就要加入一定的消泡剂，避免污水净化时给环境和人身带来危害。 （3）消泡剂在纺织印染工业中的应用 表面活性剂在纺织工业中有着相当广泛的用途，从纺沙、织造到印染、后整理等每一道工序都要用到，主要用作平滑剂、抗静电剂、柔软剂、消泡剂、洗净剂、分散剂、渗透剂、匀染剂等等。 棉或纤维纯纺或混纺的经向单沙，在织造过程中往往要经受千次反复的折、摩、拉等复合机械作用，结果使纱结构松散、表面毛羽突出、以致断裂，为此就要对经纱进行上浆处理，上浆的目的主要分为两个方面：第一，让浆均匀地包覆在经纱的表面，形成一层薄膜，使纱上的羽毛贴伏和纱表面光滑，起到减少摩擦的作用；第二，增强纱的拉伸强度，提高可织性，降低断头率，从而提高织机的效率。 上浆浆液的主要成分为粘着剂。其中有天然产物的淀粉类（玉米淀粉、马铃署淀粉）、变性淀粉（酸、醚或酯的淀粉）、植物胶、化学粘着剂。为了使浆液易侵入，常需向其中配入渗透剂和润滑剂等。这些化学助剂的加入使得浆液易产生泡沫的原因。泡沫的存在使得操作者看不清浆液的实际高度；使的浆液溢出，造成浪费；同时，纱线可能仅从泡沫中通过，起不到上浆的目的。 纤维的上油主要是在纤维的表面上涂一层油膜，增加纤维的抱合力和抗静电性，同时产生平滑性。油剂中有许多表面活性剂，也同样易产生气泡。 染整工艺是使染料和整理剂与织物的纤维发生物理或化学的结合，或利用化学方法在纤维上成色交联，而使纺织品具有一定的色泽和必要的功能。 在退浆工序、精炼工序、漂白、染色和整理工序等各道工序中都不同程度地用到表面活性剂，基本都有泡沫产生。在运转过程中，被处理的织物与配方体系间的振动，很容易卷入空气。因此，必须要加入消泡剂，否则会染色不均匀，精练退浆等工序达不到与其的目的，既浪费时间，又牺牲效益。 目前，浆纱工序可用有机硅或聚醚消泡剂；退浆、煮练等工序选用聚醚或有机硅消泡剂。 （4）消泡剂在石油工业及其制品中的应用 石油是原油及其加工产品的总称。原油是相对分子量分布很广，常温下可以为液态、气态和固态的多种烃类的混合物。石油工业中，由钻采到精炼加工等多道工序都存在起泡问题。 在钻井过程中，要用泥浆泵将泥浆沿钻杆的空心打到钻井杆底部的钻头上，再由钻杆与井壁的空隙返回地面，返回的同时将钻下的岩屑携带上来，在泥浆池中岩屑发生沉淀后，干净的必将再循环使用。 钻井过程中的泡沫产生途径主要有以下几种途径： 在地层中天然气溢出时，使泥浆产生泡沫，泥浆中的表面活性剂有稳泡作用，使得泥浆产生的泡沫来不及破灭，而又循环到井中； 表面活性剂过多； 由处理剂受高温分解或发酵生成的气体产生泡沫； 实际过程中由于搅拌而卷入的空气。 此时就必须要加入合适的消泡剂，加入消泡剂的工序主要如下：在配制泥浆时，首先往土粒、石粉等中添加消泡剂，如硅酮类消泡剂、硬脂酸铝、杂醇类、蓖麻油、煤油、松油等，然后添加悬浮泥浆的木质磺酸盐等表面活性剂。 含油层压力降低过多时，可以采用注水驱油。海水中含有2mg/L的有机物，起泡性强。因此，海水必须要经过等处理（氯化、过滤、脱气和加水垢防止剂）。脱气工序采用抽真空法，如泡沫稳定，气体包裹在大量气泡中，难以脱除。同时进入真空塔内的氧气也会繁殖细菌。因此在真空塔进水前必须要加入消泡剂。 原油经各井的管线集中起来，经油气分离，破乳脱水等初步处理，再输送出去，其中许多环节要用消泡剂。在油气分离中，由于流速很快，如果原油中的泡沫较稳定，则往往来不及分离，降低了分离器的能力。 焦化是石油裂解中最简单的过程，使残重油、蜡基油和渣油，通过深度加工方法来提高轻油收率，产生的馏份精制后可作为燃料油。在焦化过程中产生大量的泡沫降低设备的利用率，影响工艺过程的进行。 以上这些过程都有有害泡沫产生，有的是由低沸物产生的，有的是由添加的助剂产生的。泡沫的产生对油品质量、设备运转效率、产量等都有极大的影响，因此，必须要加入消泡剂。 （5）消泡剂在洗涤工业中的应用 固体洗涤剂的主要去污物质是阴离子表面活性剂和部分非离子表面活性剂，如十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等脂肪醇聚氧乙烯醚等。它们对于纤维的洗涤很好，但最大缺点就是容易产生泡沫，且对于桶式洗衣机更为明显。这主要是由于清洗过程中，由于洗衣机内快速搅拌，产生大量气泡，织物漂浮在气泡中，不能完全浸润到洗涤液中，从而影响洗涤效果。同时由于洗涤阶段大量的泡沫残留，这就必然要用大量的水来漂洗，造成大量的水资源的浪费。另外，大量泡沫的存在也很容易阻塞下水管道。国外如欧洲普遍采用卧式转鼓洗衣机，洗涤温度都在3090之间，这种洗衣机和洗涤方式更需要使用低泡和抑泡性较高的洗衣粉。 除此之外，餐具洗涤剂也是由阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂等成分组成，在洗涤过程中同样会出现大量的泡沫。泡沫的出现会影响洗涤效果，也降低机器的洗涤效率。 为了增强金属清洗的效果，会使用到表面活性剂。例如锂基油脂，在工业上如铁路机车的滚动轴承或其它的重型机械上有广泛的用途。为从这些金属表面上除去油脂，最迅速的方法是用喷雾清洁设备。清洁剂的主要成分是阴离子表面活性剂，在使用过程中会出现大量的泡沫而不能使得清楚过程连续。另外，在奶瓶清洗和啤酒瓶清洗中都同样出现这样的问题。 这些问题的解决都离不开消泡剂的使用，总结国内外的文献资料并结合研究的显示情况，认为适合的消泡剂的主要成分包括硅氧烷、白炭黑、脂肪醇和液蜡等。 （6） 消泡剂在乳液聚合中的应用 由不饱和键的单体（如烯烃）小分子相互加成生成高分子化合物的反应称为加成聚合反应。通常加成聚合反应实施的办法有本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合四种。乳液聚合与其余三种聚合方法相比有易散热、聚合物相对分子量较高、反应速率快等优点。乳液聚合是在机械搅拌或剧烈振荡下用乳化剂使得不溶于水的单体在水中分散成乳状液进行聚合的反应。 乳液聚合工艺中主要离不开以下组分：单体（一种或多种）、乳化剂、引发剂、分子量调节剂、介质、电解质和其它组分。 乳液聚合的方法广泛应用于许多行业中的高分子的合成，例如涂料中的成膜物质丁苯胶乳、纯丙胶乳和苯丙胶乳。另外，在科技日益进步的今天，正被广泛应用于冰箱、电视机、空调的塑料外壳的工程塑料ABS的生产也主要采用乳液聚合的方法。 用乳液聚合的办法进行高分子合成时，产生泡沫的主要原因是乳化剂的介入，另外反应最