消泡剂 综述.ppt

1、消泡剂及其应用,泡沫的定义及形成,泡沫（foam）泡沫的研究最早可以追溯到柏拉图时代但几百年来,人们对泡沫的定义一直没有形成统一的认识。美国胶体化学家LIOsipow和道康宁公司的RFSmith从泡沫的密度方面对泡沫进行了定义;日本的伊藤光一从泡沫结构的角度对泡沫进行了定义,但是却忽略了气泡间的相互联系。,我国著名的表面物理学家赵国玺教授对泡沫的定义为:泡沫是气体分散于液体中的分散体系,气体是分散相(不连续相),液体是分散介质(连续相),液体中的气泡上升至液面, 形成少量液体构成的以液膜隔开气体的气泡聚集物。目前,国内外学者一致认为:泡沫本身是一种热力学不稳定体系,当气体进入含有表面活性剂的溶

2、液中时,便会形成长时间稳定的泡沫体系泡沫是一种普遍的自然现象，对于我们大家来说，也许并不陌生。,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。,泡沫的危害, 生产能力受到大大的限制 造成原料和产品的浪费 延长了反应周期 影响产品品质 不利于准确计量 污染环境、引起事故的原因之一,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

3、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。,总之，泡沫的存在，影响着国民经济各个部门、方方面面，若不能很好地加以解决，可以毫不夸张的说，“泡沫”将成为我们的拦路虎，成为某些过程的“瓶颈” 。因此，作为表面处理专业的学生，对消泡剂的了解也是必要的。,泡沫的稳定原理,泡沫的衰减机理,在重力和压力差存在的条件下泡沫的液膜会不均衡的流动排液,气泡中的气体也会因为泡膜两边压力差不同的原因不断的发生扩散渗透, 所以泡沫本身的不稳定性主要从动力学方面得以体现。,其衰减的机理主要有气

4、体透过液膜的扩散和液膜的排液这两个方面，这两种性质是泡沫本身固有的属性,与表面活性剂的存在与否都没有关系,但是这两种衰减机理,只在泡沫体系形成的初始阶段作用比较明显,随着泡沫体系的衰减,这两种作用逐渐减弱,使得泡沫衰减的速率逐渐变慢。,泡沫的稳定因,泡沫产生的直接原因是表面活性剂的存在, 使溶液的表面张力降低,在此原因和泡沫衰减机理的共同作用下,不同的泡沫体系表现出不同的稳定性能。主要和以下几种因素有关:起泡溶液的表面张力、泡沫的表面粘度、溶液的粘度、表面张力的自我修复作用(即Gibbs表面弹性和Marangoni效应)、液膜的表面双电层斥力和熵斥力、表面活性剂的疏水端结构和空间位阻效应等。,

5、这些因素之间不是独立存在的,一种因素的改变会使其他的一些因素也改变。影响泡沫的稳定性最主要的因素就是液膜的弹性和排液速率,从这个角度考虑可以看出在不同的泡沫体系中泡沫稳定性影响的主要因素都是不同的,并且往往有时几种影响因素同时存在、共同作用。,除以上这些因素外还有些因素也会影响到泡沫的稳定性,如泡沫的大小、溶质与溶剂的配合、温度、pH值、溶剂的蒸发速率、泡沫的受冲击程度以及表面活性剂的吸附速率等。,消泡剂： 消除聚合物中的气泡的物质，为表面活性剂的一种。,有机硅消泡剂,Sxp-01消泡剂,多功能消泡剂,脱水消泡剂,消泡机理,Marangoni效应,气泡的破裂是由气泡壁上最薄的那一点开始的，当这

6、一薄点伸缩时，薄点上的表面活性剂的浓度就降低了，造成该区域中表面张力的增大，于是产生了指向薄点的作用力，从而使得气泡壁上面范围的液体被拉向此区域，防止了该点的进一步变薄，于是抑制了气泡的破裂,消泡剂又称为抗泡剂 在工业生产的过程中会产生许多有害泡沫，需要添加消泡剂。消泡中消泡前消泡剂的种类很多，有机硅氧烷、聚醚、硅和醚接枝、含胺、亚胺和酰胺类的，具有消泡速度更快，抑泡时间更长，适用介质范围更广，甚至苛刻介质环境如高温、强酸和强碱的特点。广泛应用于清除胶乳、纺织上浆、食品发酵、生物医药、涂料、石油化工、造纸、工业清洗等行业生产过程中产生的有害泡沫。,产生泡沫时, 由于液体与气体的接触表面迅速增加

7、, 体系的自由能也迅速增加。泡沫体系自由能的增加,是表面张力和增加表面积的乘积。泡沫产生的难易程度与液体体系的表面张力直接有关, 表面张力越低, 体系形成泡沫所需的自由能就越小, 就越易生成泡沫。,泡沫是热力学不稳定体系 热力学第二定律指出：自发过程，总是从自由能较高的状态向自由能较低的状态变化。起泡过程中自由能变化如下： G=A G自由能的变化 A表面积的变化 比表面能,起泡时，液体表面积增加，A为正值，因而G为正值，也就是说，起泡过程不是自发过程。另一方面，泡沫的气液界面非常大，例如：半径1cm厚 0.001cm的一个气泡，内外两面的气液界面达25cm2；可是，当其破灭为一个液滴后，表面积

8、只有0.2cm2,相差上百倍。显然，液体起泡后，表面自由能比无泡状态高得多。泡沫破灭、合并的过程中，A是一个绝对值很大的负数，也就是说泡沫破灭、合并的过程，自由能减小的数值很大。因此泡沫的热力学不稳定体系，终归会变成具有较小表面积的无泡状态。,泡沫体系的三阶段变化,即使外观看来平静、比较稳定的泡沫体系，泡沫液也在不断地下落、蒸发，不断进行着下述三阶段的变化： (1)气泡大小分布的变化 液膜包裹的一个气泡，就像一个吹鼓了的气球。由于气球膜有收缩力，所以气球中压力大于气球外的压力；同样气泡膜有表面张力，气泡中压力大于气泡外的压力。气泡大小的再分布，就是由气泡膜内气体的压力变化引起的。气泡中气体压力

9、的大小，依赖气泡膜的曲率半径,曲率的倒数就是曲率半径 。 圆越大曲率越小,曲率越小,曲率半径也就越大 。,（2）气泡液膜变薄 取一杯泡沫，放置一段时间，就会在杯底部出现一些液体，而逐渐形成液相及液面上的泡沫相这样具有界面的两层。底部出现的液体一部分是泡沫破灭形成的，一部分是气泡膜变薄，排出液体形成的。 泡沫生成初期，泡沫液还比较厚，以后因蒸发排液而变薄，泡沫液会受重力的影响向下排液，泡沫液随时间延续而变薄。,（3）泡沫破灭 泡沫由于排液，液量过少，表面张力降低，液膜会急剧变薄，最后液膜会变得十分脆弱，以至分子的热运动都可以引起气泡破裂。因此只要泡沫液变薄到一定程度，泡沫即瞬间破灭。 泡沫层内部

10、的小气泡破灭后，虽一时还不能导致气液分离，只是合并成大气泡，但排液过程使泡膜液量大幅度减少，使合并成的大气泡快速地破灭，最后泡沫体系崩溃，气液分离。,消泡机理的各种观点,泡沫局部表面张力降低导致泡沫破灭 该种机理的起源是将高级醇或植物油撒在泡沫上,当其溶入泡沫液,会显著降低该处的表面张力。 因为这些物质一般对水的溶解度较小,表面张力的降低仅限于泡沫的局部,而泡沫周围的表面张力几乎没有变化。表面张力降低的部分被强烈地向四周牵引、延伸,最后破裂。,图示,2.消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭 消泡剂添加到泡沫体系中,会向气液界面扩散, 使具有稳泡作用的表面活性剂难以发生恢复膜弹性的能力。,3.消泡剂

11、能促使液膜排液,因而导致气泡破灭 泡沫排液的速率可以反映泡沫的稳定性,添加一种加速泡沫排液的物质,也可以起到消泡作用。,4.添加疏水固体颗粒可导致气泡破灭,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。,5.增溶助泡表面活性剂可导致气泡破灭 某些能与溶液充分混合的低分子物质,可以使 助泡表面活性剂被增溶、使其有效浓度降低。有这 种作用的低分子物质如辛醇、乙醇、丙醇等醇类,不 仅可减少表面层的表面活性剂浓度,而且还会溶入表面活性剂吸附层,降低表面活性剂分子间的紧密程度,从而减弱了泡沫的稳定性。,6.电

12、解质瓦解表面活性剂双电层而导致气泡破灭 对于借助泡沫的表面活性剂双电层互相作用, 产生稳定性的起泡液,加入普通的电解质即可瓦解表面活性剂的双电层起消泡作用。,BACK,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。,消泡剂的组成,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。,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。,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

13、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,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。,消泡剂的种类,根据其作用分类，消泡剂可分为破泡剂、抑泡剂和脱泡剂三种类型。 按成分分为：天然油脂（即豆油、玉米油等），聚醚类消泡剂，高碳醇 ，硅类 ，聚醚改性硅 ，新型自乳化消泡剂 。 按功能分为：耐碱消泡剂 ，耐酸消泡剂 ，高粘性泡沫消泡剂 ，涂料消泡剂 ，造纸消泡剂 ，水泥砂浆消泡剂，油田工业消泡剂，清洗用消泡剂 ，阳离子体系消泡剂 ，高效发酵消泡剂 ，水处理消泡剂,破泡剂是在液

14、体起泡后加入，它能迅速将气泡破坏，降低液面。譬如在工业涂料的循环线上出现气泡时，及时添加的助剂即为破泡剂。 抑泡剂是为预防涂料起泡的助剂。在涂装现场用毛辊刷或喷涂等形式于涂装前加入，可预防起泡现象。 脱泡剂是在液体中发挥效能聚集泡中的空气，在生产涂料时使用，可以减少气泡使涂料易于研磨。对于泡膜较厚的高粘度涂料，也可以起到减少膜中的气泡的作用。 消泡剂一般均含有破泡、抑泡、脱泡的多种作用，有时做到十分明确的区分比较困难，最好根据用途的不同选择合适的、具有最佳作用的助剂。,1破泡剂通过吸附泡和与表面张力的作用侵入泡膜。其后，2表面张力将破泡剂扩散于泡膜的表面，3使泡膜变薄，4破坏泡沫(如图1所示)

15、,抑泡剂和液体中起泡性物质一同吸附于气泡上。吸附抑泡剂的泡膜表面张力低下，泡膜变薄，导致破损。因此，泡沫变得不稳定，浮上液面时被破坏掉(如图2所示)。,脱泡剂在液体中吸附于气泡。气泡相互吸附后，在吸附界面破损形成一个大气泡。因浮力增大加快了上升的速度，促进了脱泡(如图3所示)。,消泡剂是利用其界面特性起到消泡效果的，根据破泡理论，通过泡膜和消泡剂的表面张力找出界面引力要求的侵入系数(E)和扩张系数(s)中所表述的消泡作用的相互关系。在水性涂料中建筑乳液和消泡剂的表面上，测定其界面张力的结果，如表1所示。,侵入系数(E)，扩张系数(s)，其值越大消泡效果就越好。表1的结果显示，硅酮及复合硅酮类的

16、消泡剂比起金属皂、石蜡类的消泡剂而言效果极强。,加入阴离子界面活性剂的涂料比加入非离子界面活性剂的涂料起泡要多而且不易消泡。,这种现象是因泡膜液体的推流作用造成了液体的吸附层分子的结合力、亲水性的增强而且通过泡膜的电荷作 用起到了气泡的稳定化作用。据此观点可以认为，与非离子相比，加入电荷强的阴离子界面活性剂后的涂料出现了不易消泡的现象。因此，金属皂类、石蜡类的消泡 剂在添加非离子界面活性剂的涂料中有效，在添加阴离子界面活性剂的涂料中效果不太理想。但是，硅酮、复合硅酮类的消泡剂，不仅对添加非离子界面活性剂有 效，而且对添加阴离子界面活性剂也发挥消泡效果。消泡剂因种类的不同与起泡因子有关的阴离子界

17、面活性剂中的离子性有选择性，因此与金属皂类、石蜡类的消 泡剂相比，对于硅酮、复合硅酮类的消泡剂而言无论涂料中添加了何种界面活性剂，其消泡效果均非常好,消泡剂的品种,1) 抗泡沫剂;抗泡沫添加剂;消泡剂;antifoaming agent;defoaming agent 2) 防沫剂;消泡剂;antifoaming agent 3) 脱泡剂;消泡剂;defoaming agent;defoamer;air release agent 4) 消泡剂;破泡剂;antifoaming agent;foam breaker;antifoam agent 5) 食品消泡剂;deforming agents

18、 for food 6) 纸浆消泡剂;defoaming agent of pulp 7) 食品消泡剂;food antifoaming agents 8) 有机硅消泡剂;silicone defoamer 9) 钻井液消泡剂;defoamer for drilling fluid,消泡剂的使用,在选择水性涂料的消泡剂的时候要注意的是： （1）消泡能力强； （2）稳定性好； （3）不影响光泽； （4）没有重涂性等障碍 建议采用高速搅拌法检验消泡剂的消泡能力。固定转速、搅拌时间、用量、粘度等参数，然后比较泡沫的的高度以及消除的时间。,消泡剂的性能要求,作为消泡剂, 它应具有较低的表面张力和HLB

19、 值, 不溶于发泡介质之中, 但又很易按一定的粒度大小均匀地分散于泡沫介质之中, 产生持续的和均衡的消泡能力。 消泡剂应具有下述性能: 具有能与泡沫表面接触的亲和能力; 具有能在泡沫上扩散和进入泡沫, 并取代泡沫膜壁的性能; 不溶于介质之中; 具有在泡沫介质中分散的适宜颗粒作为消泡核心。,消泡剂的评价,消泡剂在造纸行业的应用,通常要进行消泡速度、抑泡性能以及贮存稳定性等测试。下面介绍一些简单有效的测试方法: 消泡速度取起泡液(通常为生产过程中需消泡的介质) 100 毫升于具有刻度的200毫升高型烧杯内, 使用高速搅拌器, 以30004000 转/ 分的高速搅拌使之形成一定的泡沫高度,用L -

20、0 表示。加入一滴消泡剂后,每隔2 秒记录一次泡沫的高度, 用L - 2 、L - 4 、L - 6 L - n 表示。在记录泡沫高度时, 如发现泡沫只是穿了一个洞, 而没有普遍破裂下降, 别说明该消泡剂的扩散性很差, 没有什么消泡能力。,抑泡性能取起泡液100毫升于具有刻度的20O 毫升高型烧杯内, 加入一定量消泡剂,使用高速搅拌器, 以30004000转/ 分的高速搅拌, 时间为120秒, 测定搅拌时间为30、60、90、120 秒各点的泡沫高度。把最初高度设为L0 ,用L30 、L60 、L90 、L120表示各点的高度。 贮藏稳定性取200 毫升消泡剂放于白色玻璃瓶中, 加盖在50 恒

21、温箱中放置1 2周, 并与最初测定消泡能力的样品对比各项性能。这个条件一般说相当于常温6 个月的贮藏性。,消泡剂性能测试,消泡剂性能测试的内容,消泡剂性能包括消泡速率、消泡能力、抑泡能力、储藏稳定性、水溶性、耐酸耐碱性、生理毒性、耐高温性、消泡剂的最佳使用量等,一般最重要的性能是消泡性能和抑泡性能,在某些行业中对消泡剂还可能有着其他特别的要求。不同的性能需要不同的测试方法,但消泡剂的消泡性能和抑泡性能的测试方法是最多种类的,也是所有消泡剂都必须要测试的。,传统的消泡性能和抑泡性能的测试方法,消泡性能和抑泡性能常见的测试方法有:罗斯-迈尔斯法、西德工业标准法、鼓气法、搅拌法、滴定法、高速分散法和

22、循环鼓泡法等,还有一些如ASTM D892-06e1标准、ASTM-E2407-04、震荡法(或摇瓶法)、高施密特评价法、Q/XGY 014-91标准、ASTM D892-46T标准、上海氯碱化工股份有限公司评价方法等都和以上的测试方法类似。,这些方法的区别在于泡沫产生的原因、消泡剂的加入时机和泡沫的静动态种类等,共同点在于都是利用泡沫体积的变化来比较消泡剂的作用性能,但是利用泡沫高度的方法在很多的实际生产中可操作性很差。另外,消泡剂的性能评价没有固定的标准,都是通过在测试中相互比较来评判消泡剂性能的优劣。,由于消泡剂应用的广泛性和针对性,消泡剂性能的测试结果很大程度上会依赖气泡产生的环境、消泡剂种类、消泡剂加入方式、消泡剂的作用时间等,所以消泡剂性能评价的众多方法无法去宏观的比较优劣,在不同的消泡剂性能测试方法中,有时会得到不同的测试结论,甚至可能会相反。,硅氧烷系消泡剂,硅氧烷系消泡剂：公认的最重要的通用型的消泡剂。该类消泡剂具有两个很难同时具有的特性：即低表面张力与低挥发性。此外，它们在一般情况下是化学惰性的，不溶于水与多种有机溶剂。正是由于它们的稳定性，使得该类消泡剂通常是无毒或低毒的。,基于硅氧烷类消泡剂优良的应用性能以及其通用性，使它在工业生产中应用面之广是其它消泡剂品种无法比拟的。随着新的硅氧烷类材料的不断开发成功，消泡工艺的不断进步与完善，必然使