一文读懂有机硅消泡剂

来源：消泡剂网、有机硅消泡剂等 由有机硅整理编辑 

泡沫

现代工业生产中, 泡沫无处不在：各类加工液的机槽；各类工业清洗池；各类工业和农业产品及制剂中；石油化工的各个生产环节中, 水处理等等。

泡沫, 给工业生产带来种种问题：为了防止泡沫溢出, 投料系数被迫降低 30%~ 50%；泡沫溢出导致原材料的浪费；泡沫占据空间, 影响反应速度, 生产周期被迫延长；泡沫会影响产品品质, 如涂料, 塑胶制品；泡沫的产生, 对工业生产稳定性产生影响, 造成操作波动, 质量不稳定。

针对泡沫问题, 最直接的解决方式就是使用消泡剂。

有机硅消泡剂的作用机理

有机硅消泡或抑泡的能力，是由于它具有的很低的表面张力。有机硅化合物（硅油）干扰气液界的表面张力，导致消泡效果。

当有机硅加到泡沫介质中时，硅油的小颗粒落到泡的表面，同时有效地降低接触点的表面张力，在泡外皮引起一个薄弱点，从而引起破泡。

最佳消泡活性标准可以如此描述：游离的硅油小粒子必须完全地、尽可能快地和有效地分散到活动区内。硅油借助于生产加工时加入的比例很小，表面积很大的SiO2填料作用，而迅速分散，并在SiO2粒子接触点外引起破乳破泡，挤在一起的泡沫由于临近处泡沫的破裂，引起不稳定态，加快引起连续破泡的效果，至最后达到稳定态。如果是乳液状消泡剂，乳液太稳定，将减少消泡作用。稳定性差时，有较大活性。因此，需要在稳定性和活性之间加以平衡，并选择在水相及油相中溶解度低，而又具有极高活性的有机硅化合物。

消泡剂的机能，也有按破泡、脱泡、抑泡三种机理进行定义。破泡：相对于泡沫，从空气侧进入泡中，将泡合一破坏。抑泡：从液体侧进入泡中，将泡合一破坏。脱泡：从气泡的界面侵入泡中，令气泡合一浮出液面。

消泡剂的作用示意图

有机硅消泡剂的优缺点

优点

• 应用面广：由于硅油特殊的化学结构，既不与水或含极性基团的物质相溶，也不与烃类或含烃基的有机物相溶。由于硅油对各类物质的不溶性，因而应用面广，既可用于水体系消泡，又可用于油体系中。
• 表面张力小：硅油的表面能力一般为20-21达因/厘米，比水（72达因/厘米）及一般起泡液的表面张力都小，消泡效能好。

• 热稳定性好：以常用的二甲硅油为例，它长时间可耐150℃，短时间可耐300℃以上，其Si-O键不分解。就确保了有机硅消泡剂可在广阔的温度范围内使用。

• 化学稳定性好：由于Si-O键比较稳定，所以硅油的化学稳定性很高，很难与其他物质发生化学反应。因此，只要配制合理，有机硅消泡剂允许在含酸、碱、盐的体系中使用。

• 生理惰性：硅油已被证明对人畜没有毒性，其半致死剂量大于34克/公斤。所以有机硅消泡剂（在适宜无毒乳化剂等配合下）可安全地用于食品、医疗、医药及化妆品等工业上。

• 消泡力强：有机硅消泡剂不仅能有效地破除已经生成的泡沫，而且可以显著地抑制泡沫，防止泡沫的生成。它的使用量很少，只要加入起泡介质重量的百万分之一（1ppm），即然能产生消泡效果。其常用范围1至100ppm。不但成本低，而且不污染被消泡的物质。

缺点

• 聚硅氧烷分散比较困难：聚硅氧烷难溶于水，妨碍了它在水体系中的分散，必须加分散剂，分散剂加多了，则乳液稳定了，消泡效果会变差，必须少用乳化剂，使其消泡效果好，乳液又稳定。

• 有机硅是油溶性的，降低了它在油体系中消泡效果。

• 长时间耐高温、耐强碱性差。

有机硅消泡剂的分类

油（油膏）型消泡剂

油型消泡剂是直接用硅油作消泡剂。它主要用在那些不允许有分散剂及乳化剂等存在的油相起泡体系中。一般认为，不同粘度的硅油，对同一发泡体系表现出不同的消泡效果。低粘度硅油型消泡剂消泡效果快，但持续性较差，而高粘度硅油型消泡剂消泡效果慢，但持续性较好。油膏型消泡剂是在硅油中添加二氧化硅、三氧化二铝等微粉配成的油膏形态的消泡剂，主要用于非水体系的消泡。

二甲基硅油的消泡效果有赖于硅油在发泡体系中的分散程度分散程度越高小炮效果越好。为提高分散程度，可借助于机械搅拌，如加热下高速搅拌，或预先用胶体磨配置一种硅油一矿物油的均匀分散液．或预先使硅油与白碳黑等微粉配成油膏型消泡剂，借助于白碳黑等微粉的分散作用来使用。

溶液型消泡剂

将二甲基硅油溶解在适当的溶剂中可制成有机硅溶液型消泡剂。选用如多氯乙烷、甲苯和二甲苯等有机溶剂配制成的有机硅消泡剂．可用于油溶性介质的消泡作业；而选用己二醇、甘油等易溶于水的有机溶剂配制成的有机硅消泡剂．可用于水溶液的消泡作业。溶液型有机硅消泡剂配制工艺十分简单。使用方便，硅油借助有机溶剂分散在起泡液中起到消泡作用，同时有些溶剂在扩散过程中也会起到一定的消泡作用。但这种方式并没有被大量使用，主要是因为大量使用会提高消泡剂的成本，同时有可能造成环境污染。

乳液型消泡剂

将硅油或硅膏在强烈搅拌或乳化剂作用下，制成硅油乳液则可有效提高硅油在水相中的分散性。从而广泛用作水体系的消泡剂。乳液型消泡剂也是有机硅消泡剂使用最广和应用量最大的消泡剂。

乳液型有机硅消泡剂一般由二甲基硅油、乳化剂、乳液稳定剂和去离子水等配制而成。使用的乳化剂主要是低起泡性的非离子型乳化剂，如司盘、吐温及聚乙二醇等，混合型乳化剂的效果优于单一乳化剂。硅油乳液的粒径是乳液型有机硅消泡剂最重要的控制指标。如要获得消泡效率高及储存稳定性好的硅油乳液，通常要求粒径小于10μm。

因此除选用适宜的乳化剂及混合研磨工艺条件以外，还可加入增稠剂如聚乙烯醇及甲基纤维素等，以提高连续相的粘度。

使用乳液型有机硅消泡剂时，应先了解起泡体系的温度、酸碱性等，因为它们将影响到乳液的稳定性，甚至导致破乳。

虽然乳液型有机硅消泡剂具有难以长期贮存，易分层、易变质的缺点，但具有使用方便、适用面广泛、消泡效果明显和价格适中等特点，所有仍然受到用户的欢迎，并且随着工艺技术的进步，乳液型有机硅消泡剂还会有较大的发展空间。

固体型消泡剂

固体型有机硅消泡剂具有贮存稳定性好、便于运输、使用方便等特点，不但可用于无泡、低泡洗衣粉的生产，也可用于其它需要消泡作业的场合。

固体型有机硅消泡剂的制备方法有3种：(1)将有机硅油直接分散在固体载体表面；(2)将有机硅油与软化点较低的脂肪醇、脂肪酸、脂肪酰胺、脂肪酸酯或石蜡等物质一起熔融，再将熔融体附着在固体载体的表面；(3)将有机硅油与成膜物质混合，使成膜物质包封在有机硅油消泡组分的外部形成分散固体颗粒。

改性硅油型消泡剂

改性硅油引入了部分亲水聚醚链段的甲基硅油，可变成自乳化消泡剂，在起泡体系中长久地保持分散性，延长了消泡剂的使用寿命。当前用作消泡剂常用的改性硅油有聚醚硅油、氟烃基硅油和长链烷基硅油，它们的应用及效果引人注目。

端基型、侧基型及支链型聚醚硅油均可作消泡剂。它们均有一个明确的浊点，只有在浊点之上才有很强的消泡性，而在浊点以下则有助长起泡的作用。此外，利用聚醚硅油的强乳化能力，和硅膏复配，在水体系中即可自乳化成稳定、高效的消泡剂，已广泛用作聚酯纤维高温染色，各种润滑油、切削油、防冻液和强酸体系的消泡。

长链烷基硅油消泡剂可应用在发酵、食品加丁、医疗、纺织、石油、合成橡胶及树脂、涂料及油墨等领域。由于对有机材料具有良好的亲和性，长链烷基硅油消泡剂不会影响产品的后加工性能。但其表面张力随碳链的增加而提高，消泡性能随之降低，因此选择合适的碳链长度很重要。长链烷基硅油在非水体系和水体系的消泡中都有应用 。

氟烃基硅油的表面张力比其它硅油更低，因而由其配成的消泡剂对降低各种起泡体系的表面张力更有效，效果优于其它硅油消泡剂。主要用于对甲基硅油或甲基苯基硅油溶解性很强的非水体系的发泡介质，如脂肪烃、芳香烃和石脑油等。

有机硅消泡剂的应用领域

纺织印染

（1）上浆工艺：水乳剂型有机硅消泡剂，如：有机硅聚醚，上浆槽内添加量0.2¬0.25g/L

（2）化纤油剂：化纤油剂加入0.02¬0.04%水乳液型消泡剂。化纤油剂配方中应含有机硅油。

（3）退浆精炼：选用含聚醚有机硅。

（4）漂白：酸性较强，有机硅消泡剂。

（5）染色：有机硅乳液消泡剂。喷射染色最好选用聚醚有机硅，高温消泡、低温水溶，不沾污织物。

 石化

（1）钻井：乙基硅油（或甲基硅油层乳液）用于泥浆添加剂。

（2）采油：油气分离，消泡棒。熔点比井口泡沫温度高2.8¬13.9℃。

（3）天然汽油吸收：用汽油将二甲基硅油配成2％溶液。

（4）油气分离破乳：

   A、 油气分离，原油中添加0.025～0.0065mg/Kg可提高生产能力；

   B、 破乳：油气分离的原油一般微W/O型乳液，添加0.2mg/Kg左右的适宜消     泡剂，可达到破乳消泡的效果。

（5）精炼：减压蒸馏添加消泡剂，馏分颜色改善，馏分范围放宽，常用有硅油的柴油溶液。

（6）高能燃料（内燃、喷气、航空燃料）用氰烷基聚硅氧烷分散在高闪点煤油中，再加到高能燃料中作高效消泡剂。

（7）沥青、渣油：添加硅油量为0.2×10－6～2.0×10－6

（8）延迟焦化、除焦、消垢：消泡剂添加参考量：0.05～100×10－6

（9）消泡钻井液：高粘度磺金属盐（石油磺酸钙：磺化沥青钠＝1：1），硅氧烷的加入量约100～400×10－6或5～15mg/Kg，磺酸盐：硅氧烷接近1：1为佳。

（10）润滑油：如内燃机、汽车润滑剂、金属加工液、压缩机油等，当用硅油添加作消泡，是因为以下优点：

    A、难溶于润滑油，处于分散状态，有利于吸附在气泡膜上破泡；

    B、有与矿物油类似的烷基，能挤进泡膜，削弱分子引力；

    C、表面张力低，渗透好，吸附在泡膜表面时使局部表面张力降低，因泡膜表面张力不均匀而破泡。重质油选用粘度小硅油，添加量1～10×10－6。另外，烷基聚丙烯酸酯也比较好，有较好的气体释放性。支链胺加入粗汽油、石脑油中，再加入到润滑油中，也可作消泡剂，加入量微0.05～1％，此消泡剂可加入金属切削液中。

造纸

（1）制浆：有机硅乳液消泡剂（90g/T纸）。

（2）涂布纸：涂层涂料，压光后印刷画报等的用纸，涂布气泡一般用非硅消泡剂。

（3）污水处理：水乳剂型有机硅消泡剂。

涂料、油墨

涂料生产中对消泡剂的要求

（1）与泡沫表面的活性物质有一定亲和力，但再气泡液中应该是难溶与不溶的；

（2）表面张力低于气泡液的表面张力，且有较低HLB值；

（3）应使乳液（乳胶）稳定；

（4）涂料成膜后不能引起鱼眼和缩孔的不良后果；

（5）水性涂料用消泡剂：多使用水中难溶的物质，如矿物油、高级醇、有机硅树脂，有机硅是水性涂料最好的消泡剂。

非水性涂料用消泡剂：常用难溶于有机溶剂中的物质，如低级醇、有机硅树脂（有机硅树脂用量要适量，过量易缩裂、陷穴，现多采用改性的有机硅树脂或经乳化的有机硅树脂）

水性涂料中推荐使用的有机硅消泡剂

（1）硅油、疏水SiO2混合物适用：环氧树脂，浇涂，用量0.3％；热塑丙烯酸树脂，喷涂，用量0.3％

（2）聚醚聚硅氧烷与疏水SiO2混合物适用：热固性醇酸树脂，浸涂用量0.3％，刮涂用量0.1％

（3）疏水SiO2、烃类、硅油的混合物适用：热塑性丙烯酸树脂，印刷、油墨，用量0.1％；空气干燥型丙烯酸树脂，浇涂，用量0.5％。

（4）硅油及疏水SiO2混合物乳液适用：醇酸改性苯丙树脂，浇涂，用量0.5％

洗涤剂

聚硅氧烷和改性三聚磷酸钠作为粉状洗涤剂添加剂，含SiO2为2～6％的二甲基硅油（1500c.s）乳液与无水三聚磷酸钠混合，乳液用量10～40％，形成水合物作添加剂。

金属清洗液，要求耐碱，最好时加入液体产品时透明且有消泡活性。

食品

食品专用聚硅氧烷树脂：二甲基聚硅氧烷为主体，含15％以下SiO2食品为水溶液时，用其乳化后的产品，其它均可直接用油型的产品，用量控制。

有机硅消泡剂的发展趋势

有机硅消泡剂既具有良好的消泡、抑泡作用，又具有用量低，化学惰性好，能在苛刻条件下发挥作用的特点，近年来获得飞速发展，适合不同使用环境的新品种新型号不断产生，应用面也不断在扩展。今后适用性强、能进一步提高产品质量和设备利用率的新型高效有机硅消泡剂将会得到进一步发展，特别是性能优良的聚醚改性有机硅消泡剂和乳液型消泡剂会在市场占有主要地位。

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