消泡剂的分类及其特点概述

朱天一，李茂，程亮，刘晓磊，朱江，马筱怡，孙晓婷

(1.中国石油大连润滑油研究开发中心,辽宁 大连 116032；2.中国石油大连石化公司,辽宁 大连 116032)

消泡剂的分类及其特点概述

朱天一1，李茂2，程亮1，刘晓磊1，朱江1，马筱怡1，孙晓婷1

(1.中国石油大连润滑油研究开发中心,辽宁 大连 116032；2.中国石油大连石化公司,辽宁 大连 116032)

文章简述了消泡剂的组成及作用机理，重点阐述了消泡剂的种类及其性能特点、应用领域等。种类主要有非硅型、聚醚型、有机硅型和聚醚改性有机硅型。非硅型由于专用性强，目前应用较少。聚醚型和有机硅型有各自的优缺点，例如聚醚型的消泡能力差，抑泡能力强，有机硅型却相反，所以根据其行业和性能需求来选择。聚醚改性有机硅型兼具聚醚型和有机硅型的优点，是未来消泡剂的发展方向。

消泡剂；聚醚；有机硅；聚醚改性有机硅

0 引言

消泡剂，是消除泡沫的一种添加剂。在涂料、纺织、医学、发酵、造纸、水处理及石油化工等领域生产和应用过程中会产生大量的泡沫，进而影响到产品质量、生产过程。基于对泡沫的抑制、消除，生产时通常要把特定量的消泡剂加入其中。

1 消泡剂的组成

消泡剂的组成主要有活性成分、乳化剂、载体和乳化助剂，其中活性成分为最主要的核心部分，起到破泡、减小表面张力作用；乳化剂是使活性成分分散成小颗粒，以便于更好地分散到油或者水中，起到更好的消泡效果；载体在消泡剂中占较大比例，其表面张力并不高，主要起到支持介质的作用，对抑泡、消泡效果有利，能把成本降低；乳化助剂是使乳化效果更好。

2 消泡剂的作用机理

影响泡沫稳定性的因素有液体的表面张力及其修复能力、界面膜的性质、表面活性剂的种类等。起泡体系的种类不同，导致泡沫稳定因素也不同。消泡剂的表面张力低，易于进入液膜中并扩展，降低液膜的表面张力，使液膜逐渐变薄，内部受力不均匀，失去自我修复能力从而导致其破裂。泡沫的破裂过程见图1。

图1 泡沫破裂过程[1]

3 消泡剂的分类

消泡剂主要分为非硅型、聚醚型、有机硅型和聚醚改性有机硅型。

3.1非硅型

非硅型消泡剂主要有醇类、脂肪酸、脂肪酸酯及磷酸酯类等，适用于油性基液中。它的制备原料易得、环保性能高、生产成本低，但对致密型泡沫的消泡效率较低，且专用性较强，目前可以使用此类消泡剂的行业较少。

3.2聚醚型

聚醚型消泡剂是环氧乙烷、环氧丙烷的共聚物，主要是利用其溶解性在不同温度表现出的不同特性达到消泡作用。低温下，聚醚分散到水中，当温度不断升高时，聚醚亲水性逐渐降低，直到浊点时，使聚醚成为不溶解状态，这样才发挥消泡作用。在制备过程中通过调节聚醚的种类及原料的比例就可改变其浊点, 从而可以应用在不同行业。

聚醚型消泡剂具有抑泡能力强、耐高温等优良性能，缺点是有一定毒性，使用条件受温度限制，破泡速率不高，使用领域窄。泡沫如果产生的数量较多，其无法迅速消灭泡沫，必须有消泡剂重新加入其中，消泡效果才能体现出来[2]。

聚醚型消泡剂主要分为GP型、GPE型、GPES型。

聚合环氧丙烷与环氧乙烷、或环氧丙烷与甘油即可获得GP型。其在起泡介质内的抑泡能力要高于消泡能力。常用在生物农药、酵母等生产中做消泡剂。

GPE型消泡剂主要是将环氧乙烷加在聚丙二醇链段(GP型消泡剂)末端，变成亲水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油链端。其在介质中易溶解，消泡能力强，但溶解度也较大，抑泡性能较差，常用于制药工业做抗菌素发酵过程的消泡剂。

GPES型是在GPE型消泡剂链端用硬脂酸进行酯化处理后得到一种新的聚醚型消泡剂。因为这种结构的分子亲油性增加，亲水性降低，易于聚集在气液界面，因而消泡效率高。

3.3有机硅型

聚二甲基硅氧烷(也叫做硅油)是有机硅型消泡剂的主要成分。和H2O、普通油类相比，硅油表面张力更小,既适用于水基起泡体系，又适用于油性起泡体系。在H2O、普通油类中，硅油活性高、溶解度低，其基本特征表现在化学性质稳定、使用范围广泛、挥发性低、无毒，且消泡能力比较突出等，缺点是抑泡性能较差。

这一类消泡剂的种类主要包括固体型、乳液型、溶液型和油型。

固体型消泡剂具有稳定性好、工艺简单、便于运输、使用方便等特点。它对油相、水相均适用，介质分散性也比较突出，在低(无)泡洗衣粉领域应用比较普遍。

乳液型消泡剂中的硅油具有较大的张力，乳化难度系数大，乳化剂一旦选择不当，会造成消泡剂在短时间内分层、变质等现象。乳液的稳定性对消泡剂质量极为关键，因此乳液型硅类消泡剂的制备重点在于乳化剂选择。同时乳液型消泡剂具有价格便宜、适用范围广泛、消泡效果明显等特点，在有机硅消泡剂中用量最大。随着配方技术的进步，乳液型消泡剂会有较大发展。

溶液型消泡剂是硅油溶解在溶剂中制成的溶液，其消泡原理是：利用溶剂将硅油成分携带且于起泡溶液内分散，在这一过程中，硅油会逐步凝聚成微滴，由此完成消泡。硅油溶解在非水有机溶液体系中，例如多氯乙烷、甲苯等，可以作为油性溶液消泡。硅油溶解在水相体系溶液中，例如乙二醇、甘油等，可以作为水性溶液消泡。需要注意的是，溶剂在提高消泡剂分散性的同时，其成本也会加大，其制备过程中搅动的速度、力度如果不足, 溶剂虽易得到扩散，硅油却凝聚成粒度大、消泡活性较差的油珠[3]。

成本较高的二甲基硅油通常适合油溶性溶液的消泡。一般来说，高黏度的起泡体系选择低黏度的消泡剂，低黏度的起泡体系选择高黏度的消泡剂。

3.4聚醚改性有机硅型消泡剂

此类消泡剂是利用聚醚链段或聚硅氧烷链段改性接枝后获得的硅醚共聚物，它是将两者的优点有机结合起来得到一种新型高效消泡剂，具有分散性好、抑泡能力强、稳定、无毒、挥发性低、消泡效力强等优点。

3.4.1 聚醚改性有机硅型消泡剂特点

逆溶解性：由于分子中含有聚醚链段，所以具备聚醚消泡剂的浊点特性，能基于体系消泡的温度需求方便地选择适用的聚硅氧烷聚醚型消泡剂。

自乳性:由于硅氧烷链段和聚醚链段对溶剂的憎、亲性能不同，当聚醚改性有机硅型消泡剂加入溶剂中，聚醚链段伸展于外部、聚硅氧烷链段卷曲于内部，所形成分散状态即所谓的“自乳性”。消泡剂在自乳性作用下，可以迅速、均匀地分散于起泡液内,其稳定性较为突出，对抑泡、消泡功能的全面发挥有利。对聚醚链段、硅氧烷链段的比例进行调节，可以使消泡剂适用于不同性质起泡溶液[4]。

3.4.2 聚醚改性有机硅型消泡剂种类

根据内部衔接方式不同，聚醚改性有机硅型消泡剂可以分为以下两类：

以酸为催化剂制备的-Si-O-C-键连接的共聚物，这种消泡剂易于水解,稳定性较差。如果有胺类缓冲剂存在，可以进行较长时间保留。但因其价格低，发展潜力极为明显。

-Si-C-键衔接的共聚物结构比较稳定, 在密闭条件下, 可以保存两年以上。但是由于生产过程中要使用价格昂贵的铂为催化剂, 使得此类消泡剂的生产成本高昂,所以并未得到广泛应用。

4 总结及展望

各种消泡剂有着各自的优缺点，如聚醚型消泡剂抑泡性能好，耐高温高碱，不过其消泡效果并不理想；有机硅型消泡剂的表面张力低、消泡效率高，但是抑泡性能较差，容易变质；有机硅型聚醚改性消泡剂兼具有机硅型消泡剂、聚醚型消泡剂的优势，它具有消泡和抑泡效果好、分散性能高、储存稳定等特点。随着科技的发展，聚醚改性有机硅型消泡剂将取代性能较差、化学性质不稳定等缺点的消泡剂，进而在未来的市场上占据主导地位。

[1] 陈萍华，将华麟，舒红英，等.有机硅消泡剂的研究及其发展趋势[J].江西化工，2007 (3)：5-7.

[2] 葛成灿，王源生，余红伟，等.泡沫及消泡剂的研究进展[J].材料开发与应用，2010，25(6):81-85.

[3] 李春静，卢义和，宫素芝，等.消泡剂的发展概述[J].四川化工，2005，8(6)：20-23.

[4] 赵玉索.有机硅消泡剂的研究及发展[J].浙江化工，2007，38(3)：12-14.

Types and Characteristics Introduction of Antifoaming Agent

ZHU Tian-yi1, LI Mao2, CHENG Liang1, LIU Xiao-lei1, ZHU Jiang1, MA Xiao-yi1, SUN Xiao-ting1

(1.PetroChina Dalian Lubricating Oil Ramp;D Institute, Dalian 116032, China;2.PetroChina Dalian Petrochemical Company, Dalian 116032, China)

The paper describes the composition and mechanism of the antifoaming agent, focusing on its types, performances and characteristics, application fields and so on. It has 4 types including non-silicon, polyether, organosilicon and TMPES (Polyether Modified Organic Silicon). Non-silicon is less used currently because of its specificity. Polyether and organosilicon have their own advantages and disadvantages, such as the poor defoaming ability and strong foam inhibition of polyether, while organosilicon is the opposite, so choosing according to its industry and performance requirements. TMPES is the future orientation for antifoaming agent, with advantages of both polyether and organosilicon.

antifoaming agent; polyether; organosilicon; TMPES

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.06.005

1002-3119(2017)06-0023-03

TE624.82

A

2017-07-24。

朱天一，工程师，学士，2006年毕业于沈阳化工学院化学工程与工艺专业，主要从事车用油品开发和应用研究。E-mail：zhutianyi_rhy@petrochina.com.cn