乳液型阻燃纤维有机硅消泡剂的制备及性能

张健

（唐山三友化工股份有限公司，河北唐山063305）

目前，在化纤行业阻燃纤维制造过程中，搅拌、闪蒸等工艺会产生大量的泡沫，倘若不及时抑止，泡沫浓度过大，会影响正常生产，引起设备和管道腐蚀，甚至导致产品质量和生产能力下降，因此需加入消泡剂[1-3]。

1 实验部分

1.1 主要实验原料

主要原料：甲基硅油（粘度/25℃：350 mPa·s/；1 000 mPa·s），工业品，唐山三友硅业有限责任公司；107硅橡胶,粘度50 000 mPa·s,工业品，唐山三友硅业有限责任公司；聚醚硅油,粘度/25℃：700～1 000 mPa·s,自制；Tween-80、Span-80，均为AR，江苏海安化工厂；羧甲基纤维素钠，工业级，保定华瑞化工有限公司。

1.2 阻燃纤维有机硅消泡剂的制备方法

1.2.1 硅膏的制备

将甲基硅油（粘度/25℃：350 mPa·s）、甲基硅油（粘度/25℃：1 000 mPa·s）、107 硅橡胶，按2∶2∶1 加入到带有搅拌器、温度计的三口瓶中，搅拌混匀。再投入气相法二氧化硅。二氧化硅∶混合硅油=90∶10（质量比），持续搅拌，升温至130℃～140℃，保持2～3 h，再升温至180℃～190℃，保温2 h，然后冷却至室温，得到白色或淡黄色硅膏。

1.2.2 阻燃纤维有机硅消泡剂的复配制备

在三口瓶中，加入硅膏和聚醚硅油，硅膏∶聚醚硅油=40∶8（质量比），搅拌均匀后加入8 份复合乳化剂（Tween 80和Span 80，比例HLB约为10），升温至60℃～70℃，搅拌20 min后冷却至室温，最后将137份质量分数为1%的羧甲基纤维素钠水溶液与上述中间产物混合，搅拌30 min，制成白色阻燃纤维有机硅消泡剂。

1.3 性能测试

1.3.1 消泡性能测试

起泡液配比为98%硫酸∶十二烷基苯磺酸钠∶OP-10∶水=0.5∶0.5∶0.5∶98.5。

室温下将50 mL起泡液加入到100 mL带塞量筒中，上下振荡30 次，使泡沫体积至100 mL，然后加入0.05 g消泡剂，同时启动秒表记录泡沫完全消失时间。消泡时间越短，消泡效果越好。

1.3.2 抑泡性能测试

在500 mL量筒中加入100 mL起泡液，加入0.1 g消泡剂，将压缩空气软管插到起泡液底部鼓泡，稳定气流量为5 L/min，记录泡沫到200 mL 刻度处所使用时长。时间越长，消泡剂的抑泡性能越好。

1.3.3 稳定性测试

（1）离心稳定性

根据GB/T 26527-2011，将消泡剂在3 000 rpm的离心机上离心15 min，观察分层情况。

（2）热稳定性

取适量消泡剂，于60℃下放置24 h，观察是否分层。

2 结果与讨论

2.1 二甲基硅油及107硅橡胶对消泡剂性能的影响

二甲基硅油的热稳定性好，表面张力低，消泡能力强，具有生化惰性，对大多数的起泡介质具有优异的消泡效果。消泡机理是通过消泡剂进入了介质泡沫的双分子定向膜，从而使定向膜的力学平衡被破坏，起到消泡抑泡的作用[6]。

试验表明，二甲基硅油对消泡剂有着较大的影响。低粘度的甲基硅油在起泡液中易分散，发挥消泡作用，但抑泡效果差；107 硅橡胶及高粘度硅油溶解度小，抑泡时间比较长，但乳化过程困难，消泡效果差。综合以上因素，为了获得最佳的消泡抑泡性能，本研究试验所选硅油为350 和1 000 mPa·s，所选107硅橡胶为50 000 mPa·s，用量为17%～18%。

2.2 气相二氧化硅对消泡剂性能的影响

在二甲基硅油中混入气相二氧化硅，可明显改善消泡效果。因为气相二氧化硅易分散，密度小，比表面积大，并且未经疏水处理显亲水性，在有机相中浸润和分散较难；经疏水处理后表面羟基减少，自由能降低，由亲水变为疏水，与有机相的浸润和分散效果改善明显，从而有利于提高乳液系统稳定性。

在其他条件相同的情况下，二氧化硅的使用量对消泡效果的影响结果如表1。

表1 二氧化硅用量对消泡剂性能的影响

表1显示当二氧化硅的用量低于10%时，随着二氧化硅用量的增加，消泡抑泡效果提高，但当二氧化硅高于10 g 时，消泡抑泡效果提升不明显。综合考虑，消泡剂中气相二氧化硅的用量与硅油质量比10 g为宜。

2.3 乳化剂复配对消泡剂性能的影响

甲基硅油乳化困难，故选择正确的乳化剂是关键。Span类和Tween类乳化剂的HLB值（8-11）相接近，亲和力好，并且其化学结构与二甲基硅油相似，因此选择Span-80 与Tween-80 乳化剂复配使用效果更加明显。表2 显示复配乳化剂的HLB 值接近10 时，效果更加明显。

表2 复配乳化剂不同的HLB值对消泡剂性能的影响

其他条件和乳化剂复配使用后HLB 值不变，分析乳化剂加入量的影响，实验结果如表3。

表3 乳化剂用量对消泡性能的影响

表3显示，乳化剂的用量大小对消泡剂乳液稳定性影响较大，综合分析，乳化剂加入量以4%为好。

2.4 聚醚硅油对消泡剂性能的影响

将聚醚硅油与二甲基硅油、107 硅橡胶及改性二氧化硅乳化复合。固定其他条件不变，分析聚醚硅油用量对消泡抑泡效果的影响，实验结果如表4。

表4 聚醚硅油用量对消泡性能的影响

表4 显示，聚醚硅油在一定范围内随着其用量增加，消泡抑泡性能随之提高，这是因为聚醚硅油利用组分间协同增效的作用，从而提高消泡抑泡效果。当聚醚硅油用量超过4%时，乳液中亲水性基团含量高，反而导致消泡抑泡效果变差，经上分析聚醚硅油用量应控制在4%左右为宜。

2.5 增稠剂对消泡剂性能的影响

为使消泡剂在较长时间内稳定，配方中需添加增稠剂以提高乳液稳定性，本实验选用羧甲基纤维素钠作为增稠剂，用量占乳液总量的1%时效果最佳。

2.6 消泡剂稳定性实验

制成消泡剂在离心机3 000 rpm 转速下保持15 min不分层，表明制成消泡剂离心稳定性好。在60℃环境下放置24 h 未出现分层、破乳现象，表明制成消泡剂耐热稳定性好。

2.7 产品性能比较

本产品与市售的其他消泡剂进行比较，结果如表5。

表5 本产品与市售产品性能比较

由此分析，本乳液的消抑泡效果及稳定性优于市售产品。

3 结论

本研究制备的阻燃纤维有机硅消泡剂产品原料来源方便，工艺流程简单，生产环保，易工业化，使用效果和稳定性较好。