助劑介紹 | 消泡劑篇
水性涂料、溶劑型涂料,在配方中應采用各種助劑,其中有幫助顏料濕潤分散的助劑;有改進(jìn)涂料成品貯藏穩定的助劑,有調整涂膜外觀(guān)平整的助劑;還有一些達到特別功能的助劑。
上述這些助劑品種大多都屬于表面活性劑,都能改變涂料的表面張力,致使涂料本身就存在著(zhù)易起泡或使泡沫穩定的內部因素。
涂料制造過(guò)程中需要使用各種高速混合機,如三輥機、砂磨機和球磨機等。涂料涂裝時(shí)所用的各種方式方法,如空氣噴涂、無(wú)氣噴涂、輥涂、流涂和淋涂等。在這些過(guò)程中,都會(huì )程度不同地增加涂料體系的自由能,幫助產(chǎn)生泡沫,這是產(chǎn)生泡沫的外部因素。
泡沫的消除方法
1、物理方法
從物理學(xué)角度考慮消除泡沫的方法主要包括放置擋板或濾網(wǎng)、機械攪拌、靜電、冷凍、加熱、蒸汽、射線(xiàn)照射、高速離心、加壓減壓、高頻振動(dòng)、瞬間放電和超聲波(聲學(xué)液體控制)等,這些方法都在不同的程度上促進(jìn)了液膜兩端氣體的透過(guò)速率和泡膜的排液,使得泡沫的穩定因素小于衰減因素,從而泡沫的數量逐漸減少。但是這些方法共同的缺點(diǎn)是使用受環(huán)境因素的制約性較強、消泡速率不高等,優(yōu)點(diǎn)在于環(huán)保、重復利用率高。
2、化學(xué)方法
從化學(xué)角度消除泡沫的方法主要包括化學(xué)反應法和添加消泡劑的方法。
化學(xué)反應法是指通過(guò)加入一些試劑使其與起泡劑發(fā)生化學(xué)反應,生成不溶于水的物質(zhì),從而降低了液膜中表面活性劑的濃度,促使泡沫的破裂,但是這種方法存在發(fā)泡劑成分不確定、產(chǎn)生難溶性物質(zhì)對體系設備產(chǎn)生危害等缺點(diǎn)?,F如今各行各業(yè)應用廣泛的消泡方法是加入消泡劑的方法,這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)在于破泡效率高、使用方便等優(yōu)點(diǎn),但是尋找合適高效的消泡劑是關(guān)鍵。
消泡劑的原理
消泡劑,也稱(chēng)消沫劑,原理有以下幾點(diǎn):
1、泡沫局部表面張力降低導致泡沫破滅
該種機理的起源是將高級醇或植物油撒在泡沫上,當其溶入泡沫液,會(huì )顯著(zhù)降低該處的表面張力。因為這些物質(zhì)一般對水的溶解度較小,表面張力的降低僅限于泡沫的局部,而泡沫周?chē)谋砻鎻埩缀鯖](méi)有變化。表面張力降低的部分被強烈地向四周牽引、延伸,最后破裂。
2、破壞膜彈性而導致氣泡破滅
消泡劑添加到泡沫體系中,會(huì )向氣液界面擴散,使具有穩泡作用的表面活性劑難以發(fā)生恢復膜彈性的能力。
3、促使液膜排液
消泡劑能促使液膜排液,因而導致氣泡破滅,泡沫排液的速率可以反映泡沫的穩定性,添加一種加速泡沫排液的物質(zhì),也可以起到消泡作用。
4、添加疏水固體顆??蓪е職馀萜茰?/strong>
在氣泡表面疏水固體顆粒會(huì )吸引表面活性劑的疏水端,使疏水顆粒產(chǎn)生親水性并進(jìn)入水相,從而起到消泡的作用。
5、增溶助泡表面活性劑可導致氣泡破滅
某些能與溶液充分混合的低分子物質(zhì),可以使氣泡表面活性劑被增溶、使其有效濃度降低。有這種作用的低分子物質(zhì)如辛醇、乙醇、丙醇等醇類(lèi),不僅可減少表面層的表面活性劑濃度,而且還會(huì )溶入表面活性劑吸附層,降低表面活性劑分子間的緊密程度,從而減弱了泡沫的穩定性。
6、電解質(zhì)瓦解表面活性劑雙電層
對于借助泡沫的表面活性劑雙電層互相作用,產(chǎn)生穩定性的起泡液,加入普通的電解質(zhì)即可瓦解表面活性劑的雙電層起消泡作用。
消泡劑的分類(lèi)
常用的消泡劑按成分不同可分為硅(樹(shù)脂)類(lèi)、表面活性劑類(lèi)、鏈烷烴類(lèi)和礦物油類(lèi)。
1、硅(樹(shù)脂)類(lèi)
硅樹(shù)脂消泡劑又稱(chēng)乳劑型消泡劑,使用方法是將硅樹(shù)脂用乳化劑(表面活性劑)乳化分散在水中后投加到廢水中。二氧化硅細粉是另一種消泡效果較好的硅類(lèi)消泡劑。
2、表面活性劑類(lèi)
此類(lèi)消泡劑其實(shí)是乳化劑,即利用表面活性劑的分散作用,使形成泡沫的物質(zhì)在水中保持穩定的乳化狀態(tài)分散,從而避免生成泡沫。
3、鏈烷烴類(lèi)
鏈烷烴類(lèi)消泡劑是用乳化劑把鏈烷烴蠟或其衍生物乳化分散后制成的消泡劑,其用途與表面活性劑類(lèi)的乳化型消泡劑類(lèi)似。
4、礦物油類(lèi)
以礦物油為主要消泡成分。為了改善效果,有時(shí)混合金屬皂、硅油、二氧化硅等物質(zhì)一起使用。此外,為使礦物油容易擴散到發(fā)泡液表面,或者使金屬皂等均勻分散在礦物油中,有時(shí)還可投加各種表面活性劑。
不同種類(lèi)消泡劑的優(yōu)缺點(diǎn)
礦物油類(lèi)、酰胺類(lèi)、低級醇類(lèi)、脂肪酸及脂肪酸酯類(lèi)、磷酸酯類(lèi)等有機物消泡劑的研究應用較早,屬于第一代消泡劑,其具有原料易得、環(huán)保性能高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)在于消泡效率低、專(zhuān)用性強、使用條件苛刻等。
聚醚類(lèi)消泡劑是第二代消泡劑,主要包括直鏈聚醚、由醇或氨為起始劑的聚醚、端基酯化的聚醚衍生物三種。聚醚類(lèi)消泡劑最大的優(yōu)點(diǎn)在于抑泡能力強,除此以外,還有些聚醚類(lèi)的消泡劑具有耐高溫、耐強酸強堿等優(yōu)良性能;缺點(diǎn)是使用條件受溫度限制、使用領(lǐng)域窄、消泡能力較差、破泡速率低等。
有機硅類(lèi)消泡劑(第三代消泡劑)有較強的消泡性能、快速的破泡能力、揮發(fā)性低、對環(huán)境無(wú)毒害、無(wú)生理惰性、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),因此有著(zhù)廣闊的應用前景和巨大的市場(chǎng)潛力,但是抑泡性能較差。
聚醚改性聚硅氧烷消泡劑同時(shí)兼有聚醚類(lèi)消泡劑和有機硅類(lèi)消泡劑的優(yōu)點(diǎn),是消泡劑的發(fā)展方向。有時(shí)還可以根據其逆溶解性重復利用,但是目前此類(lèi)消泡劑的種類(lèi)較少,還處于研發(fā)階段,生產(chǎn)的成本較高。
消泡劑的選型
選擇消泡劑要符合以下幾點(diǎn):
1、在起泡液中不溶或難溶
為破滅泡沫,消泡劑應該在泡膜上濃縮、集中。對破泡劑的情況,應在瞬間濃縮、集中,對于抑泡的情況應經(jīng)常保持在這種狀態(tài)。所以消泡劑在起泡液中是過(guò)飽和狀態(tài),只有不溶或難溶才易于達到過(guò)飽和狀態(tài)。用于水體系的消泡劑,活性成分的分子,須為強疏水弱親水,HLB值在1.5-3范圍,作用才最好。
2、表面張力低于起泡液
只有消泡劑分子間作用力小,表面張力低于起泡液,消泡劑微粒才能夠在泡膜上浸入及擴展。值得注意的是,起泡液的表面張力并非溶液的表面張力,而是助泡溶液的表面張力。
3、與起泡液有一定程度的親和性
由于消泡過(guò)程實(shí)際上是泡沫崩潰速度與泡沫生成速度的競爭,所以消泡劑必須能在起泡液中快速分散,以便迅速在起泡液中較廣泛的范圍內發(fā)揮作用。要使消泡劑擴散較快,消泡劑活性成分須與起泡液具有一定程度的親和性。消泡劑活性成分與起泡液過(guò)親,會(huì )溶解;過(guò)疏又難于分散。只有親疏適宜,效力才會(huì )好。
4、與起泡液不發(fā)生化學(xué)反應
消泡劑與起泡液發(fā)生反應,一方面消泡劑會(huì )喪失作用,另一方面可能產(chǎn)生有害物質(zhì),影響微生物的生長(cháng)。
5、揮發(fā)性小,作用時(shí)間長(cháng)
首先要確定需要使用消泡劑的體系,是水性體系或油性體系。如發(fā)酵行業(yè),就要使用油性的消泡劑,如聚醚改性硅或聚醚類(lèi)的。選擇出消泡劑,比較添加量,在參考價(jià)格,可得出最適用最經(jīng)濟的消泡劑產(chǎn)品。
影響消泡劑使用效果的因素
1、消泡劑在溶液中的分散性
消泡劑在溶液中的分散狀態(tài)和表面性能顯著(zhù)影響其它消泡性能。消泡劑應具有合適的分散程度和粒徑太大或太小的顆粒會(huì )影響它們的消泡活性。
2、泡沫體系中消泡劑的相容性
當表面活性劑完全溶解在水溶液中時(shí),它通常定向排列在泡沫的氣液界面上以穩定泡沫。當表面活性劑處于不溶狀態(tài)或過(guò)飽和狀態(tài)時(shí),顆粒分散在溶液中并積聚在泡沫上,泡沫充當消泡劑。
3、發(fā)泡系統環(huán)境溫度
發(fā)泡液體的溫度也會(huì )影響消泡劑的性能。當發(fā)泡液體本身的溫度相對較高時(shí),建議必須使用特殊的耐高溫消泡劑,因為如果使用普通的消泡劑,消泡效果肯定會(huì )大大降低,而且消泡劑會(huì )直接將乳液破乳。
4、包裝、儲存和運輸
消泡劑適用于5~35℃儲存,保質(zhì)期一般為6個(gè)月。不要把它放在熱源附近或暴露在陽(yáng)光下。根據常用的化學(xué)儲存方法,確保使用后密封,避免變質(zhì)。
5、消泡劑的添加比例
原液的添加和稀釋后的添加在一定程度上有一些偏差,并且比例不相等。由于表面活性劑濃度低,稀釋的消泡劑乳液極不穩定,很快就不會(huì )分層消泡性能相對較差,不適合長(cháng)期儲存建議稀釋后立即使用。
添加消泡劑的比例需要通過(guò)現場(chǎng)試驗來(lái)驗證效果,不應該過(guò)分添加。
消泡劑的用量
消泡劑的種類(lèi)很多,不同類(lèi)型的消泡劑所需要的添加量是不同的,下面我們?yōu)榇蠹医榻B一下六類(lèi)消泡劑的添加量:
1、醇類(lèi)消泡劑:醇類(lèi)消泡劑使用時(shí),用量一般在0.01-0.10%以?xún)取?/span>
2、油脂類(lèi)消泡劑:油脂類(lèi)消泡劑的添加量在0.05-2%之間,脂肪酸酯類(lèi)消泡劑的添加量是0.002-0.2%之間。
3、酰胺類(lèi)消泡劑:酰胺類(lèi)消泡劑效果比較好,添加量一般在0.002-0.005%以?xún)取?/span>
4、磷酸酸類(lèi)消泡劑:磷酸酸類(lèi)消泡劑常用在纖維和潤滑油中,添加量為0.025-0.25%之間。
5、胺類(lèi)消泡劑:胺類(lèi)消泡劑主要在纖維加工中使用,添加量為0.02-2%。
6、醚類(lèi)消泡劑:醚類(lèi)消泡劑在造紙印染、凈洗中用的比較多,添加量一般是0.025-0.25%。
來(lái)源:化工助劑圈