本文從化學(xué)專(zhuān)業(yè)和消泡劑實(shí)際工藝角度，詳細全面介紹水處理消泡劑相關(guān)內內容。包括水處理消泡劑原理、特點(diǎn)、分類(lèi)和工藝配方等信息。
一、水處理消泡劑作用原理
經(jīng)常有人問(wèn)水處理消泡劑作用機理是什么？下文分從底層詳細介紹，讓您一次看懂學(xué)會(huì )。水處理消泡就是泡沫穩定化的反過(guò)程。也可以說(shuō)，一切能破壞泡沫穩定性的因素，均可用于水處理消泡。消泡包括兩方面的涵義，一是“抑泡”，即防止水處理泡沫的產(chǎn)生；二是“破泡”，即將已產(chǎn)生的泡沫消除。
水處理消泡劑的化學(xué)結構和性質(zhì)不同，泡沫體系不同，破壞泡沫穩定性的機理不同。例如，磷酸三丁酯通過(guò)降低液膜的表面粘度，增加液膜的排液速度乙醚、異戊醇和其它低表面張力消泡劑通過(guò)鋪展于液膜的界面上，使鋪展處表面張力降低，液膜內的液體向高表面張力處牽引，導致液膜迅速變薄而長(cháng)鏈脂肪酸鈣破壞由十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基磺酸鈉構成的泡沫體系，是通過(guò)鈣與磺酸生成鈣皂，形成了“固體”式脆性液膜。
水處理消泡劑不管以何種方式破壞泡沫的穩定性，首先必須自發(fā)進(jìn)入液膜內并在界面上鋪展、分散，才能改變液膜的界面性能，最終導致膜的破裂。
水處理消泡劑液滴借助低表面張力的作用在液膜表面擴展成膜的過(guò)程，稱(chēng)為消泡劑在液膜上的鋪展。鋪展過(guò)程中體系自由能的減小稱(chēng)為消泡劑在液膜上的鋪展系數S消泡劑的進(jìn)入是指其液滴穿過(guò)泡沫的氣-液界面進(jìn)入液膜內的過(guò)程，該過(guò)程體系自由能的減小稱(chēng)為消泡劑的進(jìn)入系數E。它們可由如下數學(xué)表達式表示∶
E =γF + γFD -γD
S=γF + γFD -γD
式中γF 為泡沫介質(zhì)的表面張力
γF 消泡劑和泡沫介質(zhì)的界面張力；
γD為消泡劑的表面張力。
鋪展系數和進(jìn)入系數為正值，表示消泡劑進(jìn)入液膜和在液膜表面鋪展是熱力學(xué)自發(fā)過(guò)程。因此，作為水處理消泡劑的化學(xué)試劑應具有低于泡沫介質(zhì)的表面張力和較低的界面張力。正的進(jìn)入系數還意味著(zhù)泡沫介質(zhì)不能在水處理消泡劑液滴表面鋪展。
另有一些水處理消泡劑在泡沫表面上不能鋪展，S<D，但仍有消泡作用?？捎盟幚硐輨┰谝耗ぶ械牟迦胱饔谜f(shuō)明其消泡機制。當水處理消泡劑液滴分散在起泡液體中，他可能自體相進(jìn)入表面，如果此過(guò)程發(fā)生，體系表面自由能的變化可用插入系數I表示∶
I=γF+γFD-γD
若插入系數I>0，消泡劑能進(jìn)入泡沫表面∶I<0，則不能進(jìn)入表面。
上面的公式雖然看起來(lái)復雜，其實(shí)挺好理解的，系數都是一樣，只有三個(gè)應力變量，實(shí)際應用起來(lái)還是比較簡(jiǎn)單。這些底層原理具備非常實(shí)用的價(jià)值，利用這些底層原理，結合實(shí)際情況，可以更好的優(yōu)化水處理消泡劑生產(chǎn)工藝或者提高其實(shí)際應用環(huán)境的效率，降低使用成本。
二、水處理消泡劑的總體特點(diǎn)
目前國內外市場(chǎng)上的水處理消泡劑品種繁多，性能各異。
①按水處理消泡劑的形式可分為油型、水溶性、乳液型、粉末型和復合型。
②按消泡劑的組成可分為聚醚型、有機硅型、非硅型和硅醚混合型。
無(wú)論哪種水處理消泡劑，除了發(fā)泡體系的特殊要求外，均應具備
（1）消泡力強，用量少；
（2）加到起泡體系中不影響體系的基本性質(zhì)；
（3）表面張力??；
（4）擴散性、滲透性好
（5）化學(xué)性質(zhì)穩定，耐熱、耐氧化性好
（6）氣體溶解性、透過(guò)性好
（7）在起泡溶液中的溶解性??；
（8）無(wú)生理活性、安全性高。
但實(shí)際上，同時(shí)具備這些條件的水處理消泡劑是沒(méi)有的，每種消泡劑都有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，使用時(shí)要根據要求選取。
三、水處理消泡劑的具體分類(lèi)
（1）聚醚型水處理消泡劑
聚醚型水處理消泡劑是近幾年來(lái)被廣為研究和應用的一類(lèi)消泡劑；以環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷開(kāi)環(huán)聚合制得的聚醚是一種性能優(yōu)良的水溶性非離子表面活性劑，與水接觸時(shí)，醚鍵中的氧原子能夠與水中的氫原子以氫鍵結合，分子鏈成為曲折形，疏水基團置于分子內側，鏈周?chē)兊萌菀着c水結合。當溫度升高，分子運動(dòng)較為劇烈時(shí)，曲折形的鏈會(huì )變?yōu)殇忼X形，失去了與水的結合性，由低溫溶解狀態(tài)升溫到呈現混濁的溫度，就是聚醚的濁點(diǎn)，只有當發(fā)泡體系的溫度超過(guò)濁點(diǎn)溫度時(shí)，聚醚消泡劑才發(fā)揮消泡作用。因此，它可以通過(guò)調節乙氧、丙氧鏈段的比值及分子量，來(lái)改變濁點(diǎn)，改善水溶性和油溶性，可大大降低發(fā)泡液表面張力，具有很好的消泡、抑泡能力。
聚醚消泡劑自1954年首先由美國Wyandott公司投產(chǎn)后并得到迅速發(fā)展，特別是60年代，隨著(zhù)聚醚工業(yè)的迅速發(fā)展，聚醚類(lèi)消泡劑發(fā)展更為迅速。我國是在1969年研制成功并投入生產(chǎn)的，并首先應用于抗生素發(fā)酵。
（2）聚醚型水處理消泡劑主要有以下幾種∶①直鏈聚醚，如聚氧乙烯、聚氧丙烯等∶②端基醇、氨（胺）、或酯化的聚醚衍生物。此類(lèi)消泡劑的性能特點(diǎn)是∶無(wú)毒、使用方便、分散性、熱穩定性和化學(xué)穩定性好但它有一個(gè)致命的缺點(diǎn)是破泡率低，一旦產(chǎn)生了大量的泡沫，它不能一下有效地撲滅，而是需要新加一定量消泡劑才能慢慢解決問(wèn)題。
（3）有機硅型水處理消泡劑
單純的有機硅，如二甲基硅油，并沒(méi)有消泡作用。但將其乳化后，表面張力迅速降低，使用很小量即能達到很強的破泡和抑泡作用，成為一種重要的消泡劑成份。常用的有機硅消泡劑都是以硅油作為基礎組分，配以適宜的溶劑、乳化劑或無(wú)機填料配制成。有機硅作為優(yōu)良的消泡劑，除消泡力強，尤為可貴的是聚硅氧烷集難溶性、化學(xué)穩定性、物理穩定性、生理惰性和高低溫性能等特性于一身，既可用于水體系，又可用于非水體系，因而獲得廣泛應用。
有機硅型消泡劑具有消泡效能高、低毒、抗氧化、無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)副作用等諸多優(yōu)點(diǎn)，但其乳化問(wèn)題復雜，若乳化不完全，使用時(shí)破乳將嚴重影響應用效果；抑泡力差，對微酸性發(fā)酵效果差，對菌絲發(fā)育又有一定的抑制作用。因此，在發(fā)酵業(yè)上的應用就受到了一定的限制；在紡織印染行業(yè)，尤其是淺色織物使用時(shí)，由于硅斑不易洗凈而又一次受到限制。
（4）硅醚混合型水處理消泡劑
硅醚混合型消泡劑包含兩種形式∶一種形式是硅油與聚醚采用乳化的方法復配而成；另一種形式是將聚醚通過(guò)接枝的方法接到硅油鏈上，即聚醚改型聚硅氧烷消泡劑；前者制備工藝比較簡(jiǎn)單，但乳化問(wèn)題是關(guān)鍵；韓玉林等采用此法制成了一種性能優(yōu)良的硅醚乳液消泡劑。后者制備時(shí)工藝相對比較復雜，條件要求較高，成本也較高，但優(yōu)點(diǎn)是穩定性好，且自身即可乳化，無(wú)須添加其它助劑。
（5）聚醚改型聚硅氧烷水處理消泡劑
聚醚改型聚硅氧烷消泡劑是近年來(lái)研究很熱的一種消泡劑。在硅醚共聚物的分子中，硅氧烷段是親油基，聚醚段是親水基。聚醚鏈段中聚環(huán)氧乙烷鏈節能提供親水性和起泡性，聚環(huán)氧丙烷鏈節能提供疏水性和滲透力，對降低表面張力有較強的作用。聚醚鏈端的基團對硅醚共聚物的性能也有很大的影響。常見(jiàn)的端基有烴基、烷氧基等。調節共聚物中硅氧烷段的相對分子量，可以使共聚物突出或減弱有機硅的特性∶同樣，改變聚醚段的相對分子量，會(huì )增加或降低分子中聚硅氧烷的比例，對共聚物的性能也會(huì )產(chǎn)生影響。
（6）硅醚混合型水處理消泡劑
特別是聚醚改性聚硅氧烷消泡劑是將有機硅消泡劑和聚醚消泡劑的優(yōu)點(diǎn)有機結合起來(lái)的一種新型消泡劑。它不僅具有聚硅氧烷類(lèi)消泡劑消泡效力強、表面張力低、揮發(fā)性低、無(wú)毒、無(wú)污染、生理惰性等特點(diǎn)，而且還具有聚醚類(lèi)消泡劑的耐高溫、耐強堿等特性。它是一種性能優(yōu)良，有廣泛應用前景的消泡劑。
（7）非硅型水處理消泡劑
非硅型是指以礦物油、酰胺類(lèi)、磷酸脂類(lèi)、羧化物、脂肪醇、醚等有機化合物為主的一類(lèi)消泡劑。酰胺中常用的有單酰胺、雙酰胺等，此外還有三烷基三聚氰胺、氰脲酰氯三聚氰胺、脂肪胺等其它含氮化合物；磷酸酯類(lèi)包括單烷基、雙烷基磷酸酯和氟化烷基磷酸酯等，常用于洗滌劑產(chǎn)品的消泡；羧化物包括三類(lèi)物質(zhì)∶脂肪酸，如月桂酸、棕櫚酸等；脂肪酸酯，如脂肪酸甘油脂、動(dòng)植物油等脂肪酸皂，如硬脂酸和棕櫚酸的鈣、鋁、鎂皂∶脂肪醇、醚包括直鏈和支鏈醇、醚。
該類(lèi)消泡劑價(jià)格低廉，目前市場(chǎng)仍在大量使用，它適合于在液體剪切力較小，所含表面活性劑發(fā)泡能力較溫和的條件下使用，但對致密型泡沫的消除能力較差，而且由于其專(zhuān)用性較強，市場(chǎng)份額已不斷萎縮。而在有些特殊的行業(yè)，如強酸、強堿等，卻需要像聚四氟乙烯這類(lèi)耐酸堿的非硅型消泡劑。
（8）低含氫硅油水處理消泡劑
含氫硅油是合成聚醚改性有機硅的另外一種主要原料。聚硅氧烷兼具有機聚合物及無(wú)機材料的特性，是由于其獨特的分子鏈結構所決定的。由于具有獨特的物理、化學(xué)性能；聚硅氧烷在高分子新材料的開(kāi)發(fā)與應用方面一直頗受青睞。但因其結構和表面性質(zhì)與大多數通用聚合物的差異，導致相容性不好，在很大程度上限制了其應用范圍。用其在在消泡體系中起到降低體系表面張力、消泡抑泡的作用，但目前市場(chǎng)上所售的甲基含氫硅油大多為全側鏈高含氫硅油，含氫量為1.5%～1.6%，分子量在2000左右，而其他品種的含氫硅油較少，不足以滿(mǎn)足本實(shí)驗制備高質(zhì)量消泡劑的需求。
四、水處理消泡劑配方與制備
水處理消泡劑的配方和制備，不同公司積累的技術(shù)和專(zhuān)利有所區別，涉及到公司的核心價(jià)值，這里只做簡(jiǎn)要的講解。更多詳情請您參考相應的專(zhuān)業(yè)技術(shù)文獻。
（1）鹵代硅烷法
在反應釜中加入定量的甲基氫二氯硅烷、三甲基一氯硅烷和溶劑，加水分解，再用濃硫酸或固體催化劑調聚。反應結束后油層脫去溶劑和低沸物，再脫色過(guò)濾即得成品。
（2）開(kāi)環(huán)共聚法
利用八甲基環(huán)四硅氧烷（D4）與四甲基環(huán)四硅氧烷（D4.Ⅱ），進(jìn)行開(kāi)環(huán)共聚，反應一般在氮氣保護下進(jìn)行，催化劑可使用硫酸、對甲苯磺酸、酸性粘土或離子交換薄膜。反應式如下所示Me
Me Me
Me Cat
m(Si-On + [(Si-Or + MesSiOSiMes——Me,SiO+Si-OmfSi-OrSiMe,
Me H Me 4
（3）高含氫硅油調聚法
高含氫硅油調聚法是利用三甲基硅封端的全側氫硅油與八甲基環(huán)四硅氧烷（D4）和六甲基二硅氧烷（MM）在酸催化下進(jìn)行調聚反應，在室溫或60～65℃條件下即可反應，無(wú)須充N(xiāo)2保護。所用催化劑可以是硫酸、三氟甲基磺酸或固體雜多酸。
以上三種合成方法中，第一種方法反應劇烈，不易控制，工藝復雜，反應過(guò)程中還會(huì )放出大量的HC1氣體，不利于工業(yè)生產(chǎn)。第二種方法反應條件苛刻，反應過(guò)程也比較劇烈。
本文從專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家的角度，利用底層原理，比較深入全面的講解了水處理消泡劑的相關(guān)知識，希望對您有幫助。
參考文獻：
https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFDAUTO&filename=FGGL202226017&uniplatform=NZKPT&v=E65wd7IyB489A0qe8BPYUcBQdomY_sUumYsaZTfFwCg18wOq38XmE9VF279kPT3u
https://xuewen.cnki.net/CJFD-JLYA200003012.html
一站式消泡解決方案專(zhuān)注應用+產(chǎn)品性能+技術(shù)配方
