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气相法白炭黑在消泡剂中的应用

气相法白炭黑是一种高纯、精细、无定形态的二氧化硅纳米粉体。比表面积为150~380m2/g,原生粒径在7~40 nm之间,聚集体粒径约为200-500nm,附聚体粒径约为5~20μmSiO299.5%,是一种多功能添加剂。除广泛应用于硅橡胶、涂料、油墨、油漆、塑料等领域外,还作为高效硅油消泡剂中的重要组分,起着分散、吸附、增稠防沉的作用。气相法白炭黑一般有亲水型和疏水型两种产品,其中疏水型产品是利用亲水型产品经过表面化学处理而得。消泡剂作为工业上一种重要的助剂,用量少但必不可缺,广泛应用于纺织、造纸、石油、食品、制药等各个领域。消泡剂具有针对性和专用性,因为每种起泡体系的起泡机理和工艺条件不同,不同的起泡体系需要不同的消泡剂。它大体可分为非硅系和硅系消泡剂。非硅系如高级醇、酸、烃、聚醚、酯、磷酸酯等,它们用量大且适用性小;硅系消泡剂是硅油/白炭黑硅油膏及改性硅油作为消泡剂的主要成分,是目前应用最广、最高效的一类消泡剂。与其它种类的消泡剂比较,有几个突出特点:溶解性小,溶解度参数与其它有机物相差很大,不会与水、含极性基团的化合物和不同SP值的烃类化合物发生缔合。既可用于水体系,又可用于油体系,对大部分发泡体系都有消泡效果。表面张力低,其表面张力为2021mN/m,比水(76mN/m)及一般起泡液的表面张力都低得多,这是硅油消泡剂应用面广和消泡能力强的主要原因,一般用量仅为发泡液的10200ul/L,不会污染体系及影响产品的加工性能。化学稳定性、耐热性好,能适应弱酸、碱、盐及高温体系的消泡。生理惰性,可用于食品、化妆品、医药行业。品种型号多,可供多种发泡体系选择。除不允许含分散剂(SiO2)的体系如有些油性体系,气相法白炭黑作为硅系消泡剂的重要组分,其作用是巨大的。 

气相法白炭黑在消泡剂中的作用

1.1 分散作用:衡量消泡剂好坏的一个重要指标是它的分散效果。溶解性小而分散性大的物质才能成为消泡剂的活性成分。二甲基硅油作为消泡剂的主要成分,溶解性小而分散性也小,它必须借助白炭黑、乳化剂和其它分散助剂来提高其分散效果。气相法白炭黑分为亲水型和疏水型,亲水型含有硅羟键,能和水分子形成氢键,应用在水体系中可促进消泡剂的分散和稳定。疏水型气相法白炭黑是利用亲水型白炭黑经过表面化学处理而得,使白炭黑的SiOH数减至合适程度,也可应用于水体系中,减少白炭黑在水体系的缔合度,从而达到最佳消泡效果。气相法白炭黑在消泡剂中的应用是先把它和二甲基硅油制成白炭黑硅膏,这样可提高它和二甲基硅油的浸润性和在硅油中的分散性。硅膏的混合方法对硅膏的稳定性和消泡性能有一定影响。当使用亲水型白炭黑时,由于无机的白炭黑和有机硅油相容性小,为达到混匀的目的,将硅油和白炭黑置于捏合机混合,在150~180下通N2搅拌27h,以提高白炭黑和硅油的浸润性。若使用疏水型白炭黑,由于表面已经过有机物处理,它和硅油的亲合性大大提高,可在150下通N2搅拌25小时即可。气相白炭黑制成的硅膏成透明或半透明状,比例一般为硅油:白炭黑=(9095):(105),二甲基硅油一般选用255001000cp的硅油,白炭黑可选用比表面积200m2/g(BET)以上。硅油膏作为硅油消泡剂的活性成分,可直接使用或用溶剂稀释,或用乳化剂或聚醚改性硅油自乳化来达到消泡的目的。由于SiO2微粒的存在,硅油能迅速铺展在起泡液中,提高了硅油的分散效率,从而提高了消泡效果。所以,气相法白炭黑在消泡剂中作为一种很重要的分散剂。

1.2 吸附作用:气相法白炭黑在消泡剂中一个重要作用是吸附作用。由于粒径小,比表面积大,表面能高,三维网状结构,白炭黑可以形成一种巨大的吸附气泡的作用力,它和硅油一起构成攻击气泡的力,即白炭黑吸附并冲击气泡造成薄弱点,在硅油低表面张力的作用下使气泡破裂导致破泡。因此,气相法白炭黑在消泡剂中相当于针尖”,用量少但作用巨大。它和硅油作为高效消泡剂的活性成分,具有复合高效、协同的消泡效果 

1.3 增稠防沉作用  乳液型硅油消泡剂的重要指标是消泡效果和储存稳定性,特别是含硅膏乳液。影响乳液稳定性的原因有很多,如乳液的粒径、乳液的粘度等。乳液粒径是乳液型消泡剂最重要的控制指标,一般要求粒径小于10um。乳液粒径取决于乳化剂的选择、乳化工艺和微粒的大小。气相法白炭黑的最小粒径可达5um左右,含这种白炭黑的硅油乳液微粒在起泡液中构成颗粒非常小、数量非常多的基本消泡单元,使消泡剂达到最佳消泡效果。同时由于粒径小、比表面积大,稳定的氢键三维网状结构,使白炭黑微粒能均匀、稳定地分布在整个体系中,使体系储存稳定。所以,气相法白炭黑在消泡剂中作为一种非常好的增稠防沉剂,一般应选用比表面积为200300m2/g的型号。综上所述,气相法白炭黑硅油膏在硅油消泡剂中作为消泡活性物起着非常重要的高效复合、协同作用,极大地提高了硅油的消泡效率。

2 硅油消泡剂按其产品形态可分为硅油型、硅膏型、溶液型、乳液型、改性硅油型及固态型六类。

下面以用量较大的乳液型消泡剂和自乳化型聚醚消泡剂为例来说明它的应用情况。


1
、乳液型硅油消泡剂是一种通用型有机硅消泡剂,是用低起泡性乳化剂如司盘、吐温、聚乙二醇醚等乳化硅油/硅油膏制成的水包油(O/W)型乳液。它的特点是易分散在水体系中,可广泛用作水相体系的消泡,它对起泡液的温度、酸、碱、盐比较敏感,易导致飘油或破乳,而且稀释稳定性和持久性差,二甲基硅油会慢慢析出,从而失去消泡能力,对于不能含油的体系会污染体系。 

乳液型消泡剂配方举例:(含活性物30)
先制成白炭黑硅膏:(如2.1中所述)
25
,500cp二甲基硅油     45.0g 
25
,1000cp二甲基硅油     45.0g

气相法白炭黑(吉必时HL-200)  10.0g
合计              100.0g
制成乳液:将白炭黑硅膏和复合乳化剂混合加热至6070,搅拌1小时,在高速搅拌下缓慢加入50水,继续搅拌15分钟左右,加入增稠剂调至合适粘度,过滤得乳液。白炭黑硅膏(同上)     30.0g
S
80 6.0g
T—80
 2.0g
聚氧乙烯(20)烷基醇醚     2.0g
水              60.0g
增稠剂           0.5-1.0g
合计             100.0g

2、自乳化型聚醚硅油消泡剂是一种以白炭黑硅油膏、聚醚改性硅油为活性成分,再配以其它助剂而成的自乳化型新型高效复合有机硅消泡剂。聚醚改性硅油具有很强的乳化能力,能乳化硅油和自乳化,使整个乳化体系非常稳定;由于兼具聚硅氧烷的低表面张力和聚醚的易分散性的特点,使消泡剂易于分散铺展;高于浊点温度时具有消泡性,低于浊点温度则分散在起泡液中,使消泡持久。由于各组分的协调作用,提高了消泡剂的适用性,具有耐高温、耐酸碱、机械稳定性、适用范围广、用量少、效力高、持久消泡的特点,广泛应用于印染、造纸、制药、涂料、石油、化工等领域,特别适应于一般硅油乳液难以胜任的苛刻起泡液中,如聚酯纤维织物高温染色工艺中的消泡,二乙醇胺水溶液脱硫体系的消泡,各种油剂、切削液、不冻液等体系的消泡。染色用自乳化聚醚消泡剂配方举例:(含活性物100%)
聚醚硅油:用低含氢硅油(0.18%)和单端烯丙基聚醚(EO:PO=4:6)N2气保护下,80100Pt配合物催化下进行氢硅化反应,得淡黄色改性聚醚硅油。聚醚改性硅油  650g
白炭黑硅膏(同上)     150g
烯丙基聚醚(EO:PO=1:1)   150g
(25
,50~100cp)低粘度羟基硅油 50g
合计      1000g

配比及应用体系:气相法白炭黑在消泡剂中的用量一般为1%左右,可根据应用情况适度调整。气相法白炭黑可应用在弱酸、弱碱、盐、高温、剪切等体系中,但在高温强碱(PH>13)起泡液中,亲水型白炭黑会逐渐溶于体系中变成水溶性硅酸盐,从而降低消泡效果,而疏水型白炭黑由于表面SiOH数量很少,减少了在水体系中的缔合度,较亲水型要难溶些,所以在这种起泡液中,选用疏水型白炭黑效果要好些。

结论:

1气相法白炭黑由于其特殊的结构,特别是三维网状结构,使其具有强吸附率而导致破泡,是高效消泡剂中最重要的一种添加剂。

2)应选择比表面积为200300m2/gBET法)的气相法白炭黑,因它具有最佳的分散、吸附、防沉效果。

3)气相法白炭黑在应用时,一定要进行预分散,以使它和硅油等有机物充分浸润和均匀,从而在消泡剂中有更好的相容性、稳定性和消泡效果。

4)除不允许有分散剂(SiO2)的体系,含气相白炭黑的消泡剂可广泛应用在各种起泡体系中。


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