有机硅消泡剂的应用进展

胡质云，张 健

(唐山三友硅业有限责任公司研发部，河北 唐山 063000)

有机硅消泡剂的应用进展

胡质云，张 健

(唐山三友硅业有限责任公司研发部，河北 唐山 063000)

介绍了有机硅消泡剂的分类及基本成分，阐述了有机硅消泡剂的消泡抑泡原理及其特点，概述了有机硅消泡剂在纺织、造纸、涂料等领域的应用情况，并展望了有机硅消泡剂的发展方向。

有机硅消泡剂；造纸工业；纺织行业； 涂料行业

在工业生产过程中(如纺织、食品、涂料、造纸、发酵、石油开采等)大量的泡沫不仅占用生产空间、阻碍生产机械正常运作，降低生产效率，更可能引发诸多严重的问题如火灾等。人们常采用消泡剂进行消泡，使工作正常运行。

目前常用的消泡剂种类较多，从消泡剂主体成分上分类包括非硅类消泡剂（聚醚消泡剂、磷酸酯、羧化物与脂肪醇、酰胺）、有机硅消泡剂及复合型消泡剂。自20世纪80年代以来，我国在有机硅消泡剂的研究与应用方面已取得长足的发展，有机硅消泡剂在各行业均得到了广泛的应用。

1 有机硅消泡剂的分类及主体成分

有机硅消泡剂按形态分为油型消泡剂、溶液型消泡剂、乳液型消泡剂和固体型消泡剂4种。

油型消泡剂主体成分为二甲基硅油，仅适用于油性发泡体系，且对微酸性发酵效果差，对菌丝发育有一定的抑制作用，因此在发酵行业的应用也受到了限制。同时在纺织印染行业，由于沉淀在织物上的硅斑不易洗净，又一次受到限制。由于适用范围较小，在应用领域方面受到限制，目前所占市场份额不大。

溶液型消泡剂是用二甲基硅油溶解在乙醇等有机溶剂中混匀而成，由于有机溶剂的气味、成本等问题，目前已很少使用。

固体型消泡剂主要由二甲基硅油等活性成分包覆在碳酸钙表面，干燥后进行粉碎制得。

乳液型消泡剂由二甲基硅油与疏水白炭黑经高温反应生成硅膏，再将硅膏与相应的乳化剂、增稠剂等按一定比例乳化成乳液。我国从20世纪60年代起使用有机硅类消泡剂，自80年代得到了快速发展，目前在各领域均得到了广泛的应用。

2 有机硅消泡剂的消泡原理及特点

2.1 消泡原理

泡沫是气体不溶于表面活性剂而形成的稳定状态，气泡形成后，由于发泡体系分子间的作用，亲水基和疏水基被气泡壁吸附，形成规则排列，其亲水基朝向水相，疏水基朝向气泡内，从而在气泡界面上形成弹性膜，其稳定性很强，常态下不易破裂。

有机硅消泡剂中的二甲基硅油、聚醚硅油、疏水白炭黑形成的活性成分加入泡沫体系后，由于该活性成分具有较低的表面活性，很快分布于液体表面，抑制形成新的弹性膜，即终止泡沫的产生。另一方面，活性成分铺展于泡沫弹性膜表面，进一步扩散、渗透在膜表面，使其膜壁迅速变薄，破坏了泡沫的平衡稳定体系，泡沫同时又受到周围表面张力大的液体强力牵引，从而导致破泡。

2.2 有机硅消泡剂的特点

有机硅消泡剂具有高效性，有机硅消泡剂相对与其他消泡剂具有更低的表面张力，能够在较低的用量下快速破泡抑泡，一般使用量为泡沫体系的1～100×10-6即可达到消泡抑泡效果。

有机硅消泡剂应用广泛，由于硅油的特殊化学结构，使它既不与水或含极性基团的物质相溶，也不与烃类或含烃基的有机物相溶，因此，有机硅消泡剂在水、动植物油及高沸点矿物油中均不溶解。由于硅油对各类物质的不溶性，因而应用面广，既使用在水体系中消泡，又可在油体系中使用，对高温、强碱强酸、高剪切等环境也可适用。

有机硅消泡剂具有生理惰性，硅油已被证明对人畜没有毒性，其半致死剂量大于34g·kg-1。所以有机硅消泡剂（在适宜的乳化剂搭配下）可安全地用于食品、医疗、医药及化妆品等工业上。

基于以上优点，有机硅消泡剂在近30年来，在各领域中得到了快速发展，对纺织、造纸、涂料、发酵等行业的发展起到良好的推动作用。

3 在纺织工业中的应用

在纺织工业生产中，由于纺织助剂中存在表面活性剂，所以在纺织品处理过程中，在强烈的机械作用下很容易产生泡沫，大量的泡沫不仅占用生产空间、严重影响生产设备的利用，降低生产效率，同时给纺织处理工艺带来不便，甚至会对纺织品的质量产生影响[1]。

有机硅消泡剂用于化纤粘胶纤维的消泡时，粘胶纤维油产生大量泡沫，该体系酸碱条件温和，对消泡剂的要求不高，常用聚醚改性有机硅消泡剂，由于对抑泡性能的要求高于消泡性，常用较高粘度的甲基硅油制备硅膏，加入107胶提高抑泡性能。阻燃纤维生产工序中，由于发泡体系属于酸性环境，因此有机硅消泡剂的增稠体系必须用聚丙烯酸等作为增稠剂，羧甲基纤维素钠等在酸性环境中析出絮凝物质，对后续过滤工作带来堵管等麻烦。

在染色过程中所面临的一个重要问题就是染液中易产生泡沫，它不仅会使染液外溢造成严重流失，污染环境，而且导致织物染色不匀，影响染色物的质量。尤其是在新近开发的高效、节能、环境友好、小浴比的染色工艺中，更不允许泡沫的存在。要解决这一问题，必须加入消泡剂。有机硅用作喷染消泡剂，已有不少文献报道。老的染色工艺，一般应用二甲基聚硅氧烷消泡剂，就可达到满意的消泡剂效果，并保证染色均匀。但新的染色工艺使用了高温高压机械，在这种机械里，被染物受染色液的喷射而运动，同时被染色。虽产生的泡沫可由普通的有机硅消泡剂消泡，但在高温高压下，一般的硅氧烷消泡剂会产生薄膜状沉淀而使被染物产生斑点。因此对有机硅消泡剂的水分散性提出了更高的要求，普通聚醚硅油难以达到要求。应用嵌段共聚物就能克服以上缺点，因为这些消泡剂组分能溶于冷水，而不溶于热水，所以能起消泡作用。但只用这种共聚物消泡剂的消泡效果不能令人满意，若在共聚物中加入一定量的雾状SiO2，就可达到令人满意的消泡效果，并生产出染色均匀的织物。

4 在造纸工业中的应用

在制浆造纸工业(简称造纸工业)中，泡沫处理是生产中的棘手问题。从蒸球出料后的制浆单元操作一直到涂布工序(洗涤、滤浆、漂白、脱水、抄纸、施胶、涂布等)，均有不同程度的泡沫存在，泡沫严重地影响着正常生产以及纸张质量[2]。过多的泡沫会影响纸的抄造性能和均匀度；在涂布加工中，泡沫产生的鱼眼会影响纸的适应性能和平滑度[3]。造纸工业中脱墨剂、草浆黑液、涂布剂、阳离子松香施胶剂等由于加入氢氧化钠等强碱，体系具有极强的碱性，造纸工业对有机硅消泡剂的耐碱性要求较高。

李小瑞等人[4]将二甲基硅油、聚醚、复合乳化剂和助乳化剂复配,制得有机硅/聚醚复合乳液消泡剂。对于脱墨液、草浆黑液、涂布剂和阳离子松香施胶剂,有机硅/聚醚复合乳液消泡剂的应用效果优于单纯的聚醚消泡剂和有机硅消泡剂,消泡速度更快,用量更少。

杨建[5]发明了一种用于纸张上光的有机硅复合消泡剂，该消泡剂由聚醚、硅油、羧甲基纤维素、硬脂酰胺组成，使用效果好，生产成本低。

有机硅消泡剂可以应用于造纸工业的每个工序，消泡效率很高，而其抑泡效果有时差强人意。因而，有机硅可以与脂肪酸酰胺、聚醚等其它具有消泡抑泡活性的表面活性剂复配成复合消泡剂，这样既可以提高有机硅消泡剂的抑泡能力，又能降低产品的成本。随着表面活性剂复配技术的发展，有机硅消泡剂显示出广阔的应用前景和巨大的市场潜力[6]。

5 在涂料行业中的应用

近20年开发的涂料如聚氨酯涂料、交联固化环保涂料、乳胶涂料、粉末涂料等，多是由强极性树脂和高表面张力的溶剂组成，体系易起泡，对生产过程及后续产品均造成了较大影响。消泡不好容易造成涂料成膜过程中发生缩孔、缩边、橘皮、印痕、流挂、浮色、发花等表面缺陷，不仅影响涂膜的装饰效果，而且会降低或损坏其保护作用[7]。早年涂料行业一般采用矿物油和聚醚作为消泡剂，随着有机硅消泡剂的研究进展，近年来，有机硅消泡剂在涂料行业得到了广泛应用。

作为涂料消泡剂的评估可以从以下几个方面进行研究：消抑泡性能、涂刷实验和消泡剂本身的稳定性。消泡剂的加入一般分为两步，第一步在进行颜料高速分散时加入，这一步主要是让细微颜料填料粒子的表面充分润湿；第二步在配浆时加入，进一步消灭涂料内部的气泡，同时抑制气泡在涂刷施工过程中的生成。消泡剂的两步加量根据实际情况而定，一般是第一步加1/2，第二步加1/2。涂料的涂刷实验非常重要，它主要用于评估消泡剂的加入对涂料涂刷后的缩孔、缩边和鱼眼等的影响，这些现象的考察应该在涂刷至少24h后才能进行。

葛玉华[8]利用脂肪醇、聚二甲基硅氧烷、环氧丙烷、矿物油进行复配，发明了一种专用于涂料行业的有机硅消泡剂，该消泡剂消泡效果好，成本低。

余龙飞等人[9]以低含氢硅油和烯丙基聚醚为原料，氯铂酸为催化剂，在无溶剂条件下合成了聚醚改性聚硅氧烷；并将其与硅膏、白炭黑、乳化剂、增稠剂等复配，制成有机硅消泡剂。由此聚醚改性聚硅氧烷配成的有机硅消泡剂用于水性涂料中，具有优异的消／抑泡性能及良好的体系相容性。

6 结语

有机硅消泡剂应用领域的不断开拓，为新型、高效、多功能复合型的有机硅消泡剂提供了广阔的市场，由于各领域发泡体系、工作液不同，这就要求有机硅消泡剂具有特定的针对性。随着新的高活性消泡组分的不断发现，复配组分协同效应研究的不断深入，为扬长避短，充分发挥各种消泡剂的优势，有机硅消泡剂将朝着高效持久和性能复合化的方向发展，研制、合成适用性强，用量小，能提高产品质量和设备利用率的新型高效、多功能复合型硅聚醚消泡剂将是当前消泡剂的发展方向。

[1] 李莉，李欢玲，余龙飞，等.纺织用聚醚改性聚硅氧烷消泡剂的研究[J].有机硅材料，2009，23(2)：98-102.

[2] 武玉民，张庆思. 造纸助剂乙撑双硬脂酸酰胺最佳合成条件的研究(Ⅱ)[J].造纸化学品，1997 (3)：29-30.

[3] 汪多仁.有机硅消泡剂的开发与应用进展[J].造纸化学品，2011(4)：46-48.

[4] 李小瑞，章慧敏，陈文霞.有机硅/聚醚复合乳液消泡剂的配制[J].有机硅材料，2004，18(6)：18-20.

[5] 杨建.纸张上光消泡剂：中国，200910213182.X[P].2011-05-04.

[6] 武玉民，于跃芹，刘伟，徐桂英，刘少杰.造纸工业消泡剂概况及发展[J].日用化学品科学，1999(4)：141-143.

[7] 余龙飞.有机硅表面助剂在涂料工业中的应用[J].广东化工，2012，39（9）：3-5.

[8] 葛玉华.涂料消泡剂：中国，102040874A[P].2011-05-04

[9] 余龙飞，郑小珊，李欢玲，李莉.聚醚改性聚硅氧烷的合成及其在水性涂料消泡剂中的应用[J].有机硅材料，2013，27（5）：333-338.

Application Progress of Organic Silicon Defoamer

HU Zhi-yun, ZHANG Jian
(Tangshan Sanyou Silicon Industry Co. Ltd., Tangshan 063000, China)

The classif cation of silicone defoamers and basic ingredients was describesd, defoaming suppression foam principles and characteristics of silicone defoamers was elaborated. The application of silicone defoamers in the textile, paper, paint and other areas were introduced. The development direction and organic silicon anti foaming agent was prospected.

silicone defoamers; textile industry; paint industry; paper industry

TQ 423.95

A

1671-9905(2014)12-0033-03

胡质云（1987-），女，汉族，本科，主要从事有机硅新材料的应用开发，E-mail:huzhiyun162@163.com

2014-10-24