气相法白炭黑在消泡剂中的应用

2018-07-20陈春江曲雪丽

山东化工 2018年13期

陈春江，赵磊，赵洁，曲雪丽

(1.唐山三友硅业有限责任公司，河北唐山 063305;2.河北省有机硅新材料工程技术研究中心，河北唐山 063305)

气相法白炭黑是极其重要的高科技超微细无机新材料之一，由于其粒径很小、比表面积大、表面吸附力强、表面能大、化学纯度高、分散性能好等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。广泛用于各行业作为添加剂、催化剂载体，石油化工，脱色剂，消光剂，橡胶补强剂，塑料充填剂，油墨增稠剂，金属软性磨光剂，绝缘绝热填充剂，高级日用化妆品填料及喷涂材料、医药、环保等各种领域，消泡剂中所用的气相法白炭黑就是作为一种填充材料在消泡体系中发挥重要的作用。

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，现在各消泡剂厂家普遍采用疏水型气相法白炭黑，利用其表面的疏水基团吸引起泡体系中表面活性剂的疏水端，使得疏水性的固体颗粒变为亲水性的，从而降低了泡沫中表面活性剂的浓度，促使泡沫破裂，提高消泡速度。

1 作用机理

气相法白炭黑(即纳米二氧化硅)由于表面严重的配位不足、庞大的比表面积以及表面欠氧等特点，使它表现出极强的活性，很容易和甲基硅油、107胶中的氧起键合作用，提高了分子间的键力。疏水型气相二氧化硅是通过亲水型气相二氧化硅与活性硅烷(例如氯硅烷、六甲基二硅胺烷或六甲基二硅氮烷)发生化学反应，使白炭黑表面的部分羟基被三甲基硅烷所取代而制得的，除了具有亲水性产品的优点外，疏水型气相白炭黑还具有其他优异的特点：低吸湿性、很好的分散性、即使对于极性体系也有流变调节能力。疏水处理的气相法白炭黑表面羟基数目减少使得白炭黑颗粒互相之间的氢键作用减弱，有效的减少了白炭黑在使用过程中的团聚现象。所以在消泡剂制备过程中选用疏水型气相法白炭黑可以使其充分分散到硅油当中，使制备的消泡剂中间料--硅膏均匀细腻。

市场上气相法白炭黑型号多的数不胜数，具有得性质和处理风格也各具特色。具有代表性的有：⑴国内安徽敬业的疏水型气相纳米二氧化硅主要是通过HMDS(六甲基二硅氮烷)处理的，是一种高纯度的白色粉末，比表面积为(175±20)m2/g。⑵赢创德固赛有一种为提高消泡剂性能而专门开发出的高效消泡剂二氧化硅，高效的破泡能力和在疏水性溶剂的中高分散性，使之可以应用在各种消泡剂中。

2 结构改性

气相法白炭黑可应用在弱酸、弱碱、盐、高温、剪切等体系中，但是在高温强碱起泡液中，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Si-OH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。

为了使消泡剂在各种起泡体系中都有很好的效果，我们对疏水型白炭黑进行了结构再改性。采用甲基硅油、107胶、甲基三乙氧基硅烷在氢氧化钾催化条件下与疏水型白炭黑上硅氧烷链节和少量的羟基反应形成空间网状结构聚合物。

反应原理为：

(1)利用疏水型气相白炭黑剩余的少量羟基与107胶中的羟基进行脱水缩合反应，进一步降低白炭黑表面Si-OH数量，进而减少了白炭黑在水体系中的缔合度，提高了白炭黑在硅油中的溶解性，同时也提高了消泡剂的消泡性能。

(2)在白炭黑表面Si-OH与107胶中羟基缩合形成的直链结构的基础上，加入甲基三乙氧基硅烷、甲基硅油升温至180℃高温，可以使二氧化硅有脱离体系的趋势，同时这种脱离是不可逆的，当这种趋势达到一定程度后，就发生了经疏水处理的白炭黑上存在的硅氧烷链节与甲基硅油、甲基三乙氧基硅烷上氧原子进行配位结合，制成具有空间网状结构的大分子体系，这种网状结构的大分子体系在起泡体系中使体系产生体积比较大的气泡，有利于泡沫的快速消失；同时，由于大分子在起泡液中溶解较慢，这就可以提高消泡剂的抑泡性能。