消泡剂的研制、性能与应用

2017-06-16 09:57:23 上海博易和化工有限公司 阅读

图片关键词消泡剂

1引言
由于纺织染整助剂的大量使用,纺织染整在湿加工过程中,有大量泡沫产生,使生产操作不便,生产能力降低,产品质量下降,给正常操作带来困难。因此,纺织染整行业要消除有害泡沫。事实证明,使用消泡剂消除有害泡沫,是纺织染整行业最有效和最经济的方法。
以下是我们在纺织印染用消泡剂研制和客服方面的一些体会,包括纺织印染用消泡剂研制的经验,性能测试的多种方法,如何选用纺织印染用消泡剂等。
2纺织印染用消泡剂研制
2.1纺织印染对消泡剂的要求
对消泡剂性能的要求最应该得到关注。作为直接使用者纺织印染厂,看重消泡剂的使用性能,通过上机试用确认产品质量,要求消泡剂:粘稠度不宜过高、便于使用、便于控制添加量、成本经济,消泡迅速且抑泡持久,分散性好、不漂油、无硅斑,安全无毒、符合环保要求。印染助剂公司,自产多种助剂产品,重在配套,要求消泡剂:产品浓稠、便于稀释和复配,产品有较长的保质期,产品具有高的性价比,解决与助剂的复配、提供技术支持。染化料的贸易商,多有成熟用户,要求消泡剂:产品具有高的性价比,产品质量稳定,提供技术支持。
实践证实,纺织印染用消泡剂应具有:消泡迅速和抑泡持久,具有高的性价比;分散性好、耐高温、耐酸碱、耐电解质、耐剪切,与各种染化料配伍性能好,不漂油、无硅斑;安全无毒、符合环保要求;质量稳定,适宜的粘稠度和浓度,便于使用、稀释;提供及时有效的技术支持。为了能提供理想的纺织印染用消泡剂,满足纺织印染行业对消泡剂的要求,国内外研究者和制造商都在不懈地工作。
2.2纺织印染消泡剂的研制
消泡剂品种较多,通常分为硅系和非硅系两类。
2.2.1非硅系消泡剂:多是单一成分,如异辛醇、皂片、磷酸三丁酯、煤油和聚醚等。也可以将几种成分进行复配,提高功效。利用脂肪酸及酯等乳化剂将脂肪醇类、脂肪酸酰胺、聚醚和矿物油等复配乳化制成水乳液,也是普遍使用的消泡剂。
2.2.2硅系消泡剂:我们将有机硅乳液型消泡剂按乳化体系和加工方法不同分为:1)以硅油和食品级乳化剂为主的乳化体系,按逆相加工方法生产的消泡剂称为S系列消泡剂。2)以改性聚醚、硅油和食品级乳化剂为主的乳化体系,按逆相加工方法生产的消泡剂称为T系列消泡剂。3)以聚醚改性硅油为主的乳化体系,按逆相加工方法生产的消泡剂称为X/C系列消泡剂。
以二甲基硅油,特定二氧化硅为主要消泡成分,以多种非离子表面活性剂为乳化剂,根据消泡机理、复配原理及乳化技术,对二甲基硅油和特定二氧化硅配比、乳化剂复配、增稠剂用量、加料顺序等对产品性能的影响进行研究,确定复配的最佳工艺条件,研制的消泡剂具有良好的耐高温、消泡性、抑泡性和稳定性,且所用设备、生产工艺简单。
所用原料有:二甲基硅油、液体烃油、聚醚改性硅油、二氧化硅、特定二氧化硅、乳化剂、Span-60Tween-60Span-8OTween-80、聚乙烯醇、十六醇、十八醇、纤维素和海藻酸钠等市售产品。有机硅乳液型消泡剂制造过程分3步:
第一步,硅膏的制备。将一定量粘度不同的聚二甲基硅氧烷(以下简称硅油)、活化后的二氧化硅、改性剂和催化剂在120210℃搅拌反应24h,冷却后即得主消泡成分复配物硅膏。加入乳化剂溶在油相中,加热搅拌均匀,即得自乳化消泡剂复配物。主消泡成分聚硅氧烷、二氧化硅、改性剂和催化剂等的选择和配比的确定,是有机硅乳液型消泡剂性能高低的关键。
第二步,初乳液的制备。乳化剂溶在油相中,增稠剂溶在水中,采用水加入油中转相法,控制乳化温度、时间、搅拌速度进行初乳化,冷却后即得初乳液。
采用乳化剂溶在油相中,把水相加入油相的加料次序,可得到颗粒均匀、质量稳定的乳状液。聚硅氧烷难以乳化,故乳化剂的正确选择是乳化的关键。Span类和Tween类表面活性剂与被乳化物二甲基硅油的化学结构相似,两者复配效果好。
第三步,复配操作。搅拌下,加入消泡、抑泡增效剂和增稠剂水溶液,防腐剂于初乳液中,用高剪切乳化机乳化一定时间即得产品。
常选用的增稠剂有聚乙烯醇、羧甲基纤维素、海藻酸钠、羟基纤维素和丙烯酸类聚合物等,各有优缺点,要针对不同的乳化体系和应用环境选用。
目前有机硅乳液型消泡剂研制的几个技术难点是:破泡迅速、抑泡持久的硅膏的开发;低泡、无泡乳化体系,尤其是改性硅醚乳化剂的设计、合成和选用;乳液粒径和稳定性控制;耐高温、耐强碱、易分散乳液体系的开发等。
3纺织印染消泡剂性能测试
目前纺织印染消泡剂性能测试,国内外都没有统一的标准,即无国标,也无行标,都是各企业自定的企标。纺织印染消泡剂性能测试方法,是消泡剂研制者、助剂公司和工厂使用者共同关注的焦点,作为企业组织生产、销售和检验的依据,行业共识的标准有待形成。以下介绍的纺织印染消泡剂性能测试方法,望能对行业内助剂产品的标准化,起一定的推动作用。

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3.1纺织印染消泡剂技术要求
3.1.1外观:液体消泡剂为白色至微黄色均匀乳状液体。粉状固体消泡剂为具有一定流动性的粉状体。
3.1.2理化指标:纺织印染消泡剂的理化指标应符合表1的要求。
3.2试验方法
3.2.1外观:目测。
3.2.2pH值测定:称取1g试样(准确至0.1mg)于100mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,按GB/T6368的规定进行pH值的测量。



3.2.3离心稳定性:将消泡剂在3000r/min的离心机上离心分离30min,观察其分层情况。
3.2.4稳定性:将2g消泡剂样品放入小试管中用水稀释10倍,浸入沸水中受热lh,测其热稳定性。
3.2.5不挥发物含量:称取约2g(精确到0.1mg)试样于洁净恒重W0的蒸发皿中,置于105±2烘箱中干燥3h后取出,放入干燥器中冷却30min后称量W2W2—W0不挥发物含量X%=×100W1—W0式中W0——玻璃蒸发皿重量,W1—试样和玻璃蒸发皿烘焙前重量,W2—试样和玻璃蒸发皿烘焙后重量,两次平行测定之差应≤0.5%,取两个平行测定的平均值为试验结果。烘干法适用于大多数消泡剂,但也有一些例外。有时不挥发物含量,也称含固量,其实这两者是不同的,与有效物含量也不能等同。至于有的工厂采用糖量仪,来检测含固量就更没有科学道理了。糖量仪测定的是折光率,对应一种物质或质量稳定的助剂产品,其在糖量仪上的读数是一定的,用来鉴定产品,或测定产品的质量稳定性,是可以采用的。3.2.6消泡抑泡性能:目前国内纺织行业实验室常采用的消泡性能检测方法有震荡摇瓶法、通气鼓泡法、Ross-Mile法和洗衣机法等。消泡性能可采用消泡效率、消泡时间和消泡半衰期等表示,针对发泡体系而绘制的消泡性能曲线更加形象具体。
1)震荡摇瓶法测定。室温下,在100mL的具塞量筒中加入一定浓度的被测发泡体系水溶液(如1%的十二烷基苯磺酸钠溶液)20mL,振荡30次之后加入一定量的消泡液,同时启动秒表,记录起始泡沫体积V0,泡沫体积减少一半的时间(即消泡半衰期)和300s后的泡沫体积V1,并记录泡沫完全消失时所需的时间。当发泡液泡沫不在明显减少或首次振荡45min.后,再次将塞量筒振荡30次,记录即时泡沫体积V2,并记录泡沫完全消失时所需的时间。消泡效率=(V0—V1)V0×100%抑泡效率=(V0—V2)V0×100%消泡效率高,抑泡效率高,消泡时间短,消泡效果好。随振荡次数增加和消泡剂加入放置时间的增长,泡沫完全消失所需的时间也越长。
2)通气鼓泡法:以一定流速的气体通过一玻璃砂滤机,滤板上盛有一定量的测试溶液;气体在通过滤板后在容器(刻度量筒)中形成泡沫。当固定气体的流速,并使用同一仪器时,流动平衡时的泡沫生成与破坏处于动态平衡,所以此法包括了消泡性和抑泡性两种性质。
如,称取0.1g的试样(精确到0.1mg),加10ml水稀释搅匀,即得消泡剂稀释液。称取1.0g(精确到0.1mg)十二烷基苯磺酸钠放入1000ml烧杯中,加入400ml水小心搅拌至全溶,然后将烧杯放入恒温水浴锅中,保温至一定温度后,再将鼓泡仪鼓泡头放置于烧杯内的溶液底部,以2L/min鼓气量开始鼓泡。待泡沫至杯口时,快速均匀地加入消泡剂稀释液,同时启动秒表,记录泡沫消至液面的时间,泡沫再次升到600ml800ml1000ml和杯口的时间。泡沫消至液面的时间为消泡时间,消泡时间短,消泡效果好。泡沫再次升到800ml的时间作为抑泡时间,时间长,抑泡效率高。3)Ross-Mile(罗氏)泡沫法:在生产及实验室中,比较方便而且准确地测量泡沫性能的倾注法,也属于搅动法之类,仪器为罗氏泡沫仪
在粗管中装入一定量的试液(50毫升),泡沫移液管中也装入200毫升试液。外套管中通入恒温水,使试验在规定温度条件下进行。试验时,使200毫升试液自粗管上部自由流下,冲击底部试液后生成泡沫。将一定量的消泡剂加入规定的起泡液中,采用罗氏泡沫仪,测量起泡液中加消泡剂与不加消泡剂时产生的泡沫高度。一般以试液流下5分钟后的泡沫高度(毫米)作为起泡能力的量度;但也常以起始泡沫高度及泡沫破坏一半(即泡沫高度为起始高度的一半)所需的时间表示起泡性及泡沫稳定性。

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4)洗衣机法:在生产及实验室中,也有采用带加热的滚筒洗衣机来评价消泡剂的泡沫性能的。以上4种测定方法,各有侧重,可根据实际应用的工序和所适用的环境来确定。
3.2.7其它性能:
1)消泡剂水分散性。搅拌下,将90g工艺水分次缓慢加入装有10g消泡剂的烧杯中,轻轻摇荡,观察其在水中的分散情况(优:迅速扩散;中:大部分分散很慢,且有少量絮状物较难分散;差:不易分散,且絮状物较难消失,杯壁有油)
2)耐高温(高温高压蒸煮试验)。取一定量消泡剂YAT722于烧杯中,用4倍左右的水稀释均匀,置于高压锅内蒸煮,当温度上升到130℃时开始计时,恒温恒压蒸煮2个小时,冷却降温至室温。取出样品观察耐高温高压(130±2℃2h)性能及有无分层、油滴漂出。3)耐剪切(抗高剪切性能测试)。取样品100mL,搅拌下用水稀释至500mL,分别加热至85℃95℃,于高速剪切机下以3000rpm剪切lhr,停止剪切,观察析油情况。
4)耐电解质、耐酸碱、配伍性和粘稠度等,可根据客户实际应用的工序和所适用的环境,参照资料来合同约定。
4不同工序中消泡剂的选用
4.1高效纤维油剂消泡剂
在纤维油剂的生产和使用过程中,通常都存在泡沫问题。由于油剂组分多含多种表面活性剂,具有一定的超泡性,油剂复合生产时产生大量的泡沫,导致整个油剂体系体积增大,油剂装置不能满负荷生产.同时给包装工序也带来了麻烦。油剂使用过程中泡沫带来的问题则更大,油剂乳液输送时更易起泡,泡沫外溢不仅造成资源浪费.而且污染劳动环境,同时大量的泡沫包围着纤维卷曲头,导致卷曲电机热量不能及时散发,造成电机损坏。
在腈纶生产的上油工序,由于施加油剂,会产生大量泡沫。这些泡沫可影响产品质量,降低生产能力,甚至阻碍生产的正常进行,因此,常使用抑泡荆加以抑制和消除。采用含硅聚醚作消泡主剂质量分数6%~8%,配以适宜的醚类乳化分散剂质量分数8-10%和余量石油烃溶剂,制备钎维油剂消泡剂,其消泡效率达70%以上。在腈纶厂纺丝车问进行了试用,将消泡剂水乳液加入到纺丝上油槽中,该抑泡剂具有抑泡时间长,消泡速度快,无溢泡现象,产品稳定,不漂油,耐高温,成本低等特点,丝束卷曲头周围无泡沫包裹,生产正常。
4.2浆料浆料、粘合剂和植绒胶等消泡剂
浆液中若产生泡沫,会给上浆操作带来很大的困难,浆纱质量也受到影响。因此,在这种情况下浆液中需添加少量的消泡剂,以抑制泡沫的产生。浆液起泡的原因有物理性起泡和化学性起泡。产生物理性起泡的原因有搅拌速度太快或调浆时升温太快忽高忽低等。产生化学性起泡的原因有淀粉中蛋白质含量高,水中无机盐如酸式碳酸盐Ca(HCO)2加热后亦易起泡沫,部分醇解型PVA醋酸根含量高,在碱性浆中也会产生泡沫,它们起泡的实质都是气相分散在液相中,CO2气体选出所致。有机硅乳液型消泡剂在丙烯酸酯类浆料得到广泛应用。
PVA溶解于水的使用过程中会产生大量的泡沫,必须设法破坏泡沫或防止泡沫的产生,通过对PVA在水中溶解发泡原因的分析,选择适宜的消泡方法,并选用合适的消泡剂在PVA样品、PVA溶胀过程、PVA溶解过程中滴加,进行溶解消泡,可以解决PVA在水中溶解产生泡沫的问题。印花色浆是一种复杂的分散体,包括:乳化体(黏合剂、乳化糊)、悬浮体(涂料浆)、无机盐(催化剂和还原剂)以及树脂和水等。由于这种分散体存在一定量的表面活性剂、水、助剂等,因而在涂料印花过程中花筒压过时往往产生大量的气泡,使织物产生白点、斑点,花形颜色不匀,花色模糊等质量问题。此外,印花浆的主要成分黏合剂在聚合生产过程中也会产生大量的泡沫,影响生产容器的有效容量,造成生产损失。因此,这两个过程都必须加入有效消泡剂,而有机硅乳液型消泡剂可以到达较好的效果。涂料印花工艺特性要求消泡剂不但具有优异的消泡抑泡效果,而且与印花浆料有良好的配伍性,不能影响印花浆的流平性,否则会影响表面的光滑平整,产生鱼眼缩孔等问题。衡量印花浆消泡剂性能最有效的方法是刮板实验。乳液型消泡剂可以满足印花浆的要求。
近年来国内一些厂家研制生产出半透明微乳丙烯酸酯类植绒胶。非硅系矿物油基消泡剂影响产品透明度,抑泡不持久,使用受到限制,而有机硅乳液消泡剂则有明显优势。4.3前处理——低泡精练剂制造
可通过两个途径来降低精练剂的泡沫:一是在精练剂中加入抑泡剂来获得低泡效果;二是采用加入低泡表面活性剂组分以获得低泡效果。近年来,由于精练剂、渗透剂向耐高碱发展,和OP-10的使用受限制,国内精练剂大体上都采用磷酸酯钠、SAS、少量非离子表面活性剂和消泡剂等组分为基础的配方。磷酸酯原料异构醇价格高涨,很多厂转向天然醇,P2O5价格远低于醇,因此,许多厂在合成磷酸酯时采用天然醇醇醚、过高的使用P2O5,生产出的精练剂和渗透剂不仅渗透力降低,而且泡沫多,要求消泡剂成本不能增加,这就对消泡剂提出了挑战。
低泡精练剂选用消泡剂要经过严格的实验,要经过复配初选、储存稳定性和耐碱稳定性3个实验阶段。复配初选考察消泡剂按一定量加入精练剂基础配方后,对精练剂外观,应观察有无漂油、絮凝和沉淀等,测定消泡性能。对精练剂外观无明显影响,可进行储存稳定性测试,将加有定量消泡剂的精练剂室温储存两周,再观察有无漂油、絮凝和沉淀等,测定消泡性能。最后,测定耐碱稳定性,将加有定量消泡剂的精练剂按1.5g/L加入到120g/L片碱液中,加热至85℃,鼓泡,测定泡沫性能。目前,许多单位实验中精练剂样品还选用以乳化剂OP-10和烷基苯磺酸钠为主要成分的复配物,已很不符合实际。

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4.4染色——高温溢流用消泡剂
涤纶织物在进行高温喷射染色时,为达到匀染性,必须使织物在机内高速运行。如果泡沫存在,非常容易造成染色不均及染斑等现象。为此必须在染液中加入一些耐高温耐剪切的消泡剂,使泡沫在短时间内迅速消除。
针对染整厂家的需求我们开发生产的高浓度耐高温强碱消泡剂YAT722,经在印染加工行业中试验,发现消泡剂YAT722耐高温(130℃)、耐强碱、消泡抑泡好,同时具有优秀的自乳化性能、抗高剪切、不漂油,特别适用于纺织行业高温溢流染色工艺。
4.5后整理——柔软剂、软片用消泡剂
后整理柔软剂中减少泡沫,一是在化软片(膏)制备柔软剂乳液时,加入消泡剂来消除泡沫或获得低泡效果;二是使用低泡软片(膏)得到低泡效果。试验表明,前者获得的柔软剂能保持更好的低泡性能,而且只要选用合适的消泡剂,还可降低成本。低泡软片(膏)只不过是在软片制备切片前预先加入了消泡剂而已,生产和贮存过程中内含的消泡剂抑泡能力会有所降低。
5如何正确使用消泡剂
5.1选用消泡剂时应考虑的因素
在实际操作中经常遇到泡沫太多,形成缠车、堵缸或布不走的现象,这时加入消泡剂可解决问题。消泡剂有耐酸的、耐碱的、不耐高温的,无论哪种都含有硅油,在使用不合理或一定的环境中会破乳,形成硅油。使用时要小心,用量少了达不到效果,用量多了会造成污染,应选择一个最佳的量。因用量越多硅油就越多,建议尽可能少用。在操作时应把消泡剂用大量水充分稀释,并过滤入缸。只有正确使用,才能保证质量,避免出现油斑。
现有数千种化学物可单独或混合作为消泡剂。因此,选用消泡剂前,应征求专家意见。选用消泡剂时,还应考虑多种变量,主要包括法规要求、产品有效性、生产成本和供应商服务。消泡剂产品应合理配方,除了泡沫抑制作用外,应尽量在使用环境中降低对产品的影响。一般来说,消泡剂用量越小,对产品产生的影响越低。要尽量用无泡或低泡的助剂。所谓的无泡助剂,其实供应商在出售之前已经加了消泡剂了。使用适当的消泡剂来做,价格便宜质量又好。
5.2合理稀释硅酮消泡剂
硅酮消泡剂浓缩物/乳剂必须用冷水(低于30℃)预稀释。按步骤添加冷水,彻底搅拌,以避免分布不均的块状存在。如果冷水的硬度较高,会导致稀释不均或乳剂结块,两者均可能导致硅酮沉淀于织物或机械部件上。添加纤维素增稠剂类增稠剂体系,可稳定已稀释的消泡剂乳剂。稀释产品若放置时间过久,还应该加入杀菌剂,以防腐臭变质,尤其是温度较高的季节。
5.3避免硅酮在织物上形成斑点或沉积在设备之上
首先,应进行生产试用和实验室试用,以确定有效抑制泡沫所需的最低消泡剂用量。必须避免剂量过大,才能实现低成本高性能。
其次,应确保良好的工艺条件,如温度、pH值、其他原材料和电解液浓度和剪切力等。应在投入生产之前在实验室内在上述条件下对消泡剂体系的稳定性进行试验。即使在稀释之後,也不能将消泡剂直接添加到热加工过程中。
当使用不当而发生高温破乳时,也会造成严重油斑污渍。有机硅油类斑渍很难处理,仅用碱剂和乳化剂是无法去除掉的,一般只能购买专用硅油净或者去油灵进行刷洗。面积范围较大的可以用硅油净l0gL加适量烧碱煮练。
我们专业生产的立马消泡剂,不仅保证质量,而且拥有纺织印染专家团队,能为客户提供完善的售后超值服务和及时有效的技术支持。具有更高的性价比。其分散性好、耐高温、耐酸碱、耐电解质、耐剪切,与各种染化料配伍性能好,不漂油、无硅斑;安全无毒,不含烷基酚醚(APEO),符合环保要求适宜的粘稠度和浓度,便于使用、稀释,能满足印染行业各道工序和助剂的需要。
总之,消泡剂的性能是印染厂首先所考虑的,高效稳定的消泡剂才能被市场所接受。