有机硅消泡剂的应用研究概述

第36卷第5期2014年9月Vol.36No.5JournalofTangshanTeachersCollegeSep.2014──────────基金项目：河北省第十六批省级科技计划项目（13211504）收稿日期：2014-07-05作者简介：刘秋艳（1981-），女，河北唐山人，硕士，工程师，研究方向为有机硅材料。-29-有机硅消泡剂的应用研究概述刘秋艳，郭文涛，王涛，李献起，陈春江，孙长江，李晓明（唐山三友硅业有限责任公司，河北唐山063305）摘要：概述了有机硅消泡剂的组成及特性，重点分述了有机硅消泡剂在化纤纺织、石油化工、造纸各应用领域的需求和应用情况，并对有机硅消泡剂在上述各领域的应用研究进行了展望。关键词：有机硅消泡剂；化纤油剂；纺织印染；油田钻井；造纸中图分类号：TQ423.95文献标识码：A文章编号：1009-9115(2014)05-0029-03DOI：10.3969/j.issn.1009-9115.2014.05.011OverviewofApplicationofOrganicSiliconDefoamersLIUQiu-yan,GUOWen-tao,WANGTao,LIXian-qi,CHENChun-jiang,SUNChang-jiang,LIXiao-ming(TangshanSanyouSiliconIndustryCo.,Ltd.,Tangshan063305,China)Abstract:Thecompositionandpropertiesoforganicsilicondefoamershavebeenintroduced.Theconsumerdemandandapplicationoforganicsilicondefoamersineachapplicationfieldofchemicalfiberandtextile,petroleumchemicalindustry,papermakingasthekeypointshavebeendescribed.KeyWords:organicsilicondefoamers;spin-finishes;textileprintinganddyeing;oilfielddrilling;paper-making1有机硅消泡剂消除有害泡沫，对提高劳动生产率、降低不必要的损耗、延长机械寿命，具有极大的技术与经济意义。消泡剂主要由活性物、分散剂、载体、乳化剂和稳定剂等经机械乳化而成。依据活性物的不同，消泡剂可分为天然油脂类、脂肪醇类、聚醚类、有机硅类、聚醚有机硅类，各有其优缺点。天然油脂类消泡剂来源广，成本低，但不易储存。聚醚类消泡剂亲水性好，但有残留的氧化烯烃类单体和醛类，有一定毒副作用。有机硅类表面张力小、表面活性高、成膜性好，具有良好的铺展与破泡作用，但其与水难乳化，不易分散在发泡介质上。聚醚有机硅类兼有聚醚和有机硅的特性，消、抑泡性能优良，且对非水体系也有效，是一种性能优良、应用前景广阔的消泡剂。有机硅消泡剂目前主要是指由有机硅类和聚醚改性有机硅类活性物质配制而成的消泡剂。有机硅消泡剂对大多数气泡体系兼具有抑泡、破泡功能，具有较好的热稳定性、化学稳定性和生理惰性，可用于食品和医药行业，广泛用于化纤纺织、石油化工、造纸、农业等各领域[1-6]。2有机硅消泡剂在化纤和纺织行业中的应用消泡剂应用的关键在于掌握泡沫产生的机理和特性，从而有针对性地选用消泡剂，抑制和消除泡沫的产生。2.1在化纤及化纤油剂领域中的应用在化纤及化纤油剂的生产过程中，由于油剂组分多为阴、阳离子表面活性剂，具有一定起泡性，油剂复合生产时产生大量泡沫，导致整个油剂体系体积增大，油剂装置不能满负荷生产，同时给包装工序带来麻烦。在油剂使用过程中，油剂乳化及输送时更易起泡，泡沫外溢不仅造成资源浪费，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而损坏。因此，在纤维油剂的生产和使用过程中，都需使用消泡剂来消泡。在化纤及化纤油剂领域中，应用的有机硅消泡剂多为聚醚改性的有机硅消泡剂[7-9]。授权号为CN101721945B的专利公开了一种高性能消泡剂，其特征在于该消泡剂由质量含量为50～99%的聚醚和1～50%硅聚醚组成，该消泡剂的破泡性能明显优于一般消泡剂，聚醚与硅聚醚混合使用显现出明显的协同作用，是一种环保型高温高压液流第36卷第5期唐山师范学院学报2014年9月-30-染色工业用聚醚消泡剂。2.2在纺织行业中的应用[10]在织物染整各工序中，起泡是精炼、漂白、染色和整理过程中的一个难题。目前纺织印染行业对消泡剂产品的质量要求不断提高，要求消泡剂在宽的pH值和温度下具有稳定性，并能耐高剪切，持续消泡和抑泡。在实际应用中，纺织印染消泡剂应具有的性能包括：消泡迅速，抑泡持久，性价比高；分散性好、耐高温、耐酸碱、耐电解质、耐剪切，与各种染料配伍性好，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、稀释等。在纺织行业中，昀常用、效果昀好的为有机硅与聚醚型消泡剂的复合物。表1列出了道康宁公司生产的应用于纺织印染行业的几种消泡剂。表1道康宁有机硅消泡剂在纺织印染行业中的应用[11]产品高温高压高低pH值电解质浆料精炼皂洗喷色染机印花后处理AEE-0050●●●●ACP-0544●●●ACP-1266●●●●●●●AFE-1410●●●●AFE-0700●●●●●AFE-0800●●●●●●●●AFE-3168●●●3有机硅消泡剂在石油化工行业的应用在石油化工行业中，需使用消泡剂的地方有采油、钻井、油气分离、常减压蒸馏、石油发酵、延迟焦化、芳烃抽提及润滑油等。3.1在油田钻井液中的应用在石油钻井过程中，当钻遇含气地层时，地层中的烃类、CO2、H2S等气体便扩散或侵入钻井液中，由于循环的钻井液对侵入气体有搅拌作用，且钻井液的处理剂一般都具有表面活性，导致钻井液起泡现象严重，钻井液密度下降，润滑性能变差，冷却钻头的效率降低，流变性变差，严重影响泥浆泵的工作效率，给钻井液的循环带来一定困难。同时，钻井过程中，钻井液的黏度和切力越高，起泡后的钻井液越不易从地面排出，从而造成气泡积累，危害更大。因此，钻井液用消泡剂的研究意义重大。影响钻井液消泡的因素极为复杂，消泡剂的研制和使用需考虑钻井液类型、矿化度、pH值、流变性、温度、起泡剂类型和含量等多种因素。国内常用的钻井液消泡剂主要有硬脂酸铝及其复合物、聚醚、正辛醇、脂肪酸和脂肪酸酯等，这些消泡剂在加入一定时间后就丧失了效力，其抑泡能力和效果不能满足现场施工要求，要防止泡沫再次生成，需要反复多次加入消泡剂。近年来，科研人员在研究适用于油田钻井液消泡剂方面做了大量工作。吕鑫等[12]针对气田钻井液发泡问题，研制了一种以有机硅为主体的乳液型消泡剂，成功解决了气田钻井液反复起泡的问题。李蔚萍等[13]针对麦克巴油田现场黄原胶增粘钻井液消泡难和消泡剂使用成本较高的问题，对二甲基硅油、二氧化硅、乳化剂等处理剂的类型和用量进行优选，成功开发出乳液型有机硅消泡剂HXP-3。该消泡剂不仅对普通钻井液具有较好的消、抑泡效果，且对黄原胶增粘的难消泡钻井液也具有良好的消泡效果，流变性、稳定性和消泡性在国内同类产品中具有明显优势，已在麦克巴服务的海上油田、江汉油田及冀东油田投入使用，取得了较好效果。王卫东等[14]制备了一种适用于多种钻井液的缓释型复合消泡剂，该消泡剂在加入ABS发泡的淡水、4%盐水、饱和盐水基浆中的综合消泡性能好于醚类、酯类和醇类消泡剂，在聚磺、聚合物和饱和盐水凹凸棒实验钻井液中消泡性能好，对钻井液常规性能无影响，还有减摩阻作用。在聚合醇和钙基实验钻井液中，加入该剂0.07%时密度恢复率超过90%，在聚磺实验钻井液中，150℃仍具有良好的消、抑泡效果。该消泡剂已在大港、胜利、华北、大庆、冀东、辽河等油田获得应用，效果良好。王雅新等[15]以二甲基硅油为主要原料合成硅膏，采用复合乳化体系对其进行乳化，研制成钻井液用乳液型消泡剂，消泡性能优异，消泡稳定性≥30min，淡水浆密度恢复率≥90%，盐水浆密度恢复率≥98%。3.2在油田固井泥浆中的应用[16]在油田固井施工作业过程中，为使有限的API标准水泥种类能够满足多种固井条件，需向油井水泥浆中添加多种外加剂以改善水泥浆的综合性能。加有外加剂的油井水泥浆在高速搅拌下会产生大量具有较高黏滞性的气泡而滞留于浆体内，在连续施工条件下，如不能快速消泡，将会使水泥浆实测密度明显小于真实值，导致水泥石强度和胶接强度降低，同时，当这种错误信息被实时反馈到配浆系统时，会导致油井水泥与配浆水的比例改变，影响水泥浆中各种外加剂的有效含量，导致其流变性能、失水量、稠化时间等参数与设计产生偏差，严重时直接导致固井施工失败。普通消泡剂很难消除固井施工中的起泡。当前国内消泡剂的生产厂家主要分布在江苏、上海、浙江、北京、东北、四川等地。性能优良的油井水泥浆消泡剂要求具有较高的消泡能力，且不与其它外加剂起化学反应，适用于淡水、盐水泥浆体系，不影响水泥浆稠化性能、抗压强度、流变性能等。现有国产消泡剂消泡效果差，不能适应不同的油井水泥浆体系和应用条件。此方面消泡剂的研究有很大的上升空间。刘秋艳，等：有机硅消泡剂的应用研究概述-31-4有机硅消泡剂在造纸行业中的应用[17,18]在制浆造纸行业中，从蒸煮放料后的洗涤、滤浆、漂白、脱水、抄纸、施胶、涂布等操作，均不同程度地受到泡沫的影响，因此消泡就成为一道重要工序。4.1在制浆和抄纸工段的应用制浆和抄纸工段所用的传统消泡剂的活性成分主要是脂肪酸、聚醚及其衍生物等，虽具有较好的消泡效果，但抑泡性稍差。因此，目前制浆和抄纸工段多采用聚醚/有机硅乳液复配型消泡剂，一般通过在聚二甲基硅氧烷分子链上接枝亲水性的聚醚分子链得到。该消泡剂与传统消泡乳液相比，复配型消泡剂与水介质的界面张力低，铺展系数高，其消泡能力提高近1倍。4.2在涂布中的应用涂布用消泡剂的活性成分多采用聚醚改性有机硅，它不仅具有很强的消泡和抑泡性能，同时具有上光、润滑等功能，而且乳化、分散、渗透性、热稳定性、化学稳定性都很好，无毒，非常适合作为涂布用消泡剂使用。4.3在废液处理工段的应用采用有机硅类消泡剂处理制浆造纸排出废液中的泡沫，可提高碱回收率和废液处理效率，减少废液流失和环境污染。肖继波等以二甲基硅油和沉淀二氧化硅为主要成分，采用Span、Tween乳化体系及普通搅拌装置对硅油进行乳化，合成稳定的乳液型有机硅消泡剂PGA，对废水处理工段气浮池内泡沫进行消泡试验，取得了较好的经济和环境效益。有机硅消泡剂具有优良的综合性能，可应用于造纸工业的每个工序，但成本偏高，降低有机硅消泡剂的成本是以后研究的重点之一。5展望有机硅消泡剂作为一种新型且性能优良的消泡剂，不仅通用性强、效率高、配伍性好，而且具有硅氧烷的化学稳定性、生理惰性和高性能等特点于一身，因而获得广泛应用，尤其是聚醚改性有机硅消泡剂，不仅消泡力强，抑泡能力也得到加强，是目前各行业应用的主导消泡剂。此外，有机氟改性硅油消泡剂在水相和油相起泡体系中均具有优良的消泡性能，特别是在含有氟硅表面活性剂的起泡体系中更能体现其优越性，完全适用于油相体系以及氟硅表面活性剂起泡体系；同时有机氟改性硅油消泡剂完全不溶于油相体系，能广泛应用于原油、润滑油、有机溶剂等体系消泡，但在实际工业化进程中，应尽量降低成本，才能广泛应用。[参考文献][1]赵陈超,章基凯.有机硅乳液及其应用[M].北京:化学工业出版社,2008:432-458.[2]陈萍华,将华麟,舒红英,赵滔滔.有机硅消泡剂的研究及其发展趋势[J].江西化工,2007(3):5-7.[3]胡延,张勇,孔德钰,郭海军,江浩,辛诺.有机硅消泡剂的制备及在味精发酵中的应用[J].有机硅材料,2009,23(6):388-390.[4]严慧,刁勇.二甲基硅油及其衍生物在消泡剂领域的研究进展[J].精细与专用化学品,2010,18(1):19-23.[5]冯建国,路福绥,武步华,薛背