乳液型聚醚改性有机硅消泡剂的合成及性能分析

摘要：本文分析了乳液型聚醚改性有机硅消泡剂的合成及性能，在明确最佳制备方式同时，对制备产物的性能实现分析，获取最佳合成条件。

关键词：消泡剂；聚醚；有机硅；乳液；影响因素

1.乳液型聚醚改性有机硅消泡剂概述

乳液型聚醚改性有机硅消泡剂，隶属于对菌种无害、添加量少、五毒无害且性价比极高的产品。目前市场上流通的聚醚改性有机硅消泡剂乳液，均能够达到消泡速度快、抑泡时间长、水溶性好，以及安全无毒的要求[1]。

2 乳液型聚醚改性有机硅消泡剂的合成及性能研究

2.1 实验方法

（1）制备硅氧碳消泡剂

准备 250mL 四口烧饼， 配置氮气导气管、搅拌器、温度计、回流冷凝器，随后将含氢硅油与催化剂三氟乙酸、 一定量的溶剂加入其中， 以 200r/min 的转速进行搅拌， 同时通氮气加热到一定温度。稳定之后， 保持一段时间的反应，等到反应结束将其冷却到 60℃，出料操作，获取透明状态的液体，随后取式样测定氢 含量，并计算出反应下的转化率。

（2）测定转化率

实验阶段，对转化率的测定使用氢氧化钠滴定法。含氢硅油内， SI-H 键能够被碱金属氢氧化物水溶液如 NaOH、KOH 断裂， 让含氢硅油释放实现氢气的释放。结合这一特性，在搅拌作业时，针对已经完成称重的样 品内滴入 NaOH 溶液（20%质量）， 并使用量气管取其放出的氢气体积，将其换算成为质量，如此方可得到含氢量测定结果。

（3）测定消泡性能

测定消泡期间，取十二烷基硫酸钠水溶液 25mL（2%质量分数），将其放入到具塞量筒内并上下剧烈摇动， 让泡沫达到 100mL 高度。随后将 0.025g 消泡剂滴入到具塞量筒内，以秒表对泡沫完全消失时间进行记录， 直至液面恢复至 25mL，将其记作为 t。此刻，获取的 t值越小，则说明消泡剂有着越强的消泡性能。

（4）乳化消泡剂

于实验室常温之下，称取10份聚醚改性有机硅，1份Tween-80 失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚以及 1.5 份 Span-80 失水山梨醇单油酸酯，将三者充分混合后，于 70℃， 99Hz 实验室条件下开展时为 1h 的超声，获取微黄色透明溶液后，将20 份蒸馏水，且在上述相同条件之下开展 30min 时长超声处理，随即获取消泡剂乳液。

（5）性能表征

性能表征阶段，制样操作使用 FTIR-650 傅里叶变换红外光谱仪除膜法，完成制备后，利用蒸馏水将制备好的乳液消泡剂稀释 20 倍， 在预先准备好的载玻片上用滴管滴上消泡剂， 置于真空干燥机进行 3h 烘干处理， 最后在 H-7650 透射电子显微镜下观察颗粒分布情况。

2.2 试验结果与讨论

乳液型聚醚改性硅油在合成阶段，包含诸多影响因素，如反应阶段的时间、温度，对催化剂的用量以及选择的具体反应溶剂、反应配比。因硅油以及聚醚很难相容，故而需要在合成阶段加入溶剂使其实现互溶继而提升转化率。以往制备阶段， 常用溶剂以甲苯、苯、二甲苯为主，但实验阶段经常出现溶剂使用后转化率出现下降， 因此本次反应不使用溶剂。与此同时，实验阶段，发现催化剂用量对于反应结果的影响较小， 故本次研究对其忽略不计，仅重点探讨反应时间、温度以及反应物的配比。

（1）乳液型聚醚改性硅油合成影响因素分析

首先，温度直接影响着反应阶段的速度，当温度较低，反应速度下降，温度较高则反应时间加快。然而，一旦出现反应温度过高，随着时间的推移，体系的粘度将急剧增加，且颜色增加。导致这一现象原因在当温度>120℃条件下， 即使氮气能够起到一定的保护作用，但是产物仍然会出现交联分解现象，交联分解会造成体系粘度快速增加。本次实验操作期间， 设置 2h 反应时间， 固定含氢硅油内的 Si-H 与聚醚内的羟基摩尔数比设置 1：1.3，设置催化剂 0.4%质量分数，随后考察 80℃～120℃温度范围下的影响。观察结果，温度过低条件下反应不完全且转化率较低。随着温度的提升，转化率随之逐渐上升， 但一旦反应温度过高，即温度达到 110～120℃， 转化率停止增加，且因交联与分解带来的副作用，体系粘度增大甚至出现固化，消泡剂自身的消泡性能被大幅度削弱。故综合分析，反应温度应控制在 100℃左右。

其次， 反应时间对于反应的转化率有着显著影响。 本次试验在 100℃温度下进行反应观测，固定催化剂质量分数、固定含氢硅油内 Si-H 以及聚醚内的羟基摩尔数比不发生转变， 分别进行 1h、2h、4h、6h 时间下的反应结果分析。观测之下，相同温度条件下随着反应时间的延长，转化率未发生过变化，但交联将出现进 一步加剧。在反应时间为 4h 条件下， 产物也从液态转换成为固态。导致这一现象的原因可能是因水解反应从而生成羟基聚合物，聚合物缩合， 因此不论站在经济角度或是性能角度，满足转化率基础上不可将反应时间设置过长，最佳时间应维持在 2h。

最后，转化率同样会受到硅醚比带来的影响。硅醚比在聚醚改性有机硅消泡乳液中是十分重要的影响因素。在较短的聚硅氧烷链范围下，硅氧烷链逐渐增加背景下，其在水中的溶解度会逐渐减小，继而提升消泡效果。硅氧烷链长度继续增加后黏度随之提升，疏水性过强，导致消泡抑泡性能逐渐减弱。因硅油内 Si-H 十分活泼，除了同醇羟基发生反应之外，同时还会同 Si-OH 发生反应。

因此，若要实现长期保存，就必须确保其反应足够完全， 即使用过量的聚醚让反应更加彻底。基于不同反应物配比用量的单因素实验结果下，在反应温度为 100℃， 反应时间为 2h、催化剂质量分数为 0.4%条件下， 分别进行不同 硅醚比实验，实验结果下发现随着硅醚比例的上升，反应转化率提升， 同时未反应的聚醚量有所上升，硅醚比达到一定水平之后增加幅度逐渐趋于平稳。导致上述现象的原因在于含氢硅油内 Si-H 接上 1 个聚醚链端后，因空间位阻增加，难以同其他聚醚段相接，如此便导致转化率逐渐平稳。综合分析，多次实验之下，最佳硅醚比应设计为 1：1.3[2]。

（2）消泡剂乳化分析

当下市场上流通的消泡剂，多数采用 Span 以及 Tween 作为乳化剂，本次实验，使用 HLB 值为 4.3 的 Span-80 以及 HLB 值为 15 的 Tween-80 复合作为乳化剂，同时考察不同配比之下消泡效果受到的影响，具体分 析结果见表 1 所示：

基于表 1 数据分析，当 Span 与 Tween 比例在 3：1 的情况下，产物可获取最佳的消泡性能，且在进行 60d放置之后仍旧不会出现分层变色现象，稳定性十分良好。出现上述结果的原因在于聚醚改性硅油 HLB 约为 8～11，当 Span-80 同 Tween-80 二者比例到达 3：1，HLB 值与硅油十分接近，并且 SPan 类， Tween 类非离子型乳化剂，同甲基硅油具有良好的亲和度[3]。

（3）透射电镜分析

在分析消泡剂乳液粒径分布目标下，对制备的消泡剂乳液进行透射电镜表征。在 TEM 图分析之下，发现本次制备的消泡剂乳胶粒为不规则球形，部分胶粒连接。导致这一情况的原因可能是聚硅氧烷在水中发生水解，生成含羟基聚合物，端羟基之间出现了部分缩合导致胶粒项链。同时，胶粒分布十分均匀，说明聚合过程有着高度的稳定性，在 60d 存放之后，仍旧未出现漂油、分层等问题，将100g 蒸馏水加入后， 消泡剂快速在水中和分散，说明在水中消泡剂具有良好的分散性。

3 结束语

本文实验阶段，将含氢硅氧烷、聚醚作为实验材料，在探索最佳合成条件基础上确认了聚醚、聚硅氧烷摩尔比=1：1.3。在 100℃条件下，加入三氟乙酸催 化剂开展 2h 反应，得出转化率将超过 90%。其次，在 Span-80 与 Tween-80 比例为 3：1 期间，可进一步提升 消泡剂的消泡能力，且 60d 置放条件下不会出现漂油、 分层问题，具备良好稳定性。最后，透射电镜投射TEM 图分析，发现本次制备的乳液型聚醚改性有机硅消泡剂具有良好的水中分散功能。

参考文献

[1]赵洁 ，李献起.聚醚改性有机硅消泡剂的制备[J].陕西科技大学学报，2017，35（04）：90-93.

[2]朱永闯.新型聚醚改性有机硅消泡剂制备及应用研究[J].广州化工，2022，50（23）：102-103+119.

[3]刘顺成.有机硅消泡剂的合成与应用[J].化工管理，2022（26）：55-57.DOI：10.19900/j.cnki.ISSN1008-4800.2022.26.017.