LHY- 1 型消泡剂的研制

     泡沫是空气或其他气体以不连续相分散于另一连续液体中的两相系统, 它在热力学上是不稳定的两相系统, 一旦形成, 就处于液膜的不断下流、蒸发、破裂的动态过程中。泡沫在多数情况下是不希望发生的, 需要加入消泡剂将其破坏和抑制。一般消泡剂兼有抑泡和消泡作用, 它们应具备如下性质: ( 1) 表面张力低于被消泡体系的表面张力或比起泡剂有更高的表面活性; ( 2) 在被消泡的体系中, 不溶解或溶解度极小, 但又有一定的亲和性; ( 3) 与起泡剂相反, 有正铺展系数; ( 4) 在使用条件下, 具有一定的化学稳定性, 不与被消泡体系中的化学组分发生反应。消泡剂至今已经历了4 次更新换代, 第一代由植物油、矿物油、醇类或脂肪等有机物质组成; 第二代为聚醚类消泡剂; 第三代为有机硅类, 其中包括油型、溶液型、硅脂型以及乳液型等; 第四代为水溶性有机硅消泡剂, 即将以疏水著称的聚硅氧烷和聚醚共聚, 生成含硅聚醚。Rhodorsil 414 为二甲基硅油水乳液型消泡剂。

辽化尼龙厂84# 装置, 在己二酸的生产过程采用硝酸氧化醇酮工艺。在反应过程中产生大量的一氧化氮和二氧化氮等气体, 在反应混合液内部形成危害生产的泡沫, 必须采取一定措施控制和消除。装置采用加入消泡剂的方法来解决问题。使用的消泡剂商品号Rhodorsil 414, 是一种二甲基硅油水乳液型消泡剂, 从法国进口, 一直沿用至今, 每年耗用大量外汇, 为了实现消泡剂的国产化, 研制了LHY- 1 型消泡剂。

1 实验部分
1. 1 实验原料及仪器
司盘- 40( S- 40) ; 司盘- 60( S- 60) ; 硅油;白碳黑; 聚乙二醇单硬脂酸酯; 离子水; 高速剪切乳化机。
1. 2 水分散性评价方法
向100 mL的小烧杯中注入80 mL的蒸馏水,0. 3 g 消泡剂, 然后将烧杯放在磁力搅拌器上边加热边搅拌至45 后, 观察消泡剂分散情况。

2 结果与讨论
2. 1 消泡剂中各物质含量的测定Rhodotsil 414 消泡剂是一种有机硅乳液型消泡剂, 主要成分是二甲基硅油白碳黑复合物。二甲基硅油符合用作消泡剂的要求: 具有极低的表面张力, 一般为21 *105N/ cm, 不溶于水, 破泡迅速, 抑泡力强, 用量极低, 化学惰性, 无毒无污染,黏度0. 1~ 10 Pa!s 的二甲基硅油均可作为消泡剂主体成分。硅油本身是不溶于水的, 为使硅油在水相体系中产生高效消泡作用, 需要将硅油制成乳液使它很快扩展或乳化进系统, 接触尽可能多的泡液表面, 这样消泡效果才好。根据尼龙厂提供的装置分析手册, 对法国进口消泡剂Rhodosil 414 进行了剖析。

2. 1. 1 消泡剂中干物质含量的测定
将称量皿放在温度150 的干燥箱中干燥5~ 10 min, 冷却称重, 准确至0. 1mg。将样品剧烈搅拌使其均匀, 用滴管注入5~ 6 滴于称量皿中并称重, 用E 表示试验样品的重量( 总重量减去称量皿重量, 以克表示) 。将称量皿放到150 的干燥箱中干燥、冷却并称重, 用M 表示干物质含量( 干燥后总重量减去称量皿质量, 以g 表示) 。则干物质质量分数为100M/ E , 测得Rhodosil 414中干物质含量为35% 。

2. 1. 2 消泡剂中硅油白碳黑复合物含量的测定
向250 mL 的烧杯中放入15~ 20 g ( 准确至0. 1 mg ) 样品, 加入100 mL 乙醇, 用磁力搅拌器搅拌15 min, 放到沸水中加热30 min, 几分钟进行一次搅拌, 让沉淀不冷却, 将上部热的水- 乙醇层倒出, 然后用25mL 热乙醇洗涤2 次, 将烧杯连同沉淀放入150 干燥箱中干燥1. 5 h, 生成沉淀量即为复合物含量。测得Rhodosil 414 中复合物含量为20. 3% 。

2. 1. 3 乳化剂含量的测定
乳化剂含量= 干物质含量- 复合物含量, 测得Rhodosil 414 乳化剂含量为14. 7%, 在上述剖析结果的基础上, 选定消泡剂的配方为复合物含量20%, 乳化剂含量为15%, 无离子水为65%( 质量分数) 。

2. 2 乳化工艺条件的确定
乳化工艺对硅油乳液的综合性能具有重要的影响。据资料介绍, 制备硅油乳液的过程应是一个从油包水型乳液逐渐向水包油型乳液过渡的过程, 通过调节转相温度及转相水的量, 可以改善乳液的综合性能。在上述认识的基础上, 研制出如下乳化工艺条件: 首先将硅油复合物、乳化剂、部分离子水放在一起, 升温至60 , 维持搅拌, 在半小时内将剩余部分的无离子水加入上述混合物中, 继续搅拌半小时。降温至室温后在乳化机上进一步乳化而得成品。

2. 3 乳化剂种类及其HLB 值的选择
乳化剂能降低油相与水相之间的表面张力,使硅油可以在水中分散成均匀细小的细珠, 乳化剂分子包覆在硅油表层, 使乳液具有一定的稳定性。选用乳化剂应考虑对硅油的乳化能力强, 形成稳定的乳液, 本身不起泡或不易起泡, 对使用环境有良好的适应性, 不受pH 值的影响。采用多种乳化剂复合比单一的效果好, 借助表面活性剂之间的协同作用, 能够改进乳液综合性能。分别选择了司盘- 60 与聚乙二醇单硬脂酸酯、司盘40与聚乙二醇单硬脂酸酯这两组乳化剂进行实验。为保持乳液的稳定, 需要选定对硅油适宜的HLB值, 文献推荐值为10. 5, 在这个值左右分别选取了几个HLB 值进行实验。混合乳化剂的HLB 值= ( 司盘重量百分比 司盘HLB 值) + ( 单酯重量百分比 单酯HLB 值) 。结果见表1。
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从上述结果看, 采用S- 40 和单酯这一组乳化剂, 取定HLB= 9. 76 较为合适。

2. 4 在实验室模拟尼龙厂己二酸制备过程, 评价消泡剂性能操作方法: 取0. 3 g 消泡剂加入100 mL 小烧杯中, 注入80 mL 蒸馏水, 放在磁力搅拌器上, 边搅拌边加热至45 。取出混合液1. 5 mL 注入75 mL 醇酮, 将此醇酮混合液放在磁力搅拌器上边搅拌边加热至60 后装入分液漏斗。在500mL 三口圆底烧瓶内加入200mL 氧化酸和75mL四氯化碳, 升温至70~ 80 , 从分液漏斗开始滴加醇酮。实验结果见表2。
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由表2 知, 实验室评价条件下, 两种消泡剂消泡效果相当。

3 结语
( 1) 通过实验确定了制备消泡剂的最佳配方与工艺条件。
( 2) 在实验室评价条件下, 研制的LHY – 1型消泡剂的消泡效果与进口消泡剂效果相当, 希望进行工业应用试验。

 
 

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