新型聚醚消泡剂在工业清洗中的应用

邢一鸣，刘洋，蔡政，刘鸽

（沈阳浩博实业有限公司，辽宁 沈阳 110122）

汽车前处理工序一般分为：脱脂、表调、磷化三大工序，脱脂的作用是除去车身防锈油脂、冲压拉延油、操作中的油迹、汗渍、灰尘等杂质[1,2]。在金属清洗中，适量的泡沫可以悬浮油污，加速脱脂反应，但是泡沫过多，就会从槽子中冒出，会污染场地，浪费脱脂液，降低槽液液位，使脱脂后的喷淋泵不能正常运行，影响喷射压力、流量，降低喷淋效果[3]。过多的泡沫会限制产品的生产能力、影响生产的产品质量、造成资源严重浪费、造成环境污染、可能会引起生产事故[4]。

影响泡沫稳定性的因素有：(1)溶液的黏度；(2)溶液的表面张力；(3)泡沫的表面黏度；(4)表面活性剂的结构；(5)Marangoni 效应；(6)泡沫的弹性；(7)其他影响因素。其他影响因素包括：温度、溶剂的挥发速度、酸碱度、表面活性剂的吸附快慢、泡沫的大小、泡沫的受冲击程度、体系中各组分的相互作用等。在不同体系中影响泡沫稳定的主要因素不尽相同，多种因素同时存在，共同作用。泡沫的弹性是影响泡沫稳定性的主要因素[5]。

消除泡沫是采取一定措施破碎已形成的泡沫，或降低泡沫层的厚度。常用的消除泡沫方法有很多，主要可分为物理方法和化学方法。物理方法主要有静置消泡法、减压消泡法、升温消泡法、流体喷射消泡法、机械搅拌消泡法和超声波消泡法等；化学方法主要有添加消泡剂消泡法、添加改变稳泡剂稳定性的物质等[6-7]。该方法由于破泡速率快、抑泡时间长、投加量少、对生产过程无影响、适用范围广、对环境无污染等优点成为各行业应用最广泛的消泡方法。消泡剂先自发进入液膜内，在界面上迅速铺展，分散。改变液膜的界面性能，从而使膜破裂[8]。消泡机理：(1)破坏膜的弹性；(2)促进液膜排液；(3)消泡剂的加入降低了泡沫局部的表面张力导致泡破；(4)低分子消泡剂乙醇、丙醇等的加入使表面层的表面活性剂浓度降低，并溶入表面活性剂吸附层破坏泡沫稳定性。

因此，汽车前处理过程普遍采用在脱脂剂中加入少量消泡剂的方法，减少泡沫的产生，这就要求消泡剂具有消除和抑制泡沫产生的作用。目前，市面上的聚醚消泡剂主要有：GP 型甘油聚醚、GPE型聚氧乙烯（聚氧丙烯）醚和PPG 型聚丙二醇等[9]。该类消泡剂大多是以多元醇或多元胺等含活该类泼氢的化合物作起始剂，在催化剂存在下用环氧丙烷、环氧乙烷开环聚合而成[10-11]。聚醚类的消泡剂与体系的相容性较好，但消泡能力较弱，目前市场应用较少，无法满足对消泡、抑泡要求较高的生产工艺中[12]。该类消泡剂的分子结构为线型结构，在与发泡液结合过程中所形成的泡沫为线型结构，之前加入的消泡剂会溶于起泡胶束中。这就使消泡剂不能在液体表面快速扩散开来，消泡能力明显下降[13]。聚醚消泡剂的性能影响因素主要有起始剂结构、分子量、环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段方式及两者的比例等，以上几大要素对消泡剂的消泡、抑泡性能起到决定性作用，也是该领域科研人员面临的难题。本文合成一款新型聚醚消泡剂，并对消泡性能进行综合性评价。

1 实验部分

1.1 主要原料

QSJ200、氢氧化钾、过氧化氢、醋酸均为化学纯；环氧乙烷和环氧丙烷为工业级，含量大于99.0%。

1.2 聚醚消泡剂的合成

向2 L 高压反应釜中加入计量的QSJ200、氢氧化钾，用氮气置换3 次，并升温搅拌，当温度达到制定温度后抽真空脱水。待反应釜中达到指定的反应温度、压力后，按照一定的顺序、速度加入计量的环氧丙烷和环氧乙烷，进料结束后，保温反应至反应釜内的压力不再发生变化，抽真空脱除未反应的环氧丙烷、环氧乙烷及低分子化合物，得到了消泡剂预聚物；在一定的条件下对预聚物进行脱色、降温处理，最后放料得到消泡剂成品。

1.3 浊点的测定

配制1%试样水溶液，此时的消泡剂在水中为难容悬浮状态，将其加入试管中，内置温度计，置于冰水浴中搅拌，如难溶物全部溶解，记录此时的温度为浊点。

1.4 羟值的测定

按照GB—T 7383—1997 所提供方法实施。

1.5 泡沫性能（罗氏泡沫仪）

用表面活性剂1308 和去离子水配制成15%的水溶液作为发泡液，并加入3%的聚醚消泡剂，使用罗氏泡沫仪进行测试，测试温度为50 ℃，分别考察0 s、30 s、60 s、120 s、180 s、240 s、300 s、360 s、420 s 的泡沫高度。

1.6 泡沫性能（喷淋机）

按照1.5 的配方配制喷淋槽液，采用喷淋机进行喷淋实验，记录槽液中泡沫高度随喷淋时间的变化，测试条件：温度为50 ℃，喷淋压力为0.025 MPa，喷淋时间为8 h。

2 结果与讨论

2.1 消泡剂脱色工艺

将未经处理的聚醚消泡剂加热到70～90 ℃之间，然后加入适量的过氧化氢，充分搅拌，有大量气泡产生后继续搅拌10 min；加入适量的醋酸，充分搅拌10 min，测定其pH 不再发生变化为止。经不同比例的过氧化氢和醋酸处理后，结果如表1所示。

表1 聚醚消泡剂脱色处理

从表1 可以看出，随着过氧化氢含量的提高，聚醚消泡剂外观从黄色液体变为淡黄色液体，提高过氧化氢含量有利于样品脱色，但样品的透明度不够好，继续提高过氧化氢含量未能提高样品透明度。同时，提高醋酸含量，样品的pH 值变为酸性，外观也随之变为淡黄色透明液体。综上所述，样品4中过氧化氢和醋酸的含量较为合适。

2.2 稳定条件实验

对聚醚消泡剂进行了三次重复性合成实验，测试结果与进口样品进行对比，结果如表2所示。

表2 稳定条件实验

从表2 中可以看出，聚醚消泡剂三次重复实验的理化指标变化不大，实验得到产品性能均达到进口样品的水平，重复性较好。

2.3 消泡性能分析

一般认为消泡剂属于表面张力较低的物质，与泡沫的液膜接触后，部分液膜的表面张力将低于液膜的其余部分，从而产生表面张力差导致液膜破裂[14]。

2.3.1 罗氏泡沫法

采用罗氏泡沫仪对自制样品和进口样品的泡沫性能进行分析，如表3所示。

表3 泡沫高度随时间变化

由表3 可知，随着时间的推移，液体的泡沫高度逐渐降低，前180 s 破泡速度较快，之后破泡速度逐渐降低，最终稳定在10 mm 的高度。通过数据对比，自制样品的泡沫性能与进口样品接近，可以有效降低工作液的泡沫高度。

2.3.2 喷淋机实验

由于消泡剂存在长期使用过程中，其抑泡、消泡作用会减弱甚至消失，因此，需考察在连续喷淋（8 h）过程中，随着喷淋时间的延长，槽液中泡沫高度的变化，实验结果如图1所示。

图1 喷淋机泡沫高度随时间的变化

由图1 可以看出，随着喷淋时间的延长，槽液中泡沫高度逐渐增加，最终稳定在18 cm，自制样品的抑泡性能与进口样品接近。

3 结论

1）聚醚消泡剂经脱色处理后，颜色可以达到淡黄色透明液体，且各项理化指标性能稳定，重现性好。

2）聚醚消泡剂的消泡性能和抑泡性能较好，可以达到进口样品水平。