CN101053802A - 水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂及其合成方法 - Google Patents

水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂及其合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于精细化学品技术领域，提供了一种水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂及其合成方法，合成中采用的主要原料有水、二甲基硅油、气相SiO2、油酸聚氧乙烯醚六酯、司盘60、吐温60和羧甲基纤维素。该消泡剂对造纸、涂料和印染等工业泡沫具有很高的消泡率和较低的使用量，以及非常高的性价比。本发明制备的水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂具有表面张力小、表面活性高、水溶性高、化学性质稳定、消泡能力强、抑泡时间长、用量少、反应条件容易控制、原料来源方便、性能价格比高、成本低等特点。

Description

水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂及其合成方法
                          技术领域
本发明属于精细化学品技术领域，特别涉及一种水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂及其合成方法。本发明制备的消泡剂可广泛应用于造纸、印染、食品、涂料、味精、清洗和电镀等行业生产过程中。
                          背景技术
有机硅消泡剂是一种线型的水溶性聚合物，被广泛用于洗涤剂、造纸、制糖、电镀、化肥、助剂、废水处理等生产过程中的消泡，具有较好的消泡效果和稳定性，无毒无污染，成本相对较低。
在造纸工业中，泡沫问题由来以久，特别是在纸浆生产及造纸废水的处理中，泡沫问题尤为突出。造纸工业用于消泡的费用很大，据1984年统计，加拿大用于造纸工业消泡剂的资金为2600万美元，居造纸化学助剂消费额的第1位，美国为5800万美元，居造纸化学助剂消费额的第2位。我国制浆工业现在大量使用的是含有机溶剂的酰胺类消泡剂，该类消泡剂存在着许多问题，同时造成水体二次污染，增加废水处理费用。有机硅消泡剂作为一种新型消泡剂，具有一系列不同于非硅系消泡剂的优点和特点，随着我国造纸工业的发展以及对环保要求的不断提高，有机硅消泡剂必将在未来我国的造纸工业消泡剂中占有重要地位，用量会逐年增加。
有机硅消泡剂是由硅油、乳化剂、增稠剂配以适量的水经机械搅拌乳化而成。有机硅消泡剂具有表面张力小、表面活性高、消泡能力强、用量少、原料来源方便，操作简单，性能价格比高，成本低的特点；并且，它与水及多数有机物不相混溶，对大多数气泡介质都能消泡；它有较好的热稳定性，可在5～150℃范围内使用；其化学稳定性较好，难与其他物质反应，只要配置适当，可在酸碱盐溶液中使用，无损产品质量；它还具有生理惰性；它对所有气泡体系兼具有抑泡、破泡功能，隶属广普型消泡剂范畴。
在制浆造纸工业中，泡沫处理是生产中的棘手问题。从蒸球出料后的制浆单元操作一直到涂布工序(洗涤、滤浆、漂白、脱水、抄纸、施胶、涂布等)，均有不同程度的泡沫存在，泡沫严重地影响着正常生产以及纸张质量。化学法消除纸浆体系的泡沫在造纸工业中应用最为广泛。有机硅消泡剂属于通用性强、效率高、配伍性好、市场潜力大的广普型消泡剂之一，具有优良的综合性能，只是成本偏高。
                        发明内容
针对目前制浆等工业大量使用的是含有机溶剂的酰胺类消泡剂和部分有机硅消泡剂，具有用量大、消泡效率低、消泡速度慢、长期抑泡效果差、容易污染产品和环境等问题，本发明的首要目的在于提供一种水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂。该水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂具有表面张力小、表面活性高、水溶性高、化学性质稳定、消泡能力强、抑泡时间长、用量少、反应条件容易控制、原料来源方便、性能价格比高、成本低等特点。
本发明的另一目的在于提供上述水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂的合成方法。
本发明所述的水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂对造纸工业泡沫具有很高的消泡率。将硅油改性后再进行乳化，得到的表面活性乳液具有很好的稳定性。该消泡剂稳定性好，而且合成方法简便和设备成本低，工艺条件容易控制。本发明所述的水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂，可以用于造纸、发酵、涂料、印染及废水处理等工业过程中，处理由于搅拌、振动等产生的泡沫，可消除泡沫对生产操作、产品质量及生产环境带来的很多不良影响。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：一种水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂的合成方法，包括如下步骤：
(1)在搅拌速度为30～70rpm的搅拌条件下，将二甲基硅油和气相SiO2在170～200℃反应1～7h，得到表面改性SiO2悬浮液；所述二甲基硅油与气相SiO2的摩尔比为10∶1～1000∶1。
(2)将表面改性SiO2悬浮液降温到90～95℃后，加入表面活性剂油酸聚氧乙烯醚六酯、司盘60(SP-60)和吐温60，在88～92℃反应0.5～1.0h，得到表面活性乳液。所述二甲基硅油与油酸聚氧乙烯醚六酯的摩尔比为10∶0.01～10∶1；所述二甲基硅油与司盘60的摩尔比为5∶1～1∶1；所述二甲基硅油与吐温60的摩尔比为5∶1～1∶1。
(3)在表面活性乳液中加入水使乳液的活性浓度为50％，在88～92℃反应1～3h，得到乳液A。
(4)将羧甲基纤维素(CMC)和水配成羧甲基纤维素(CMC)质量浓度为1～10％的水溶液，在88～92℃反应0.5～1h，得到羧甲基纤维素(CMC)增稠溶液。
(5)将乳液A、水和羧甲基纤维素(CMC)增稠溶液混合后，使混合液中CMC含量(质量百分比)占0.1～3％和有效成分含量(质量百分比)占5～30％，在88～92℃反应1～3h，得到水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂。所述有效成分包括二甲基硅油、气相SiO2、油酸聚氧乙烯醚六酯、司盘60、吐温60和羧甲基纤维素。
为了更好地实现本发明，所述步骤(2)中优选的反应条件：在90℃下反应0.5～1.0h。
所述步骤(3)中优选的反应条件：在90℃反应1～3h。
所述步骤(4)中优选的反应条件：在90℃反应0.5～1h。
所述步骤(5)中优选的反应条件：在90℃反应1～3h。
本发明所述水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂就是通过上述合成方法合成的。
本发明合成的水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂是一种很好的有机硅乳液消泡剂，未见任何在这种条件下合成该化合物的文献报道。以往的有机硅乳液消泡剂多直接使用硅油乳化而成，而本发明则先将硅油改性再乳化，提高了消泡剂的稳定性。本发明的水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂应用于造纸、发酵、涂料、印染及废水处理等工业的泡沫处理具有很强的消泡作用，这对生产工程中，节省生产成本、方便生产、提高产品质量都有很大的贡献。本发明产品在用途上，首创性和广泛性兼而有之。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明制备的水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂具有表面张力小、表面活性高、水溶性高、化学性质稳定(100天内不分层)、消泡能力强、抑泡时间长(抑泡时间达到1小时以上)、用量少(本发明的消泡剂相对用量比通常产品少35％以上)、反应条件容易控制、原料来源方便、性能价格比高、成本低等特点。本发明的水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂在实验室测定过程中消泡率高达100％，而且抑泡时间长，消泡时间短，实验结果稳定。用于造纸工业现场水池消泡试验，经过长时间使用，平均泡沫去除率高达97％以上。生产过程中随着泡沫产生量的变化而控制消泡剂的加入量，只注入最低必需量的消泡剂，平均可降低消泡剂用量35％，节省大量开支。
                        附图说明
图1为本发明的操作流程图。
                        具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂的合成方法如下：
(1)在搅拌条件(搅拌速度30rpm)下，取二甲基硅油和气相SiO2(二甲基硅油与气相SiO2的摩尔比为1000∶1)加入反应釜中，在200℃反应1h，得到表面改性SiO2悬浮液。这一步产率约90％。
(2)将步骤(1)得到的表面改性SiO2悬浮液冷凝降温到95℃后，加入油酸聚氧乙烯醚六酯(二甲基硅油与油酸聚氧乙烯醚六酯的摩尔比为10∶0.01)、司盘60(SP-60)(二甲基硅油与司盘60的摩尔比为5∶1)和吐温60(二甲基硅油与吐温60的摩尔比为5∶1)，在90℃反应0.5h，得到表面活性乳液，产率约82％。
(3)步骤(2)中表面活性乳液加入水使乳液的活性浓度为50％，在90℃反应1h，得到活性浓度50％的乳液A。
(4)取羧甲基纤维素(CMC)和水加入反应釜中，配成CMC质量浓度为1％的水溶液，在90℃反应0.5h，得到CMC增稠溶液。
(5)将步骤(3)的产物乳液A、水和步骤(4)的产物CMC增稠溶液混合后加入反应釜中，使混合液中CMC含量(质量百分比)占0.1％和有效成分含量(质量百分比)占5％悬浮液，在90℃反应1h，得到有效成分含量占5％水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂。这一步产率约85％。
以上生产试验步骤均经过多次试验后得到的最佳生产条件，此产品在实验室测定过程中消泡率高达100％，而且抑泡时间长，消泡时间短，实验结果稳定。用于造纸工业现场水池消泡试验，经过长时间使用，平均泡沫去除率高达90％以上。生产过程中随着泡沫产生量的变化而控制消泡剂的加入量，只注入最低必需量的消泡剂，平均可降低消泡剂用量35％，节省大量开支。
实施例2
如图1所示，水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂的合成方法如下：
(1)在搅拌条件(搅拌速度70rpm)下，取二甲基硅油和气相SiO2(二甲基硅油与气相SiO2的摩尔比为10∶1)加入反应釜中，在170℃反应7h，得到表面改性SiO2悬浮液。这一步产率约90％。
(2)将步骤(1)得到的表面改性SiO2悬浮液冷凝降温到90℃后，加入油酸聚氧乙烯醚六酯(二甲基硅油与油酸聚氧乙烯醚六酯的摩尔比为10∶1)、司盘60(SP-60)(二甲基硅油与司盘60的摩尔比为1∶1)和吐温60(二甲基硅油与吐温60的摩尔比范围为1∶1)，在90℃反应1h，得到表面活性乳液，产率约85％。
(3)步骤(2)中表面活性乳液加入水使乳液的活性浓度为50％，在90℃反应3h，得到活性浓度50％的乳液A。
(4)取羧甲基纤维素(CMC)和水加入反应釜中，配成CMC质量浓度为10％的水溶液，在90℃反应1h，得到CMC增稠溶液。
(5)将步骤(3)的产物乳液A、水和步骤(4)的产物CMC增稠溶液混合后加入反应釜中，制备CMC含量(质量百分比)占3％和有效成分含量(质量百分比)占30％的悬浮液，在90℃反应3h，得到有效成分含量占30％水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂。这一步产率约87％。
以上生产试验步骤均经过多次试验后得到的最佳生产条件，此产品在实验室测定过程中消泡率高达100％，而且抑泡时间长，消泡时间短，实验结果稳定。用于造纸工业现场水池消泡试验，经过长时间使用，平均泡沫去除率高达93％以上。生产过程中随着泡沫产生量的变化而控制消泡剂的加入量，只注入最低必需量的消泡剂，平均可降低消泡剂用量38％，节省大量开支。
实施例3
如图1所示，水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂的合成方法如下：
(1)在搅拌条件(搅拌速度50rpm)下，取二甲基硅油和气相SiO2(二甲基硅油与气相SiO2的摩尔比为100∶1)加入反应釜中，在185℃反应4h，得到表面改性SiO2悬浮液。这一步产率约92％。
(2)将步骤(1)得到的表面改性SiO2悬浮液冷凝降温到92℃后，加入油酸聚氧乙烯醚六酯(二甲基硅油与油酸聚氧乙烯醚六酯的摩尔比为10∶0.1)、司盘60(SP-60)(二甲基硅油与司盘60的摩尔比为2.5∶1.0)和吐温60(二甲基硅油与吐温60的摩尔比为2.5∶1.0)，在90℃下反应0.75h，得到表面活性乳液，产率约85％。
(3)步骤(2)中表面活性乳液加入水使乳液的活性浓度为50％，在90℃反应1.5h，得到活性浓度50％的乳液A。
(4)取羧甲基纤维素(CMC)和水加入反应釜中，配成CMC质量浓度为5.5％的水溶液，在90℃反应0.75h，得到CMC增稠溶液。
(5)将步骤(3)的产物乳液A、水和步骤(4)的产物CMC增稠溶液混合后加入反应釜中，制备CMC含量(质量百分比)占1.5％和有效成分含量(质量百分比)占17.5％的悬浮液，在90℃反应2h，得到有效成分含量占17.5％水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂。这一步产率约87％。
以上生产试验步骤均经过多次试验后得到的最佳生产条件，此产品在实验室测定过程中消泡率高达100％，而且抑泡时间长，消泡时间短，实验结果稳定。用于造纸工业现场水池消泡试验，经过长时间使用，平均泡沫去除率高达97％以上。生产过程中随着泡沫产生量的变化而控制消泡剂的加入量，只注入最低必需量的消泡剂，平均可降低消泡剂用量39％，节省大量开支。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂的合成方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在搅拌速度为30～70rpm的搅拌条件下，将二甲基硅油和气相SiO2在170～200℃条件下，反应1～7h，得到表面改性SiO2悬浮液；所述二甲基硅油与气相SiO2的摩尔比为10∶1～1000∶1；
(2)将表面改性SiO2悬浮液降温到90～95℃后，加入表面活性剂油酸聚氧乙烯醚六酯、司盘60和吐温60，在88～92℃反应0.5～1.0h，得到表面活性乳液；所述二甲基硅油与油酸聚氧乙烯醚六酯的摩尔比为10∶0.01～10∶1；所述二甲基硅油与司盘60的摩尔比为5∶1～1∶1；所述二甲基硅油与吐温60的摩尔比为5∶1～1∶1；
(3)在表面活性乳液中加入水使乳液的活性浓度为50％，在88～92℃反应1～3h，得到乳液A；
(4)将羧甲基纤维素和水配成羧甲基纤维素质量浓度为1～10％的水溶液，在88～92℃反应0.5～1h，得到羧甲基纤维素增稠溶液；
(5)将乳液A、水和羧甲基纤维素增稠溶液混合后，使混合液中羧甲基纤维素含量占0.1～3％和有效成分含量占5～30％，在88～92℃反应1～3h，得到水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂；所述有效成分包括二甲基硅油、气相SiO2、油酸聚氧乙烯醚六酯、司盘60、吐温60和羧甲基纤维素。
2、根据权利要求1所述的水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂的合成方法，其特征在于：所述步骤(2)中的反应条件：在90℃反应0.5～1.0h。
3、根据权利要求1所述的水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂的合成方法，其特征在于：所述步骤(3)中的反应条件：在90℃反应1～3h。
4、根据权利要求1所述的水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂的合成方法，其特征在于：所述步骤(4)中的反应条件：在90℃反应0.5～1h。
5、根据权利要求1所述的水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂的合成方法，其特征在于：所述步骤(5)中的反应条件：在90℃反应1～3h。
6、一种水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂就是通过权利要求1所述的合成方法合成的。
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