CN101780384B - 一种聚醚改性硅氧烷的消泡组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚醚改性硅氧烷的消泡组合物，该消泡组合物以质量百分比计包括聚醚改性硅氧烷60-80％、二氧化硅颗粒10-20％、阴离子型表面活性剂2.5-4.0％、溶剂7.5-15％、助剂0-1.0％。把聚醚改性硅氧烷与二氧化硅颗粒预先混合均匀，再按比例加入表面活性剂、溶剂和助剂，在常温下搅拌30min得产品。本发明既具备消泡效率高、抑泡作用持久，又不会影响微生物发酵过程。
Description
技术领域
本发明涉及消泡组合物，具体涉及到一种聚醚改性硅氧烷的消泡组合物。
背景技术
众所周知，土霉素、四环素、庆大霉素、青霉素、泰乐菌素、黄原胶、衣糠酸等多种微生物发酵生产后期，由于需要补充大量新鲜无菌空气以促进菌体生长，供风量增加导致大量泡沫产生。大量泡沫的存在不仅使发酵罐内的实际可用体积大大减少影响了设备产能，而且还能影响发酵过程中微生物的新陈代谢过程引起产物不均现象，必须添加消泡剂进行消泡。
消泡剂根据消泡物质的不同，可分为聚醚型、有机硅氧烷型、长碳链醇型、矿物油型，而最常用的为有机硅类和聚醚类。其中有机硅消泡剂毒性低、用量少、破泡能力强等优点，但抑泡能力较差；聚醚类消泡剂的表面张力低，具备较强的亲水性因此抑泡能力强，但消泡能力弱。因此，通常在硅氧烷分子中引入亲水性的聚醚链段，使之同时具备消泡、抑泡持久的能力。
但通常的聚醚改性硅氧烷消泡剂用于发酵过程消泡时副作用也明显。因为消泡剂的表面能低张力在发酵液中快速铺展，导致发酵液小气泡壁的表面张力降低而发生破裂成大气泡，这使发酵过程中正常的气液界面新陈代谢过程受抑制，发酵时间延长。时间延长又会使发泡液的临界胶束浓度(CMC)发生改变，更多的消泡剂溶解在胶束当中而失去消泡作用。
发明内容
本发明的目的是：提供一种聚醚改性硅氧烷的消泡组合物，既具备消泡效率高、抑泡作用持久，又不会影响微生物发酵过程。
本发明的技术解决方案是该消泡组合物以质量百分比计包括聚醚改性硅氧烷60-80％、二氧化硅颗粒10-20％、阴离子型表面活性剂2.5-4.0％、溶剂7.5-15％和助剂0-1.0％。
所述聚醚改性硅氧烷为缩合物加到多羟基硅油中加聚反应的产物，结构式见(I)，
其中R1为环氧烷烃类、二醇类、二胺类加聚物中的一种，结构式见(II)、(III)、(IV)中的一种，m、n、k代表重复链段数，R1的摩尔质量为1000-8000，m、n值为5-16，k值为1-8，其中m/(m+n+k)为0.2-0.8；
其中，R2代表烷基硫酸盐、烷基脂肪酸盐、烷基甘油烷酸盐基团中的一种，烷基碳链的长度为C6-C22。
所述聚醚改性硅氧烷为环氧乙烷与环氧丙烷、二醇类或二胺类缩合。
所述聚醚改性硅氧烷(I)由三甲基硅氧烷封端的聚二甲基硅氧烷在密闭惰性气体保护的反应器中，添加适量的环氧乙烷与环氧丙烷、丙二醇或乙二胺反应而制得；为促进聚二甲基硅氧烷中的硅氢键与环氧键发生反应，可添加合适的催化剂及溶剂促进反应的进行；在反应初步完成时滴加适量的烷基硫酸盐并保持密闭2小时以上，最后通过分馏、萃取除去溶剂及催化剂，催化剂为氯铂酸，溶剂为异丙醇或甲苯。
所述聚醚改性硅氧烷(I)常温下的粘度在6,0000CS以上，其分子量为20000-120000，其中a值为60-400，b值为6-80。
所述二氧化硅颗粒为经疏水型处理的具有多孔性结构的亲水性二氧化硅颗粒，二氧化硅平均粒径为0.1-10μm，优选1-5μm，比表面积为150-400m2/g，震荡测试值为15-30min。
所述阴离子型表面活性剂是烷基磺酸盐、烷基磷酸酯、烷基乳酸盐、璜基丁二酸盐、酰基磺酸盐、烷基乙酸盐、烷基乙酸酯和烷基磺酸酯中的其中一种或几种。
所述溶剂为乙醇、异丙醇或40％的乙二胺四乙酸。
所述助剂为羟甲基纤维素钠、山梨糖醇油酸酯、十二烷基硫酸钠。
所述消泡组合物的制备方法是：把聚醚改性硅氧烷(I)与疏水化处理的二氧化硅颗粒预先混合均匀，再按比例加入表面活性剂、溶剂和助剂，在常温下搅拌30min得产品。
本发明的消泡组合物原料易得，制备工艺简单，消泡效率高，抑泡作用持久，又不会影响微生物发酵过程。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式列举，不应被视为仅限于所陈述的具体形式。
实施例1：
质量分数计，100份聚二甲基硅油(上海汇普工业化学)中，加入8份环氧乙烷、环氧丙烷与丙二醇缩合物(德国BASF公司PluronicL-62)，在密闭的真空反应器中搅拌，并加入0.01份的氯铂酸为催化剂，10份的异丙醇为溶剂，在室温下反应2小时，转移到分馏塔用活性炭去催化剂，在精馏柱中加热分馏得到聚醚改性硅氧烷(I)。
所述得到的聚醚改性硅氧烷(I)80份、10份的二氧化硅颗粒(美国Evonik公司R106)、2.5份的十二烷基苯磺酸钠、7.5份的乙醇，在常温下搅拌30min得产品，记为A-1。
实施例2：
质量分数计，100份聚二甲基硅油(美国Dow corning公司DC 350)中，加入4份环氧乙烷、环氧丙烷与乙二胺缩合物(德国BASF公司Tetronics)，在密闭的真空反应器中搅拌，并加入0.01份的氯铂酸为催化剂，10份的甲苯为溶剂，在室温下反应2小时，加入0.2份烷基乙氧基胺(阿克苏诺贝尔公司的Berol OX-91)，转移到分馏塔用活性炭去催化剂，在精馏柱中加热分馏得到聚醚改性硅氧烷(I)。
所得到的聚醚改性硅氧烷(I)60份、20份的二氧化硅颗粒(美国Evonik公司R106)、4.0份十二烷基磷酸钠、15份的乙醇、1.0份的羟甲基纤维素，在常温下搅拌30min得产品，记为A-2。
实施例3：
质量分数计，100份聚二甲基硅油(美国Dow corning公司DC 200)中，加入8份环氧乙烷、环氧丙烷缩合(美国Dow公司Tergitol 15-S)，在密闭的真空反应器中搅拌，并加入0.03份的氯铂酸为催化剂，10份的甲苯为溶剂，在室温下反应2小时，转移到分馏塔用活性炭去催化剂，在精馏柱中加热分馏得到聚醚改性硅氧烷(I)。
所得到的聚醚改性硅氧烷(I)70份、15份的二氧化硅颗粒(美国Evonik公司R106)、3.25份十八烷基乳酸钠、0.5份山梨糖醇油酸酯、11.25份的浓度为40％的乙二胺四乙酸钠溶液，在常温下搅拌30min得产品，记为A-3。
实施例4：
质量分数计，100份聚二甲基硅油(美国Dow corning公司DC 200)中，加入12份环氧乙烷、环氧丙烷缩合(美国Dow公司Tergitol15-S)，在密闭的真空反应器中搅拌，15份的异丙醇为溶剂，在室温下反应2小时，转移到分馏塔用活性炭去催化剂，在精馏柱中加热分馏得到聚醚改性硅氧烷(I)。
所得到的聚醚改性硅氧烷(I)65份、17份的二氧化硅颗粒(美国Evonik公司R106)、3.0份璜基丁二酸钠、1.0十二烷基硫酸钠、14份的浓度为40％的乙二胺四乙酸钠溶液，在常温下搅拌30min得产品，记为A-4。
实施例5：
质量分数计，100份聚二甲基硅油(美国Dow corning公司DC 350)中，加入12份环氧乙烷、环氧丙烷与乙二胺缩合物(德国BASF公司Tetronics)，在密闭的真空反应器中搅拌，并加入0.01份的氯铂碳为催化剂，10份的异丙醇为溶剂，在室温下反应2小时。转移到分馏塔用活性炭去催化剂，在精馏柱中加热分馏得到聚醚改性硅氧烷(I)。
所得到的聚醚改性硅氧烷(I)75份、12份的二氧化硅颗粒(美国Evonik公司R106)、3.5份酰基磺酸钠、8.5份异丙醇、1.0份的羟甲基纤维素，在常温下搅拌30min得产品，记为A-5。
实施例6：
质量分数计，100份聚二甲基硅油(美国Dow corning公司DC 350)中，加入12份环氧乙烷、环氧丙烷与乙二胺缩合物(德国BASF公司Tetronics)，在密闭的真空反应器中搅拌，并加入0.01份的氯铂碳为催化剂，10份的异丙醇为溶剂，在室温下反应2小时。转移到分馏塔用活性炭去催化剂，在精馏柱中加热分馏得到聚醚改性硅氧烷(I)。
所得到的聚醚改性硅氧烷(I)77份、10份的二氧化硅颗粒(美国Evonik公司R106)、2.5份十二烷基乙酸钠、10份异丙醇、0.5份的羟甲基纤维素，在常温下搅拌30min得产品，记为A-6。
实施例7：
质量分数计，100份聚二甲基硅油(美国Dow corning公司DC 200)中，加入8份环氧乙烷、环氧丙烷缩合(美国Dow公司Tergitol 15-S)，在密闭的真空反应器中搅拌，并加入0.03份的氯铂酸为催化剂，10份的甲苯为溶剂，在室温下反应2小时，转移到分馏塔用活性炭去催化剂，在精馏柱中加热分馏得到聚醚改性硅氧烷(I)。
所得到的聚醚改性硅氧烷(I)62份、18份的二氧化硅颗粒(美国Evonik公司R106)、4份十八烷基乙酸酯、1.0份山梨糖醇油酸酯、15份的浓度为40％的乙二胺四乙酸钠溶液，在常温下搅拌30min得产品，记为A-7。
实施例8：
质量分数计，100份聚二甲基硅油(美国Dow corning公司DC 350)中，加入4份环氧乙烷、环氧丙烷与乙二胺缩合物(德国BASF公司Tetronics)，在密闭的真空反应器中搅拌，并加入0.01份的氯铂酸为催化剂，10份的甲苯为溶剂，在室温下反应2小时，加入0.2份烷基乙氧基胺(阿克苏诺贝尔公司的Berol OX-91)，转移到分馏塔用活性炭去催化剂，在精馏柱中加热分馏得到聚醚改性硅氧烷(I)。
所得到的聚醚改性硅氧烷(I)67份、13份的二氧化硅颗粒(美国Evonik公司R106)、4.0份十二烷基磺酸酯、15份的乙醇、1.0份的羟甲基纤维素，在常温下搅拌30min得产品，记为A-8。
比较例1：
质量分数计，75份三甲基硅氧烷封端的聚二甲基硅氧烷(日本东洋油墨株式会社)、10份的二氧化硅颗粒(美国Evonik公司R106)、1.5份十二烷基硫酸钠、40％的乙二胺四乙酸钠13.5份后，在常温下搅拌30min得产品，记为C-1。
消泡组合物的效果评价：
将取自发酵厂的发酵液1000ml置入底部可充气的高为500mm量筒中，以5ml/min的速度在底部通入氮气，待气泡高度达100mm时，恒速滴入已用发酵液稀释成5％的消泡剂，消泡剂为实施例1-8和比较例1所得的，2min后记下高度H1；静置30min后，重新以5mm/min的速度在底部通入氮气，记下15min后的气泡高度，记高度为H2；H1值越小表示消泡能力越强，而H2值越小表示抑泡能力越好，结果见下表：
| H1 | H2 | |
| A-1 | 6.2mm | 4.2mm |
| A-2 | 8.0mm | 3.6mm |
| A-3 | 3.4mm | 4.5mm |
| A-4 | 5.4mm | 6.5mm |
| A-5 | 4.8mm | 4.2mm |
| A-6 | 3.7mm | 4.0mm |
| A-7 | 4.4mm | 5.4mm |
| A-8 | 5.9mm | 6.2mm |
| C-1 | 24.2mm | 12.3mm |
由表可见，本发明组合物较常用的硅氧烷消泡剂具有非常优良的消泡、抑泡能力。
Claims (8)
1.一种聚醚改性硅氧烷的消泡组合物，其特征在于：该消泡组合物以质量百分比计包括聚醚改性硅氧烷60-80％、二氧化硅颗粒10-20％、阴离子型表面活性剂2.5-4.0％、溶剂7.5-15％和助剂0-1.0％；所述的溶剂为乙醇、异丙醇或质量浓度40％的乙二胺四乙酸；所述的助剂为羟甲基纤维素钠、山梨糖醇油酸酯或十二烷基硫酸钠。
2.根据权利要求1所述的一种聚醚改性硅氧烷的消泡组合物，其特征在于：所述聚醚改性硅氧烷为缩合物加到多羟基硅油中加聚反应的产物，结构式见(I)；
其中R1为环氧烷烃类、二醇类、二胺类加聚物中的一种，结构式见(II)、(III)、(IV)，m、n、k代表重复链段数，R1的摩尔质量为1000-8000，m、n值为5-16，k值为1-8，其中m/(m+n+k)为0.2-0.8；
其中，R2代表烷基硫酸盐、烷基脂肪酸盐、烷基甘油烷酸盐基团中的一种，烷基碳链的长度为C6-C22；其中a值为60-400，b值为6-80。
3.根据权利要求2所述的一种聚醚改性硅氧烷的消泡组合物，其特征在于：所述的聚醚改性硅氧烷为环氧乙烷与环氧丙烷、二醇类或二胺类缩合；所述聚醚改性硅氧烷(I)由三甲基硅氧烷封端的聚二甲基硅氧烷在密闭惰性气体保护的反应器中，添加环氧乙烷与环氧丙烷、丙二醇或乙二胺反应而制得；可添加合适的催化剂及溶剂促进反应的进行，催化剂为氯铂酸，溶剂为异丙醇或甲苯；在反应初步完成时滴加烷基硫酸盐并保持密闭2小时以上，最后通过分馏、萃取除去溶剂及催化剂。
4.根据权利要求2所述的一种聚醚改性硅氧烷的消泡组合物，其特征在于：所述聚醚改性硅氧烷(I)常温下的粘度在6,0000CS以上，其分子量为20000-120000。
5.根据权利要求1所述的一种聚醚改性硅氧烷的消泡组合物，其特征在于：所述的二氧化硅颗粒为经疏水型处理的具有多孔性结构的亲水性二氧化硅颗粒，二氧化硅平均粒径为0.1-10μm，比表面积为150-400m2/g，震荡测试值为15-30min。
6.根据权利要求5所述的一种聚醚改性硅氧烷的消泡组合物，其特征在于：二氧化硅平均粒径为1-5μm。
7.根据权利要求1所述的一种聚醚改性硅氧烷的消泡组合物，其特征在于：所述的阴离子型表面活性剂是烷基磺酸盐、烷基磷酸酯、烷基乳酸盐、璜基丁二酸盐、酰基磺酸盐、烷基乙酸盐、烷基乙酸酯和烷基磺酸酯中的其中一种或几种。
8.根据权利要求1、3或5所述的一种聚醚改性硅氧烷的消泡组合物，其特征在于：所述的消泡组合物的制备方法是：把聚醚改性硅氧烷与二氧化硅颗粒预先混合均匀，再按比例加入表面活性剂、溶剂和助剂，在常温下搅拌30min得产品。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20100721 Assignee: Jiangsu Saiou Xinyue Group Co.,Ltd. Assignor: JIANGSU SAIOUXINYUE DEFOAMER Co.,Ltd. Contract record no.: X2021980014065 Denomination of invention: Defoaming composition of polyether modified siloxane Granted publication date: 20121121 License type: Common License Record date: 20211208 |