CN107126729B - 一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂及其制备方法，所述氧化石墨烯改性有机硅消泡剂包括以下组分，按质量份数计：30‑60份的有机硅油，3‑6份的疏水白炭黑，5.05‑10.1份的氧化石墨烯改性有机硅油，8‑10份的复合乳化剂，0.1‑0.5份的偶联剂，0.2‑0.5份的增稠剂，0.2‑0.5份的防腐剂，120‑150份的去离子水。本发明制备的氧化石墨烯改性有机硅消泡剂既能发挥有机硅消泡剂消泡快、稳定、低表面张力等特点，也具备氧化石墨烯耐高温、耐酸碱、亲水性等优点，能广泛应用在印染、油墨、涂料、造纸等行业。

Description

一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂及其制备方法

技术领域

本发明属于精细化工产品技术领域，特别涉及到一种高性能有机硅消泡剂的制备方法。

背景技术

随着科学技术的高速发展，工业上涉及搅拌的行业均会伴随泡沫的产生，如造纸、油墨、涂料、发酵、印染等行业。泡沫是气体在液体中的粗分散相，一方面会使工业生产能力大大受到限制；另一方面会造成原料和产品的浪费，影响产品的质量和性能。工业上通常选择往反应体系中加入消泡剂来消除和抑制泡沫的产生。

消泡剂主要分为矿物油类、有机硅类和聚醚类，而这3类消泡剂在某种程度上存在以下缺陷：

（1）聚醚类消泡剂的消泡性能和抑制泡沫产生性能与有机硅类消泡剂相比较差，但其毒性小，且能耐高温、耐酸碱；

（2）有机硅消泡剂的消泡性能和抑泡泡沫产生性能较好，但其不耐高温，不耐酸碱；

（3）矿物类油消泡剂的各项性能介于聚醚类消泡剂与有机硅消泡剂之间，但其价格较高。

因此，开发一种价格适中的消泡剂，使其既可以发挥有机硅消泡剂消泡快、表面张力低、稳定的特点；也能发挥聚醚类消泡剂耐酸碱、耐高温的特点，是该行业目前亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂，该消泡剂不仅具有氧化石墨烯耐高温、耐酸碱、亲水等性能，还能增强消泡剂的消泡性能和抑制泡沫产生性能，同时提供这种消泡剂的制备方法。

本发明采用的技术方案为：

一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂，其原料按重量份数计如下：

有机硅油 30-60份

疏水白炭黑 3-6份

氧化石墨烯改性有机硅油 5.05-10.1份

复合乳化剂 8-10份

偶联剂 0.1-0.5份

增稠剂 0.2-0.5份

防腐剂 0.2-0.5份

去离子水 120-150份。

其中，所述的有机硅油为含氢硅油、甲基硅油、二甲基硅油、苯甲基硅油中的一种或几种。

其中，所述的有机硅油在25 ℃下的粘度为500 -12500 cps。

其中，所述的氧化石墨烯采用Hummers法制备，原料为325目的鳞片石墨，氧化石墨烯的粒径为5-20um。

其中，所述的复合乳化剂由失水山梨糖醇脂肪酸酯和失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚组成，亲水亲油平衡值为9-10。

其中，所述的偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH580中的一种或几种。

其中，所述的增稠剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或几种。

其中，所述的防腐剂为苯甲酸钠和/或凯松。

该氧化石墨烯改性有机硅消泡剂的制备方法包含以下步骤：

A、将有机硅油和疏水白炭黑在120~150 ℃下回流反应3-5 h，得到白色粘稠的硅膏；

B、将氧化石墨烯和有机硅油混合后在5000-8000 r/min下剪切均质反应后得到氧化石墨烯改性硅油；

C、将硅膏和氧化石墨烯改性硅油混合后在5000-8000 r/min下剪切20-60 min；

D、加入复合乳化剂，在40-50 ℃、5000-8000 r/min下剪切15-30 min；

E、缓慢加入去离子水，5000-8000 r/min下高速剪切60-90 min；

F、加入偶联剂、增稠剂和防腐剂，2000-3000 r/min下剪切分散均匀，得到氧化石墨烯改性有机硅消泡剂。

本发明采用Hummers法制备的氧化石墨烯来改性有机硅油，原料为325目的鳞片石墨，将氧化石墨烯表面的含氧官能团与有机硅油反应，氧化石墨烯独特的微米级片状结构，使得吸附在氧化石墨烯表面的有机硅像一张网铺在泡沫体系中，由此得到的消泡剂既能发挥有机硅消泡剂消泡快、稳定、低表面张力等特点，也具备氧化石墨烯耐高温、耐酸碱、亲水性等优点，且价格适中，能广泛应用在印染、油墨、涂料、造纸等行业。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

实施例1

一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂，包括以下组分，按质量份数计：二甲基硅油30份、疏水白炭黑3份、氧化石墨烯改性有机硅油5.05份、失水山梨糖醇脂肪酸酯和失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚共8份、KH550 0.1份、羟丙基纤维素0.2份、苯甲酸钠0.2份、去离子水120份。

制备方法

取5000 cps的二甲基硅油30份与3份的疏水白炭黑在120 ℃下回流反应3 h，得到白色粘状的改性硅膏；将1000 cps的含氢硅油5份和0.05份氧化石墨烯在5000 r/min下高速剪切混合均匀得到氧化石墨烯改性硅油，并与改性硅膏混合，在5000 r/min下剪切分散30 min后加入8份失水山梨糖醇脂肪酸酯和失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，在5000 r/min下剪切分散15 min；缓慢加入120份的去离子水，在8000 r/min下剪切分散60 min，最后加入0.1份KH550、0.2份羟丙基纤维素和0.2份苯甲酸钠，在2000 r/min下剪切分散均匀，得到氧化石墨烯改性有机硅消泡剂。

实施例2

一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂，包括以下组分，按质量份数计：甲基硅油50份、疏水白炭黑5份、氧化石墨烯改性有机硅油10.1份、失水山梨糖醇脂肪酸酯和失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚共9份、KH560 0.1份、羟甲基纤维素0.2份、凯松0.2份、去离子水130份。

制备方法

取6000 cps的甲基硅油50份与5份的疏水白炭黑在130 ℃下回流反应4 h，得到白色粘状的改性硅膏；将1000 cps的含氢硅油10份和0.1份氧化石墨烯在6000 r/min下高速剪切混合均匀得到氧化石墨烯改性硅油，并与改性硅膏混合，在6000 r/min下剪切分散40min后加入9份失水山梨糖醇脂肪酸酯和失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，在6000 r/min下剪切分散20 min；缓慢加入130份的去离子水，在6000 r/min下剪切分散70min，最后加入0.1份KH560、0.2份羟甲基纤维素和0.2份凯松，在3000 r/min下剪切分散均匀，得到氧化石墨烯改性有机硅消泡剂。

实施例3

一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂，包括以下组分，按质量份数计：苯甲基硅油60份、疏水白炭黑6份、氧化石墨烯改性有机硅油10.1份、失水山梨糖醇脂肪酸酯和失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚共10份、KH580 0.2份、羟乙基纤维素0.3份、凯松0.4份、去离子水150份。

制备方法

取10000 cps粘度的苯甲基硅油60份与6份的疏水白炭黑在150 ℃下回流反应5h，得到白色粘状的改性硅膏；将1000 cps的含氢硅油10份和0.1份氧化石墨烯在8000 r/min下高速剪切混合均匀得到氧化石墨烯改性硅油，并与改性硅膏混合，在8000 r/min下剪切分散60 min，加入10份失水山梨糖醇脂肪酸酯和失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，在8000 r/min下剪切分散30min；接着缓慢加入150份的去离子水，在8000 r/min下剪切分散90 min，最后加入0.2份的KH580、0.3份的羟乙基纤维素和0.4份的凯松，在3000 r/min下剪切分散均匀，得到氧化石墨烯改性有机硅消泡剂。

对比例1

取5000 cps的二甲基硅油30份与3份的疏水白炭黑在120 ℃下回流反应3 h，得到白色粘状的改性硅膏；将1000 cps的含氢硅油5份与改性硅膏混合后在5000 r/min下剪切分散30 min，加入 8份失水山梨糖醇脂肪酸酯和失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，在5000r/min下剪切分散15 min；缓慢加入120份的去离子水，在8000 r/min下剪切分散60 min，最后加入0.1份的KH550、0.2份的羟丙基纤维素和0.2份的苯甲酸钠，在2000 r/min下剪切分散均匀，得到改性有机硅消泡剂。

性能测定

（1）消泡性能的测试

室温下，将25 mL、2 wt%的十二烷基苯磺酸钠水溶液倒入100 mL的量筒中，上下震荡多次，使发泡液高度达到100 mL处。加入发泡液0.1wt%含量的消泡剂，并启动秒表到泡沫完全消失后停，时间越短，消泡剂的消泡性能越好，重复实验三次，取平均值。

（2）抑泡性能的测试

室温下，在1 L量筒中加入100 mL、2 wt%的十二烷基苯磺酸钠水溶液，并加入发泡液0.1wt%含量的消泡剂。往发泡液中通入氮气，记录泡沫到达300 mL刻度的时间，时间越长，抑泡性能越好。重复实验三次，取平均值。

（3）水分散性能的测试

取0.5 g消泡剂加入到100 mL的水中，搅拌均匀，观察消泡剂在水中的分散情况，若无分层、无飘油，则证明消泡剂的性能良好。

（4）耐酸碱性能的测试

分别取0.5g消泡剂加入到100 mL、pH=3的盐酸溶液中和100 mL、pH=12的氢氧化钠溶液中，观察消泡剂的耐酸碱情况，若无漂油，则证明耐酸碱性良好。

（5）耐高温性能的测试

取0.5 g消泡剂加入到100 mL的水中，60 ℃下静置，观察消泡剂的耐高温情况，如无漂油，则证明耐高温性良好。

（6）离心稳定性的测试

取0.5g消泡剂加入到100 mL的水中，搅拌均匀，在3000 r/min下离心5 min，观察消泡剂的离心稳定性，如无分层，则证明离心稳定性良好。

（7）测试结果如下表

消泡剂类型

消泡时间/秒

抑泡时间/秒

水分散性

耐酸碱性

耐高温性

离心稳定性

实施例1

16.4

30.2

未漂油

未漂油

未漂油

未分层

实施例2

14.3

35.5

未漂油

未漂油

未漂油

未分层

实施例3

9.7

42.7

未漂油

未漂油

未漂油

未分层

对比例1

21.2

21.2

未漂油

漂油

漂油

未分层

Claims (9)

1.一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂，其特征在于，其原料按重量份数计如下：有机硅油30-60份；

疏水白炭黑3-6份；

氧化石墨烯改性有机硅油5.05-10.1份；

复合乳化剂8-10份；

偶联剂0.1-0.5份；

增稠剂0.2-0.5份；

防腐剂0.2-0.5份；

去离子水120-150份。

2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂，其特征在于：所述有机硅油为含氢硅油、甲基硅油、二甲基硅油、苯甲基硅油中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂，其特征在于：所述有机硅油在25 ℃下的粘度为500 -12500 cps。

4.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂，其特征在于：氧化石墨烯的粒径为5-20um。

5.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂，其特征在于：复合乳化剂由失水山梨糖醇脂肪酸酯和失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚组成，亲水亲油平衡值为9-10。

6.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂，其特征在于：偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH580中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂，其特征在于：增稠剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯改性有机硅消泡剂，其特征在于：防腐剂为苯甲酸钠和/或凯松。

9.一种如权利要求1所述的氧化石墨烯改性有机硅消泡剂的制备方法，其特征在于包含以下步骤：按权利要求1 所述的原料重量份，

A、将有机硅油和疏水白炭黑在120-150 ℃下回流反应3-5 h，得到白色粘稠的硅膏；

B、将氧化石墨烯和有机硅油混合后在5000-8000 r/min下剪切均质反应后得到氧化石墨烯改性硅油；

C、将硅膏和氧化石墨烯改性硅油混合后在5000-8000 r/min下剪切20-60 min；

D、加入复合乳化剂，在40-50 ℃、5000-8000 r/min下剪切15-30 min；

E、缓慢加入去离子水，5000-8000 r/min下高速剪切60-90 min；

F、加入偶联剂、增稠剂和防腐剂，2000-3000 r/min下剪切分散均匀，得到氧化石墨烯改性有机硅消泡剂。