CN108659500B - 一种非反应型聚醚改性硅油的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种采用非共价作用制备用于消泡剂生产的聚醚改性聚硅氧烷的方法。该方法根据聚醚和硅油的分子结构特点，通过添加偶联剂，采用非共价作用力(分子间氢键、静电作用、范德华力等)的方式将聚醚及硅油进行结合，从而有效解决了传统消泡体系中聚醚与硅油两类消泡剂由于无法均一稳定存在而导致消泡效果较差的问题，同时该方法避免了传统制备聚醚改性聚硅氧烷时，需对硅油氢化处理后再催化反应制备的苛刻条件。通过消泡试验测试，该方法制备的聚醚改性聚硅氧烷的消泡效果良好。步骤简单、操作方便、实用性强。

Description

一种非反应型聚醚改性硅油的制备方法
技术领域
本发明属于消泡剂生产技术领域，特别是涉及一种新型消泡剂生产用原料的制备方法。
背景技术
消泡剂作为重要的“工业味精”之一，在化工生产、生物发酵、污水处理等众多行业中均有着广泛的应用。随着社会发展对相关行业节能降耗、环境友好等方面的要求不断提高，也对消泡剂的消泡性能、体系配伍性、环境友好性等方面均提出了更高的要求。在传统聚醚型和有机硅型消泡剂的基础上，兼具二者优势性能的聚醚改性聚硅氧烷型消泡剂逐渐发展起来。通过聚醚接枝改性，使聚醚链段的亲水性和聚硅氧烷链段的疏水性在一个聚合物分子上得到了体现，使消泡剂在水体系中实现自乳化，稳定性提高，同时具有持久的消泡效果，在消泡时间和抑泡时间上均优于聚醚消泡剂和有机硅消泡剂。
然而，目前对于聚醚改性聚硅氧烷的制备均为反应型，即采用含氢硅油和不同类型的聚醚在催化剂作用下，实现聚醚对聚硅氧烷的改性。因此，该类方法就涉及到对催化剂种类、催化剂用量、反应时间、温度、投料方式、聚醚端基结构等因素的优化，不仅对于分子结构的涉及、生产、操作均提出了较高要求，并且由于反应的发生导致了聚醚链段和硅油链段的部分改变，必然影响到其消抑泡性能。
因此，迫切需要寻找一种更有效的、新型聚醚改性聚硅氧烷型消泡剂的制备方法。
发明内容
为了克服上述不足，本发明系统研究了聚醚与聚硅氧烷分子的非共价键连接方式，经过大规模实验发现：通过偶联剂将聚醚结构与聚硅氧烷结构的有效结合，可在不改变聚醚以及聚硅氧烷分子结构的前提下，充分利用两类分子中的官能团可能形成的非共价分子间作用力，比如范德华力、分子间氢键、静电作用力等，将两种分子有机结合在一起，实现二者在消泡体系中的稳定存在，同时二者可在消泡体系中随着增溶现象的发生、条件的改变，使二者结合在一起的分子间作用力被缓慢破坏而得到缓慢释放，从而各自发挥其消抑泡性能上的优势。通过消泡性能测试，通过本方法制备的聚醚改性聚硅氧烷消泡性能优异(详见消泡性能测试部分)。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的目的之一是提供了一种非共价作用制备聚醚改性聚硅氧烷的方法，包括：
a.将组分Ⅰ溶解在溶剂Ⅰ中；
b.将一定量的偶联剂溶解于上述溶剂Ⅰ中；
c.将组分Ⅱ溶解在上述溶剂Ⅰ，混合均匀，得澄清透明的混合溶液；
d.将上述混合溶液中的溶剂Ⅰ脱除，即得聚醚改性聚硅氧烷；
其中，组分Ⅰ、组分Ⅱ为聚醚型消泡剂或有机硅型消泡剂，组分Ⅰ、组分Ⅱ属于不同的消泡剂类型。
优选的，所述偶联剂为丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。
优选的，所述组分Ⅰ溶解在溶剂Ⅰ后，其质量浓度为30％-60％。
优选的，所述偶联剂的加入量为组分Ⅰ质量的3％-10％。
优选的，所述聚醚型消泡剂为聚氧丙烯氧乙烯甘油醚或聚氧丙烯甘油醚。
优选的，所述有机硅型消泡剂为聚二甲基硅氧烷或聚二乙基硅氧烷或聚二苯基硅氧烷或聚二羟基硅氧烷。
优选的，所述溶剂Ⅰ为低碳醇、脂肪烃、芳香烃类溶剂中的至少一种。
优选的，溶剂Ⅰ的脱除方法为减压蒸馏。
本发明的目的之二是提供了任一上述的方法制备的聚醚改性聚硅氧烷。
本发明的目的之三是提供了上述的聚醚改性聚硅氧烷在化工生产、生物发酵、污水处理中作为消泡剂的应用。
本发明的有益效果
(1)与现有技术相比，本发明采用温和的方法，通过分子间作用力等非共价作用力实现了聚醚结构与聚硅氧烷结构的有效结合，且达到了传统共价作用方式进行聚醚改性聚硅氧烷结构的性能要求，在稳定性、均一性等方面取得了令人满意的效果，尤其是达到了消泡剂生产和使用的基本要求。本发明的方法无需高温高压反应，常温常压下即可完成，操作简单，过程安全可靠，重现性好，是理想的工业化生产工艺方法。
(2)本发明制备方法简单、消泡效率高、实用性强，易于推广。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本方法的制备路线图解。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中，聚醚改性聚硅氧烷的制备均为反应型，对生产、操作均提出了较高要求，并且由于反应的发生导致了聚醚链段和硅油链段的部分改变，影响到其消抑泡性能，为了解决上述问题，本发明提供一种非反应型聚醚改性硅油的制备方法。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的说明。
实施例1：
由以下步骤实现：⑴将3.6公斤聚氧丙烯氧乙烯甘油醚溶于7公斤辛醇中，搅拌均匀后再加入0.3公斤的烷基酚聚氧乙烯醚，完全溶解后，在缓慢搅拌下加入聚二甲基硅氧烷2.7公斤，控制速度在不分层的状态下缓慢加入，全部组分加入后，搅拌3小时，直到由乳液变为澄清透明为止。然后将该混合物转移至减压蒸馏釜中，升温至60℃，蒸除溶剂辛醇，剩余组分即为所求产品。该产品是以聚醚类和有机硅类为主的复配产品，既解决了聚醚类产品分散不均一的问题，又解决了有机硅类产品抑泡不理想的问题，实现了消泡-抑泡效果最佳的有机助剂的研制。
实施例2：
由以下步骤实现：⑴将2.8公斤聚氧丙烯氧乙烯甘油醚溶于8公斤正戊醇中，搅拌均匀后再加入0.2公斤的丙烯酸酯，完全溶解后，在缓慢搅拌下加入聚二甲基硅氧烷2.4公斤，控制速度在不分层的状态下缓慢加入，全部组分加入后，搅拌2.5小时，直到由乳液泡沫液变为澄清透明为止。然后将该混合物转移至减压蒸馏釜中，升温至60℃，蒸除溶剂正戊醇，剩余组分即为所求产品。该产品是以聚醚类和有机硅类为主的复配产品，既解决了聚醚类产品分散不均一的问题，又解决了有机硅类产品抑泡不理想的问题，实现了消泡-抑泡效果最佳的有机助剂的研制。
实施例3：
由以下步骤实现：⑴将3.3公斤聚氧丙烯氧乙烯甘油醚溶于6公斤庚醇中，搅拌均匀后再加入0.2公斤的甲基丙烯酸酯，完全溶解后，在缓慢搅拌下加入聚氧丙烯氧乙烯季戊四醇醚3公斤，控制速度在不分层的状态下缓慢加入，全部组分加入后，搅拌4小时，直到由乳液泡沫液变为澄清透明为止。然后将该混合物转移至减压蒸馏釜中，升温至60℃，蒸除溶剂庚醇，剩余组分即为所求产品。该产品是以聚醚类为主的复配产品，两类聚醚产品的复配，提高了消泡和抑泡效率，并将适用范围扩大，能够更广泛的用于生物发酵、造纸业、水处理、化工生产等行业。
实施例4(自制聚醚改性聚硅氧烷)
2.0Kg含氢硅油、2.3Kg烯丙基聚醚，搅拌升温至90℃～100℃，在10g氯铂酸催化下反应2h，即得到无色透明状产物聚醚改性聚硅氧烷。
消泡性能评价实验
1)起泡液制备
1000ml烧杯中加清水700g，再依次加入豆粉18g、玉米粉12g，开启加热至沸至溶液表面没有大量密集气泡生成后自然降温至溶液不再分层(期间需用玻璃棒搅拌)，取上层清液于干净的烧杯中，备用。
2)试样的制备
取试样0.5g，加蒸馏水至100g，搅拌均匀后待用。
3)性能检测
安装好起泡管，打开氮气钢瓶的阀门通气，同时调节转子流量计至示数稳定在50ml每分钟左右，加入起泡液100ml，待起泡高度达到30厘米的左右后，加入5ml待测试样，同时启动秒表记录数据，观察液面下降高度及记录对应下落时间，待气泡完全消失后，继续观察液面1小时，看是液面否起泡，如果起泡，观察起泡高度的变化及对应起泡的时间。
4)测试结果：
以实施例1的产品作为试样：
高度/cm 28 24 22 18 16 14 12 10 8
时间/s 2.75 3.78 4.71 6.50 7.28 8.25 9.00 9.75 10.20
以实施例2的产品作为试样：
高度/cm 28 24 22 18 16 14 12 10 8
时间/s 2.68 3.63 4.65 6.31 7.33 8.16 9.00 9.29 10.08
以实施例3的产品作为试样：
高度/cm 28 24 22 18 16 14 12 10 8
时间/s 2.73 3.81 4.81 6.49 7.26 8.28 9.13 9.28 10.31
以实施例4(自制反应型聚醚改性硅油)的产品为试样
高度/cm 28 24 22 18 16 14 12 10 8
时间/s 2.83 4.01 4.91 7.00 7.68 8.85 10.00 11.75 12.20
实验结果表明，实施例中得到的样品消泡时间要低于传统反应型制备的样品，证明本工艺制备的非反应型聚醚改性硅油具有较好的消泡性能。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种非共价作用制备聚醚改性聚硅氧烷的方法，其特征在于，包括：
由以下步骤实现：将3.6公斤聚氧丙烯氧乙烯甘油醚溶于7公斤辛醇中，搅拌均匀后再加入0.3公斤的烷基酚聚氧乙烯醚，完全溶解后，在缓慢搅拌下加入聚二甲基硅氧烷2.7公斤，控制速度在不分层的状态下缓慢加入，全部组分加入后，搅拌3小时，直到由乳液变为澄清透明为止；然后将该混合物转移至减压蒸馏釜中，升温至60℃，蒸除溶剂辛醇，剩余组分即为所求产品；该产品是以聚醚类和有机硅类为主的复配产品，既解决了聚醚类产品分散不均一的问题，又解决了有机硅类产品抑泡不理想的问题，实现了消泡-抑泡效果最佳的有机助剂的研制；
或：
由以下步骤实现：将2.8公斤聚氧丙烯氧乙烯甘油醚溶于8公斤正戊醇中，搅拌均匀后再加入0.2公斤的丙烯酸酯，完全溶解后，在缓慢搅拌下加入聚二甲基硅氧烷2.4公斤，控制速度在不分层的状态下缓慢加入，全部组分加入后，搅拌2.5小时，直到由乳液泡沫液变为澄清透明为止；然后将该混合物转移至减压蒸馏釜中，升温至60℃，蒸除溶剂正戊醇，剩余组分即为所求产品；该产品是以聚醚类和有机硅类为主的复配产品，既解决了聚醚类产品分散不均一的问题，又解决了有机硅类产品抑泡不理想的问题，实现了消泡-抑泡效果最佳的有机助剂的研制。
2.权利要求1所述非共价作用制备聚醚改性聚硅氧烷的方法制备的聚醚改性聚硅氧烷。
3.权利要求2所述非共价作用制备聚醚改性聚硅氧烷的方法制备的聚醚改性聚硅氧烷在化工生产、生物发酵、污水处理中作为消泡剂的应用。
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