CN111514619A - 一种水基泡沫控制剂及其制备方法 - Google Patents

一种水基泡沫控制剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水基泡沫控制剂，包括：(a)高级脂肪醇；(b)二氧化硅；(c)聚醚；(d)催化剂；(e)增效剂；(f)乳化剂和(g)水。通过化学反应让二氧化硅表面的羟基和聚醚、高级脂肪醇末端的羟基发生脱水反应，形成新的消泡物质，并借助增效剂复合增效，形成乳液得到水基泡沫控制剂，其具有消泡速度快、抑泡性能好、安全、稳定等优点。该水基泡沫控制剂在污水处理、垃圾渗滤液、海水淡化方面均具备较好的性能，还可用于建筑涂料、电路板清洗和造纸涂布等加工工序中。本发明还提供了一种水基泡沫控制剂的制备方法。

Description

一种水基泡沫控制剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及泡沫控制剂技术领域，尤其涉及一种水基泡沫控制剂及其制备方法。
背景技术
泡沫控制剂是一种助剂，其功能是消除在生产过程中物料形成的泡沫。在各种泡沫控制剂中，有机硅泡沫控制剂居多。有机硅泡沫控制剂是一种白色粘稠的乳液，从60年代起就用于各工业领域，但大规模和全面的快速发展是从80年代开始的。作为有机硅泡沫控制剂，其应用领域也十分广泛，越来越受到各行各业的重视。在化工、造纸、涂料、食品、纺织、制药等工业部门有机硅泡沫控制剂是生产过程中不可缺少的，它能够除去生产过程工艺介质液面上的泡沫，从而改善过滤、洗涤、萃取、蒸馏、蒸发、脱水、干燥等工艺过程的分离、气化、排液等效果，确保各类物料盛装、处理容器的容量。
虽然有机硅泡沫控制剂在污水处理中的消泡和抑泡功能是其他类型的泡沫控制剂无法比拟的，但考虑污水排放的COD指标作为重要的指标时，此时人们一般不把有机硅泡沫控制剂作为首选，而是选择生物降解容易的非有机硅泡沫控制剂，非有机硅泡沫控制剂经生物降解后，污水排放的COD较低。然而，非有机硅泡沫控制剂的消泡和抑泡效果还比较弱，有很大的提升空间。
对此，有必要开发一种具有良好的消泡和抑泡效果的水基泡沫控制剂来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种水基泡沫控制剂，属于非有机硅泡沫控制剂，具有较低的COD，且具有优异的消泡和抑泡效果。
本发明的目的之二是提供一种水基泡沫控制剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种水基泡沫控制剂，包括：
(a)高级脂肪醇，其为碳原子数为6～30的长链一元脂肪醇；
(b)二氧化硅，其为亲水型的沉淀法或气相法二氧化硅；
(c)聚醚，其结构通式如下：RO(EO)a(PO)bH，
其中，a为1～20，b为15～50，ROH为所述聚醚的起始剂，R选自烷基、芳基和烯烃中的一种；
(d)催化剂，其为碱性金属的氢氧化物；
(e)增效剂，其为封端后的高碳醇聚醚，结构通式如下：R1O(EO)c(PO)dR2，
其中，c为1～20，d为10～50，R1OH为聚醚的起始剂，R1为碳原子数为6～30的一元脂肪醇，R2为封端基团，R2选自酯基和烷基中的一种；
(f)乳化剂；和
(g)水。
与现有技术相比，本发明的水基泡沫控制剂，包括高级脂肪醇、二氧化硅、聚醚、催化剂、增效剂、乳化剂和水，通过化学反应让二氧化硅表面的羟基和聚醚、高级脂肪醇末端的羟基发生脱水反应，形成新的消泡物质，且该消泡物质和增效剂复合增效，形成乳液，具有消泡速度快、抑泡性能好、安全、稳定等优点。该泡沫控制剂在污水处理、垃圾渗滤液、海水淡化方面均具备较好的性能，还可用于建筑涂料、电路板清洗和造纸涂布等加工工序中。
相应地，本发明还提供了一种上述水基泡沫控制剂的制备方法，包括：
(1)于第一容器中依次加入高级脂肪醇、聚醚和二氧化硅，控制转速在500～1000rpm之间，升高温度为100～200℃，加入催化剂，保温反应5～10h，得到组合物A；
(2)于第二容器中加入组合物A、增效剂和乳化剂，以1000～3000rpm的转速分散1～2h，然后向其中加水，水加完后再通过均质机匀化，均质机的压力控制在0.05～2MPa。
具体实施方式
本发明提供了一种水基泡沫控制剂，包括：
(a)高级脂肪醇，其为碳原子数为6～30的长链一元脂肪醇；
(b)二氧化硅，其为亲水型的沉淀法或气相法二氧化硅；
(c)聚醚，其结构通式如下：RO(EO)a(PO)bH，
其中，a为1～20，b为15～50，ROH为所述聚醚的起始剂，R选自烷基、芳基和烯烃中的一种；
(d)催化剂，其为碱性金属的氢氧化物；
(e)增效剂，其为封端后的高碳醇聚醚，结构通式如下：R1O(EO)c(PO)dR2，其中，c为1～20，d为10～50，R1OH为聚醚的起始剂，R1为碳原子数为6～30的一元脂肪醇，R2为封端基团，R2选自酯基和烷基中的一种；
(f)乳化剂；和
(g)水。
较佳地，按照质量百分数计，高级脂肪醇的用量为10～30％；二氧化硅的用量为0.1～5％；聚醚的用量为15～40％；催化剂的用量为0.5～1％；增效剂的用量为10～50％；乳化剂的用量为10～20％。上述物质的质量总和为100％，为了得到不同固含量的乳液，根据实际情况添加水的含量。
较佳地，所述高级脂肪醇选自己醇、辛醇、异辛醇、癸醇、十二碳醇、异构十三醇、十四碳醇、十六碳醇、十八碳醇、二十碳醇、异构二十醇、二十二碳醇、二十四碳醇、二十六碳醇、二十八碳醇和三十碳醇的至少一种。
较佳地，二氧化硅既可以采用亲水型的沉淀法二氧化硅，也可采用亲水型的气相法二氧化硅。进一步，二氧化硅的平均粒径控制在0.3～10μm。更进一步，所述二氧化硅的比表面积(BET)为80～500m2/g。
较佳地，组分(c)中，聚醚的结构通式如下：RO(EO)a(PO)bH，PO指环氧丙烷，EO指环氧乙烷。
当R选自烷基时，烷基选自乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、正己基、正辛基、异辛基、正癸基和碳原子数为12～20的正烷基中的一种；
当R选自芳基时，芳基选自苯基、苯甲基、烷基苯基中的一种；
当R选自烯烃时，烯烃选自烯丙基、1-烯丁基中的一种。
较佳地，所述催化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯中的一种。
较佳地，组分(e)中，增效剂的结构通式如下：R1O(EO)c(PO)dR2，R2为封端基团，R2选自酯基和烷基中的一种。
当R2选自酯基时，酯基的结构通式为R3CO－，R3为碳原子数为11～17的脂肪酸中的碳氢基团，脂肪酸选自月桂酸、棕榈酸、油酸和硬脂酸中的一种；
当R2选自烷基时，烷基选自甲基、乙基、丙基、异丙基、叔丁基、正丁基中的一种。
较佳地，所述乳化剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、失水山梨醇脂肪酸酯、失水山梨醇聚氧乙烯醚脂肪酸酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、烷基苯磺酸钠盐、十二烷基硫酸钠、甘油单脂肪酸酯、甘油二脂肪酸酯、甘油三脂肪酸酯、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和脂肪醇聚氧丙烯醚中的至少一种。
较佳地，为了保证水基泡沫控制剂乳液长期的储存性，除了上述组成物质之外，还可以向乳液加入增稠剂、防腐剂等助剂。
较佳地，水可选自自来水、纯净水、过滤水和干净的工业水中的一种。
相应地，本发明还提供了一种水基泡沫控制剂的制备方法，包括：
(1)于第一容器中依次加入高级脂肪醇、聚醚和二氧化硅，控制转速在500～1000rpm之间，升高温度为100～200℃，加入催化剂，保温反应5～10h，得到组合物A；
(2)于第二容器中加入组合物A、增效剂和乳化剂，以1000～3000rpm的转速分散1～2h，然后向其中加水，水加完后再通过均质机匀化，均质机的压力控制在0.05～2MPa。
较佳地，步骤2)中，加水时间控制在1～3h。通过均质机匀化，以确保油相组分完全被乳化分散。在匀化之后，加水稀释到所需要的固含量，然后可加入增稠剂调节粘度，加入防腐剂，制备本发明的水基泡沫控制剂。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，但不构成对本发明的任何限制，实施例中所有试剂均可从市售获得。
实施例1
本实施例的水基泡沫控制剂的组成物质包括：10g正己醇、0.2g二氧化硅、40g聚醚、0.5g氢氧化钾、40g增效剂、4.3gSpan 80(司盘80)、5gTween 80(吐温80)。
其中，聚醚的结构式：RO(EO)a(PO)bH，起始剂为正辛醇，a＝2，b＝50；
二氧化硅采用比表面积为200m2/g的气相亲水型二氧化硅；
增效剂的结构式：R1O(EO)c(PO)dR2，起始剂为正十二醇，c＝2，d＝50；R2＝C17H35CO-。
水基泡沫控制剂的制备方法，包括步骤：
(1)于第一容器中依次加入10g正己醇、40g聚醚、0.2g二氧化硅，控制转速在600rpm之间，升高温度为150℃，加入0.5g氢氧化钾，保温反应7h，让二氧化硅微粒表面充分反应处理，得到组合物A；
(2)于烧杯中加入组合物A、40g增效剂和4.3gSpan 80(司盘80)、5gTween80(吐温80)，以1000rpm的转速分散2h，然后向其中加水100g，加水时间控制在1h。水加完后再通过均质机匀化，确保油相组分完全被乳化分散，均质机的压力控制在1MPa，最后再加48g水稀释到所需要的固含量，加入1g丙烯酸增稠剂调节粘度，加入1g卡松，即得到本发明的水基泡沫控制剂，其固含量为40％。
实施例2
本实施例的水基泡沫控制剂的组成物质包括：20g正二十二醇、5g二氧化硅、15g聚醚、0.8g氢氧化钠、45g增效剂、3g AEO 20(脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-20)、11.2g十二烷基硫酸钠。
其中，聚醚的结构式：RO(EO)a(PO)bH，起始剂为正辛醇，a＝18，b＝40；
二氧化硅采用比表面积为100m2/g的沉淀亲水型二氧化硅；
增效剂的结构式：R1O(EO)c(PO)dR2，起始剂为正辛醇，c＝12，d＝30；R2＝甲基。
水基泡沫控制剂的制备方法，包括步骤：
(1)于第一容器中依次加入20g正二十二醇、15g聚醚、5g二氧化硅，控制转速在1000rpm之间，升高温度为200℃，加入0.8g氢氧化钠，保温反应10h，让二氧化硅微粒表面充分反应处理，得到组合物A；
(2)于烧杯中加入组合物A、45g增效剂和3g AEO 20(脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-20)、11.2g十二烷基硫酸钠，以3000rpm的转速分散1.5h，然后向其中加水120g，加水时间控制在2h。水加完后再通过均质机匀化，确保油相组分完全被乳化分散，均质机的压力控制在2MPa，最后再加111.5g水稀释到所需要的固含量，加入0.5g卡波增稠剂调节粘度，加入1g卡松，即得到本发明的水基泡沫控制剂，其固含量为30％。
实施例3
本实施例的水基泡沫控制剂的组成物质包括：2g正三十醇、25g异构二十醇、2.5g二氧化硅、30g聚醚、1g氢氧化铯、21.3g增效剂、0.2g单甘脂、18g十二烷基苯磺酸钠。
其中，聚醚的结构式：RO(EO)a(PO)bH，起始剂为正辛醇，a＝10，b＝15；
二氧化硅采用比表面积为380m2/g的气相亲水型二氧化硅；
增效剂的结构式：R1O(EO)c(PO)dR2，起始剂为正二十八醇，c＝18，d＝32；R2＝叔丁基。
水基泡沫控制剂的制备方法，包括步骤：
(1)于第一容器中依次加入2g正三十醇、25g异构二十醇、30g聚醚、2.5g二氧化硅，然后控制转速在800rpm，升高温度为110℃，加入1g氢氧化铯，保温反应5.5h，让二氧化硅微粒表面充分反应处理，得到组合物A；
(2)于烧杯中加入组合物A、21.3g增效剂和0.2g单甘脂、18g十二烷基苯磺酸钠，以2000rpm的转速分散1h，然后向其中80g加水，加水时间控制在3h。水加完后再通过均质机匀化，确保油相组分完全被乳化分散，均质机的压力控制在0.06MPa，最后再加151.8g水稀释到所需要的固含量，加入0.5g卡波增稠剂调节粘度，加入1g卡松，即得到本发明的水基泡沫控制剂，固含量为30％。
实施例4
本实施例的水基泡沫控制剂的组成物质包括：5g异构十三醇、14g异构二十醇、2g二氧化硅、35g聚醚、1g氢氧化钾、33g增效剂、4g Span 60(司盘60)、6gTween 60(吐温60)。
其中，聚醚的结构式：RO(EO)a(PO)bH，起始剂为十六十八醇，a＝10，b＝45；
二氧化硅采用比表面积为450m2/g的气相亲水型二氧化硅；
增效剂的结构式：R1O(EO)c(PO)dR2，起始剂为二十醇，c＝15，d＝48；R2＝C17H33CO-。
本实施例的水基泡沫控制剂的制备方法与实施例1相同，在此不再详细阐述。
实施例5
本实施例的水基泡沫控制剂的组成物质包括：1g异辛醇、10g异构二十醇、5g山嵛醇、3g二氧化硅、16g聚醚1、18g的聚醚2、0.5g氢氧化钾、32.3g增效剂、6g蓖麻油聚氧乙烯醚EL-10、8g蓖麻油聚氧乙烯醚EL-20。
其中，聚醚1的结构式：RO(EO)a(PO)bH，起始剂为十八醇，a＝15，b＝40；
聚醚2的结构式：RO(EO)a(PO)bH，起始剂为正辛醇，a＝5，b＝35；
二氧化硅采用比表面积为180m2/g的气相亲水型二氧化硅；
增效剂的结构式：R1O(EO)c(PO)dR2，起始剂为十八醇，c＝10，d＝35；R2＝C12H25CO-。
本实施例的水基泡沫控制剂的制备方法与实施例1相同，在此不再详细阐述。
对比例1
本对比例的水基泡沫控制剂的组成物质包括：10g正己醇、0.2g二氧化硅、40g聚醚、0.5g氢氧化钾、40g增效剂、4.3gSpan 80(司盘80)、5gTween 80(吐温80)。
其中，聚醚的结构式：RO(EO)a(PO)bH，起始剂为正辛醇，a＝2，b＝50；
二氧化硅采用比表面积为200m2/g的气相亲水型二氧化硅；
增效剂为高碳醇聚醚，结构式：R1O(EO)c(PO)dR2，起始剂为正十二醇，c＝10，d＝10；R2＝OH。
水基泡沫控制剂的制备方法，包括步骤：
(1)于第一容器中依次加入10g正己醇、40g聚醚、0.2g二氧化硅，控制转速在600rpm之间，升高温度为150℃，加入0.5g氢氧化钾，保温反应7h，让二氧化硅微粒表面充分反应处理，得到组合物A；
(2)于烧杯中加入组合物A、40g增效剂和4.3gSpan 80(司盘80)、5gTween80(吐温80)，以1000rpm的转速分散2h，然后向其中加水100g，加水时间控制在1h。水加完后再通过均质机匀化，确保油相组分完全被乳化分散，均质机的压力控制在1MPa，最后再加48g水稀释到所需要的固含量，加入1g丙烯酸增稠剂调节粘度，加入1g卡松，即得到本发明的水基泡沫控制剂，其固含量为40％。
对实施例1-5制得的水基泡沫控制剂和对比例1进行性能测试，测试方法如下：
在实验室模拟循环水环境下的测定
测试设备：2000ml容器，恒温槽，循环水泵，流量计，秒表
测试介质：海水循环冷却水
测试方法：在体积为2000ml量筒中加入约1300ml现场冷却水，开启循环水泵使得冷却水循环冲击到水面，产生大量泡沫，当泡沫达到2000ml处，滴加一定量的水基泡沫控制剂，记录泡沫降低的体积和时间，评价泡沫控制剂的瞬间消泡性能。然后继续循环冲击，记录泡沫升至一定高度的时间，时间越长，说明抑泡性能越好。试验结果如表1。
表1水基泡沫控制剂的测试数据表
Figure BDA0002426670610000091
由上表1中的记录结果可知，本申请实施例1-5中水基泡沫控制剂的消泡和抑泡均具有较好的效果，要比对比例1效果更佳。同时还由于属于非有机硅产品，其具有较低的COD。可广泛用于污水处理、垃圾渗滤液、海水淡化方面，还可用于建筑涂料、电路板清洗和造纸涂布等加工工序中。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明做了详细的说明，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (10)

1.一种水基泡沫控制剂，其特征在于，包括：
(a)高级脂肪醇，其是碳原子数为6～30的一元脂肪醇；
(b)二氧化硅，其为亲水型的沉淀法或气相法二氧化硅；
(c)聚醚，其结构通式如下：RO(EO)a(PO)bH，
其中，a为1～20，b为15～50，ROH为所述聚醚的起始剂，R选自烷基、芳基和烯烃中的一种；
(d)催化剂，其为碱性金属的氢氧化物；
(e)增效剂，其为封端后的高碳醇聚醚，结构通式如下：R1O(EO)c(PO)dR2，
其中，c为1～20，d为10～50，R1OH为聚醚的起始剂，R1是碳原子数为6～30的一元脂肪醇，R2为封端基团，R2选自酯基和烷基中的一种；
(f)乳化剂；和
(g)水。
2.如权利要求1所述的水基泡沫控制剂，其特征在于，所述高级脂肪醇选自己醇、辛醇、异辛醇、癸醇、十二碳醇、异构十三醇、十四碳醇、十六碳醇、十八碳醇、二十碳醇、异构二十醇、二十二碳醇、二十四碳醇、二十六碳醇、二十八碳醇和三十碳醇的至少一种。
3.如权利要求1所述的水基泡沫控制剂，其特征在于，所述二氧化硅的比表面积为80～500m2/g。
4.如权利要求1所述的水基泡沫控制剂，其特征在于，组分(c)中，
R选自烷基时，烷基选自乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、正己基、正辛基、异辛基、正癸基和碳原子数为12～20的正烷基中的一种；
R选自芳基时，芳基选自苯基、苯甲基、烷基苯基中的一种；
R选自烯烃时，烯烃选自烯丙基、1-烯丁基中的一种。
5.如权利要求1所述的水基泡沫控制剂，其特征在于，所述催化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯中的一种。
6.如权利要求1所述的水基泡沫控制剂，其特征在于，组分(e)中，
R2选自酯基时，酯基的结构通式为R3CO－，R3是碳原子数为11～17的脂肪酸中的碳氢基团，脂肪酸选自月桂酸、棕榈酸、油酸和硬脂酸中的一种；
R2选自烷基时，烷基选自甲基、乙基、丙基、异丙基、叔丁基、正丁基中的一种。
7.如权利要求1所述的水基泡沫控制剂，其特征在于，组分(f)中，所述乳化剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、失水山梨醇脂肪酸酯、失水山梨醇聚氧乙烯醚脂肪酸酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、烷基苯磺酸钠盐、十二烷基硫酸钠、甘油单脂肪酸酯、甘油二脂肪酸酯、甘油三脂肪酸酯、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和脂肪醇聚氧丙烯醚中的至少一种。
8.如权利要求1～7任意一项所述的水基泡沫控制剂的制备方法，其特征在于，包括：
(1)于第一容器中依次加入高级脂肪醇、聚醚和二氧化硅，控制转速在500～1000rpm之间，升高温度为100～200℃，加入催化剂，保温反应5～10h，得到组合物A；
(2)于第二容器中加入组合物A、增效剂和乳化剂，以1000～3000rpm的转速分散1～2h，然后向其中加水，水加完后再通过均质机匀化，制得水基泡沫控制剂。
9.如权利要求8所述的水基泡沫控制剂的制备方法，其特征在于，加水时间控制在1～3h。
10.如权利要求8所述的水基泡沫控制剂的制备方法，其特征在于，均质机的压力控制在0.05～2MPa。
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