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聚醚改性有机硅消泡剂的的实验结果与讨论

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2. 1 PHMS、PE 与PMS 的红外谱图

图1 中a 为含氢硅油,b 为烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚,c 聚醚改性硅油的红外光谱图。

图1.JPG

由图1 可知,PHMS 中Si─H 的特征吸收峰2 160.0-1和PE中C=C的特征吸收峰1 644.5 cm-1于谱PMS中消失,说明PE与PHMS加成反应比较彻底,PE 几乎完全接枝到PHMS 侧链上; 产物PMS 中存在聚硅氧烷链段和聚醚基团相应的特征吸收峰.

2. 2 乳化剂的选择及用量

本实验以Span60、Tween60 和聚醚改性硅油PMS-1、PMS-2 作为复合乳化剂,制备活性成分30%的消泡剂。主要因为单一的表面活性剂产生的界面膜不够致密,机械强度不高,进而影响到乳液的稳定性; 而不同长度和不同结构的多种非离子表面活性剂能更充分地占据油/水的表面层,使分子排列更加紧密,通过横向分子间的疏水作用,增强水相和油相的亲和力,达到稳定乳状液的目的。乳化剂用量过少,乳液不稳定,容易分层; 用量过大,流动性差,影响消泡性能; 适当用量为乳液总质量的4. 5%。

2. 3 乳化剂配方的均匀设计方案

在乳化剂占乳液的质量分数为4. 5% 的前提下,复合乳化剂的HLB 值及各组分之间的比例对乳液的稳定性有很大影响,因此以消泡剂乳液的水分散性、离心稳定性、漂油温度等为指标,采用有限制性的混料均匀设计方法,对复合乳化体系进行配方设计。复合乳化剂HLB 值由公式HLB = ΣHLBa× A% 计算( 此处HLBa和A% 分别为Span60、

Tween60 的HLB 值及其所占复合乳化剂的质量分数) 。采用4 因素24 水平24 次实验的均匀设计表U24(24的四次方) ,筛选出复合乳化剂HLB 值相差较大的乳化实施方案,结果见表1。

表1.JPG

由表1 可知,不同HLB 值的复合乳化剂乳化所得乳液的稳定性差别很大,而HLB 值在10.2~10.4的硅油乳液稳定性较佳; 编号1-4、1-8、1-12 水分散性良好,离心不分层,常温下不漂油,呈现出较好的乳化效果,其中1-12 乳化效果最好。

实验还发现,即使乳化剂HLB 值相近时,各组分的配比不同,所得乳液的稳定性也有很大差异。因此,我们又考察了HLB 值在10.2~10.4,不同乳化剂配方对消泡剂乳液性能的影响,结果见表2。

表2.JPG

由表2 可知,最佳配方为2-2,制备的消泡剂乳液均匀细腻,黏度适中,易分散; 耐温稳定性最好,在较高温度下不漂油、不破乳; 在水中分散迅速,无油相颗粒物。

2. 4 乳化方法的选择

在机械搅拌乳化法中,根据乳化剂加入方式的不同可分为剂在油中法(乳化剂) 、剂在水中法和轮流加入法。选用2-2 乳化剂配方,制备活性成分30%的聚醚改性硅油消泡剂,在其他乳化条件保持不变情况下,考察乳化方法对消泡剂乳液分散性、离心稳定性及乳液的黏稠流动性的影响,结果见表3。

表3.JPG

由表3 可知,采用剂在水中工艺得到的乳液颗粒大,较稀,易分层; 轮流加入工艺得到的乳液较稀,液面油斑很密,同时操作起来比较复杂。采用剂在油中乳化工艺,得到的乳液颗粒较小,均一性好,不漂油,不分层; 其乳液在乳液稳定性、分散性和流动性上都有明显的优势。因此,实验选择的乳化剂较佳的乳化方法为剂在油中法。

2. 5 乳化时间的选择

选用2-2 乳化剂配方,采用剂在油中的乳化方式( 即转相法) ,制备活性成分30%的聚醚改性硅油消泡剂,不同乳化时间对乳液性能的影响见表4。

表4.JPG

由表4 可知,乳化40 min 时,乳液的性能较佳,少于30 min 时,油相未能较好地分散,液滴颗粒较大,且有明显的漂油现象。这是因为刚乳化完毕时,油相的小颗粒仍凝聚在一起,使乳液显得较为粗糙;随着搅拌的进行,凝聚的小颗粒逐渐解聚分散,40 min 后油相均匀地分散在水相中,使得乳液较为细腻。若乳化时间过长,很难使油相颗粒再分散,反而会使乳液因过度剪切,稠度下降,导致稳定性也下降。乳化40 min 不仅能保证产品质量,同时也能提高生产效率,降低能源消耗,避免不必要的浪费。因此,实验选择最佳乳化时间为40 min。

2. 6 消泡剂的应用性能测试

2. 6. 1 消泡效果测试

向1 000 mL 的大烧杯中,加入200 g 固含量40%的苯丙涂料乳液,0.4g消泡剂,在高速分散机上以3 000r/min 的转速高速分散30 min,测定分散液的体积V( mL) 和100 mL 分散液的质量M( g) 。不同乳化剂配方的消泡剂在苯丙涂料乳液中消泡效果对比,结果见表5。

表5.JPG

由表5 可知,编号2-2 消泡剂的体积最小,消泡率最高; 100 mL 消泡剂的质量最大,泡沫残余量最少。取出少许消泡剂,置于干净的玻璃板上,并用玻棒将胶乳刮平,其它乳液在玻璃板上有不同程度的缩孔现象,而编号2-2 消泡剂几乎看不到缩孔。这主要因为2-2 配方的分散性最好,聚醚改性硅油提高了消泡剂与油墨相容性,增加了药剂与泡沫的接触,而增强了消泡效果。

2. 6. 2 消泡速度测试

不同乳化剂配方的消泡剂在苯丙油墨中消泡、抑泡性能对比,结果见表6。

表6.JPG

由表6 可知,编号2-2 消泡剂的消泡时间最短,抑泡时间最长,综合性能达国外某进口产品水平。这是因为2-2 配方的乳液稳定性好,不破乳、不分层,保证了硅油、聚醚硅油和硅粒的协同效应消泡作用。良好分散性在泡沫表面铺展,使消泡活性成分均匀的分散在物料中,增加了药剂与泡沫的接触; 疏水白炭黑作为纳米级材料,具有极高的表面活性,吸附泡沫表面的表面活性物质,增加泡沫的不稳定性;且消泡剂粒径大小适合,“进入泡沫深度”适中,在低表面张力的牵引下,破坏了泡膜本身的平衡性,进而增强了消泡效果。

3、 结论

以甲基硅油、气相法二氧化硅为主要成分,采用Span60、Tween60 和聚醚硅油为复合乳化剂,羧甲基纤维素钠为增稠剂,制得了高效乳液型有机硅复合乳液消泡剂,离心稳定性、耐热稳定性好,在水性涂料中易分散,消泡彻底、涂层表面无缩孔和鱼眼。

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