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消泡剂,顾名思义,是消除泡沫的一种添加剂,主要由活性成分、乳化剂、载体和乳化助剂组成,具备十分广发的应用领域。主要体现在涂料、化工及石油化工等领域生产和应用过程中,会产生大量的泡沫,进而影响到产品质量、生产过程。基于对泡沫的抑制、消除,生产时通常要把特定量的消泡剂加入其中起到泡沫消除的效果。
根据全球和中国消泡剂市场的历程回顾与发展概况分析,在2022年,全球消泡剂市场规模达到416.97亿元(人民币)。针对全球和中国消泡剂行业市场发展现状及前景分析,预测到2028年,全球市场规模将会达到560.98亿元,预计年均复合增长率在5.25%上下浮动。较高的市场增长率表明市场潜力较大。
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使用消泡剂的四个原因
在许多工业过程和实验室操作中,需要使用消泡剂的原因有以下几点:
提高工作效率:气泡的存在会干扰流体的稳定性和流动性,使用消泡剂可以快速降低液体表面上的气泡数量,提高液体的表面质量,从而提高流体的工作效率。
保护设备:气泡的存在会增加管道和设备的摩擦阻力,并且容易在管道中产生堵塞,甚至引起设备的故障。使用消泡剂可以消除气泡,减少损坏设备和管道的风险。
提高产品质量:在一些制造过程中,气泡会影响产品的外观、物理性质和性能,使用消泡剂可以去除气泡,提高产品的质量和一致性。
保护人员安全:在某些操作中,气泡的存在可能会对人员的安全造成风险。例如,在化学合成反应中,气泡会增加反应的爆炸风险;在液体表面形成的气泡可能会导致滑倒和烫伤等意外。使用消泡剂可以降低这些安全风险。
总的来说,消泡剂的使用能够提高工作效率、保护设备、提高产品质量和保护人员安全,因此在许多工业和实验室领域都需要使用消泡剂。
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消泡剂的应用反应机理
1、泡沫局部表面张力降低导致泡沫破灭
有人在油体系中研究了聚硅氧烷的消泡过程,他们对泡沫体系以1/1000秒的速度连续拍照,照片放大100倍,连续拍摄的4幅照片的示意图可见,硅油消泡剂小滴到达泡膜上,使泡膜表面破裂并合并成大泡,从1~3,泡沫由4个合并成1个大,泡膜变薄。最后气液迅速分离,大泡消灭,到4则破泡结束。这也从客观上解释了,为什么一滴消泡剂下去,一连串气泡破灭的原因。
当消泡剂附着到泡膜上即浸入泡膜液,会显著降低该处的表面张力。因为在水体系中,消泡剂的活性成分对水的溶解度较小,表面张力的降低仅限于泡膜的局部,而泡膜周围的表面张力几乎没有发生变化。表面张力降低的部分,被强烈地向四周牵引、延展,最后导致泡沫破裂。
2、消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭
由于泡膜表面吸附表面活性剂,使表面张力降低。所以在受到局部压力,泡膜在该处局部变薄的同时,该处会因表面活性剂变稀薄而导致表面张力升高。正是因为新生的表面与原来的表面之间有了表面张力之差,使得泡膜受外界冲击变薄时,产生了弹性恢复力,泡膜才得以不破,起到了稳泡的作用。如果我们设法破坏这种弹性,就能破坏泡沫的稳定性。有专家认为:消泡剂的作用就是破坏泡膜的弹性。当消泡剂添加到泡沫体系中,会向气液界面扩散,使具有稳泡作用的表面活性剂难以发生恢复膜弹性的能力。
3、消泡剂能促使液膜排液,因而导致气泡破灭
添加加速泡膜排液的物质(消泡剂),可以消泡。如果泡膜厚,排液到30~40nm的历程就长,而且,泡膜的自愈效应较强,泡膜弹性好,所以泡膜厚的泡沫寿命就长,泡膜排液速率可以反映泡沫的稳定性。液膜排液速率快,使液膜变薄,薄到一定的程度泡沫就破灭了。
4、添加疏水固体颗粒可导致气泡破灭
在起泡的水体系中,单独添加疏水二氧化硅(即疏水白炭黑)颗粒,即有消泡作用。疏水的白炭黑颗粒在气泡表面会吸引表面活性剂的疏水端,疏水颗粒变为亲水颗粒而进入水相,完成了消泡作用。疏水二氧化硅的固体颗粒一般是用甲基硅油、硅氮烷或DMC处理的白炭黑颗粒,它在气泡表面局部浸入,使气泡局部的表面张力变小,再加上固体颗粒的作用,像针尖插入气泡,加速气泡的破灭。所以一般含有疏水白炭黑的消泡剂的破泡效果要好一些。
5、增溶助泡表面活性剂可导致气泡破灭
某些能与溶液充分混合的低分子物质,可以使气泡表面活性剂被增溶、使其有效浓度降低。有这种作用的低分子物质如辛醇、乙醇、丙醇等醇类,不仅可减少表面层的表面活性剂浓度,而且还会溶入表面活性剂吸附层,降低表面活性剂分子间的紧密程度,从而减弱了泡沫的稳定性。
6、电解质瓦解表面活性剂双电层使气泡破灭
对于借助泡沫的表面活性剂双电层互相作用,产生稳定性的起泡液,加入普通的电解质即可瓦解表面活性剂的双电层起消泡作用。