知識點 | 低泡表面活性劑分類、應用及發展現狀

表面活性劑泡沫形成原因

當表面活性劑和水混合時,親水性的一端會溶於水中,疏水基的一端則會脫離水,聚集在水面。在水面的表面活性劑,疏水基會離開水面,進入空氣中,親水基溶於水,並排在水面上。當攪動水時,會將空氣進入水中,此時疏水基會包住空氣,成為汽泡。一般而論,陰離子和陽離子表面活性劑泡沫最高,非離子表面活性劑泡沫相對低些。在大多數的工藝裡面,泡沫帶來的都是負面影響,就是說我們追求的低泡和無泡的表面活性劑。但在某些領域,卻恰恰相反,如日用化學品,沐浴露洗面奶等,追求的就是泡沫多,泡沫細膩;再如造紙脫墨領域的浮選脫墨,也需要表面活性劑有良好的發泡性能。

低泡表面活性劑,指的是再使用的過程中產生泡沫較少的表面活性劑。自身具備低泡沫性能的表面活性劑主要有四類:EO/PO嵌段聚醚、異辛醇磷酸酯衍生物、乙氧基化脂肪酸甲酯類衍生物、聚醚改性有機硅類表面活性劑。

EO/PO嵌段聚醚

該類表面活性劑多以脂肪醇、脂肪酸、低碳鏈多元醇為起始劑,與EO環氧乙烷(C2H4O)、PO環氧丙烷(C3H6O)按照一定的摩爾比例縮合製得。其中,聚氧乙烯基-O(CH2CH2O)nH為親水基團,聚氧丙烯基-O(CHCH3CH2O)nH為親油基,這種親油親水混合結構一方面在水溶液裡面更易形成膠束,從而表面張力較大,另外這種親水親油基團交錯混合排列,空間相互阻礙並形成大量液膜之間的空隙,減弱了液膜的強度,最終所形成的泡沫膜壁更容易破裂,從而具有低泡特性。引入親水性的EO基團,會獲得極佳的潤濕、乳化、凈洗以及高泡沫的性能。而PO環氧丙烷則是憎水基團,引入環氧丙烷可以有效的降低所形成的泡沫表面的表面張力,導致泡沫破裂並消失。但是引入PO不可避免的降低EO的含量,從而降低表面活性劑的乳化、分散等去污性能。所以對於EOPO嵌段聚醚,其乳化、分散等凈洗功能與低泡必定是相互矛盾的。泡沫越低,其它性能就會越差。EO/PO嵌段聚醚應用較為廣泛,EO/PO嵌段聚醚作為減水劑的具有很好的分散性和分散保持性。在水性農藥中可以用作水乳劑,可以很好的調節農藥的親水-親油的平衡性。EO/PO嵌段聚醚在工業清洗中也可以作為低泡沫的清洗劑。

異辛醇及其衍生物磷酸酯鹽

在各種醇類裡面,異辛醇具有最佳的消泡效果,由異辛醇衍生的表面活性劑也具有低泡沫的效果。在異辛醇分子式中引入磷酸酯的結構,會提高產物的表面張力,進一步降低產品的泡沫。這類表面活性劑常見的有異辛醇磷酸酯、異辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯等。異辛醇的磷酸酯類衍生物是一類低泡沫的陰離子型表面活性劑,一般具有較好的滲透與潤濕性能,多用於紡織印染、製革、陶瓷滲花、造紙慮漿等領域,特別是異辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯兼具有一定的乳化性能,常用於酒瓶、幕牆等鹼性清洗工藝中。

嵌段聚醚改性有機硅表面活性劑

有機硅表面活性劑是以無機硅氧烷為骨架(Si-O-Si)的包含有機基團側鏈的一類有機無機雜化的合成材料,在物體表面的鋪展效果好,具有很高的潤濕性能。單獨的有機硅結構並不具有低泡和消泡的效果,常用的有機硅消泡劑只是利用了有機硅表面活性劑在泡沫表面具有快速鋪展的作用,只有輔以疏水性的白炭黑方可起到破泡和消泡的效果。將有機硅結構中的甲基以聚醚取代,進一步提高表面張力可以有效的減少有機硅表面活性劑的泡沫。低泡沫的EO/PO嵌段聚醚改性有機硅可以用於紡織和造紙領域,用於提高紡織品或紙張的柔軟性,並在間歇式的生產工藝中減少了泡沫的困擾;在農業領域,EO/PO嵌段聚醚改性有機硅作為農藥的乳化與潤濕劑,在農藥噴洒過程中,能有效防止產生過多的泡沫,隨風飛揚;在凈洗領域,特別是針對疏水的固體表面,EO/PO嵌段聚醚改性有機硅表面活性劑可以顯著加快對物體表面的潤濕速度,增強除油污的效果,減少凈洗所用的時間。

乙氧基化脂肪酸甲酯及其衍生物

酯類均具有低泡沫的特性,有些酯類甚至可以在一些特定領域用作消泡劑,如天然油脂可用於豆漿生產工藝消泡劑,高碳鏈的脂肪酸甲酯可用於造紙領域耐強鹼型消泡劑。乙氧基化的脂肪酸甲酯(FMEE)也具有低泡沫的特點,並具有乳化、分散等表面活性。脂肪酸甲酯乙氧基化物屬於聚醚酯類化合物,它繼承了聚醚酯類表面活性劑易於分散、表面活性高、抑泡消泡能力強等優點,而且乙氧基化後化親水性進一步提高,削弱了原來聚氧乙烯鏈與水分子間的氫鍵,降低了泡沫膜層的強度,使泡沫更容易破裂。脂肪酸甲酯乙氧基化物及其磺酸鹽耐酸、耐鹼,廣范應用於油田開採二次驅油過程中。這類化合物也具有乳化與分散作用,在工業清洗、印染等領域用作凈洗劑,在造紙工業中可以作為脫墨劑。

肥皂

在討論低泡表面活性劑時,必須先說明使用的條件、工藝等,表面活性劑的泡沫除了與自身結構有關,還與水的硬度、使用溫度、酸鹼pH值、壓力等有諸多聯繫。肥皂在硬水的使用條件下,可以稱之為低泡沫的表面活性劑。有些時候可以用肥皂來檢驗和區分軟水和硬水,泡沫多的為軟水,泡沫少的為硬水。主要是因為在硬水裡面,肥皂會結合鈣鎂離子形成不溶於水的鈣皂或鎂皂,在泡沫的表面容易形成缺口,導致泡沫破裂。

脂肪酸甲酯乙氧基化物及其衍生物

脂肪酸甲酯,特別是18碳的硬脂酸甲酯,本身也是一種消泡劑,所以18碳硬脂酸甲酯為原料的表面活性劑也相應的會具有低泡沫的性能,並且這種低泡的性能不像EOPO嵌段聚醚是以損失其凈洗性能為代價的,因此是頗有實際應用價值的低泡沫凈洗劑。

國內低泡表面活性劑的供應

浙江皇馬集團和遼寧奧克聚醚是國內生產EOPO嵌段醇醚的專業生產商。對於異辛醇聚氧乙烯醚及其衍生物,生產廠家較多,如邢台助劑廠、西安楚龍達化工、寶雞天澤化工等。脂肪酸甲酯乙氧基化物該類產品,國內暫時沒有能力生產,多為進口產品