一種乳化型超支化聚醚改性有機矽消泡劑及其製備方法與流程
2023-05-27 05:08:31 2
本發明涉及化工品領域，特別是涉及一種乳化型超支化聚醚改性有機矽消泡劑及其製備方法。
技術背景
消泡劑，又稱為除泡劑或破泡劑，在工業生產的過程中會產生許多影響生產的泡沫，需要添加消泡劑。廣泛應用於清除膠乳、紡織上漿、食品發酵、生物醫藥、塗料、石油化工、造紙、工業清洗、汙水處理等行業生產過程中產生的有害泡沫。
現行的消泡劑按照組成可分為有機矽型和聚醚型兩大類，有機矽消泡劑由於乳化劑等助劑的加入，在較高溫度下容易出現破乳、漂油等缺陷；聚醚型消泡劑多是由起始劑和環氧乙烷、環氧丙烷開環聚合形成的聚合物，其最大的優點是抑泡力強，但致命缺點是破泡率低，消泡緩慢不徹底。近年來關於開發新的適用性更強，消泡效率更高的消泡劑的研究層出不窮。聚醚改性矽油消泡劑通過在矽油鏈段上引入聚醚鏈段，從而兼具兩種消泡劑共同的優點，消泡效力強，耐熱性、抗剪切性及耐酸鹼性能好。但是目前研究的聚醚改性矽油消泡劑在抗剪切性能方面不甚理想，限制了其在塗料、石油化工、造紙等一些領域上的應用。
超支化聚合物是一類具有準球形結構的高度支化大分子，含有大量末端官能團，具有低熔體和溶液黏度的特點。線性聚合物受剪切後，分子主鏈被打斷，導致分子量大幅下降，而超支化聚合物受剪切後，只會打斷某一支化結構，不會影響主鏈性能，故超支化聚合物理論上會比線性聚合物具有更好的抗剪切能力。
徐駿祺、黃通、呂鑫等人在其《水溶性高抗剪切超支化聚丙烯醯胺的合成和表徵》一文中，以超支化聚縮水甘油醚、丙烯醯胺在鈰鹽－羥基引發體系下發生自由基聚合，得到了高度支化的水溶性超支化聚丙烯醯胺HPG-star-PAM，結果表明高度支化的聚丙烯醯胺樣品具有優異的抗剪切性能。
因此，本發明通過對超支化聚醚的端基改性製備端烯丙基超支化聚醚多元醇，利用改性後超支化聚醚的雙鍵結構與聚矽氧烷發生矽氫加成反應，製備出超支化聚醚改性聚矽氧烷，提高消泡劑的抗剪切性能、消泡抑泡性能。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明提供一種乳化型超支化聚醚改性有機矽消泡劑及其製備方法。
一種乳化型超支化聚醚改性有機矽消泡劑，由以下重量份的原料組成：聚矽氧烷25-40份，超支化聚醚15-23份，烯丙基縮水甘油醚18-27份，環氧丙烷40-60份，雙金屬氰化絡合物0.3-0.6份，異丙醇50-70份，氯鉑酸催化劑0.2-0.7份，超細矽酸鋁3-7份，山梨糖醇1-2份，吐溫60 0.8-2份，羧甲基纖維素鈉2-4份，去離子水適量，複合乳化劑1-3份；
所述的複合乳化劑由以下原料混合組成：十八烷醇基聚氧乙烯醚0.5-1份，二乙二醇單油酸酯0.5-2份。
具體步驟如下：
（1）端烯丙基超支化聚醚的製備：
將超支化聚醚和雙金屬氰化絡合物加入到高壓反應釜中，抽真空脫水，並用氮氣置換3次，升溫至120℃後，通入2/3份環氧丙烷，控制反應過程溫度在130-140℃左右，當釜內壓力下降時，加入烯丙基縮水甘油醚和剩餘環氧丙烷繼續聚合一段時間，至釜內壓力不再變化，抽真空脫去未反應單體，即製備出端烯丙基超支化聚醚；
（2）端烯丙基超支化聚醚接枝聚矽氧烷：
在裝有磁力攪拌器、溫度計、回流冷凝管的三口瓶中，加入聚矽氧烷、異丙醇以及步驟（1）製備的端烯丙基超支化聚醚，在攪拌下，40-60℃下通氮氣吹洗20-40分鐘，加入氯鉑酸催化劑，在氮氣保護下，升溫至100-130℃反應3-6小時，減壓蒸餾除去異丙醇，得到端烯丙基超支化聚醚接枝聚矽氧烷；
（3）將步驟（2）得到的端烯丙基超支化聚醚接枝聚矽氧烷與超細矽酸鋁攪拌混合均勻，升溫至150-170℃，保溫反應1-3小時，得到聚醚矽膏；
（4）消泡劑的製備：
①、將複合乳化劑、山梨糖醇、吐溫60加入去離子水中，升溫至60-90℃，攪拌10-25分鐘，使其完全溶解；
②、之後加入羧甲基纖維素鈉，混合均勻後，加入上述矽膏，600-800r/min條件下快速攪拌50-70分鐘，用高剪切乳化機在9000-10000r/min條件下高速剪切20-40分鐘，降至室溫，即得所需消泡劑。
其中，所述超支化聚醚為3-乙基-3-羥甲基環氧丁烷或3-甲基-3-羥甲基環氧丁烷在引發劑下自縮合，然後陽離子開環聚合得到，支化度為0.2-0.6，數均分子量為10000-30000。
與現有技術相比，本發明具有以下優點：
（1）本發明以末端含有大量羥基的超支化聚醚為原料，利用含雙鍵結構的烯丙基縮水甘油醚上的環氧基團與羥基發生開環聚合製備端烯丙基超支化聚醚，利用改性後超支化聚醚端基的雙鍵結構與聚矽氧烷發生矽氫加成反應，合成超支化聚醚改性聚矽氧烷，用以製備的消泡劑具有優異的抗剪切性能，能適合多種場合。
（2）本發明製備的超支化聚醚改性聚矽氧烷為Si-C型，在水溶液中化學穩定性較好，可長時間保存，同時有利於提高其長時間的消泡效率。
（3）本發明中將聚醚矽膏與複合乳化劑復配，所製成的乳液具有優異的消、抑泡性能和耐高溫強鹼性，可廣泛用於造紙、化纖、油田等多個領域，具有很好的應用前景。
具體實施方式
一種乳化型超支化聚醚改性有機矽消泡劑，由以下重量份（公斤）的原料組成：聚矽氧烷32，超支化聚醚18，烯丙基縮水甘油醚23，環氧丙烷52，雙金屬氰化絡合物0.4，異丙醇60，氯鉑酸催化劑0.5，超細矽酸鋁4，山梨糖醇2，吐溫60 1，羧甲基纖維素鈉3，去離子水適量，複合乳化劑2；
所述的複合乳化劑由以下原料混合組成：十八烷醇基聚氧乙烯醚0.5份，二乙二醇單油酸酯1.5。
具體步驟如下：
（1）端烯丙基超支化聚醚的製備：
將超支化聚醚和雙金屬氰化絡合物加入到高壓反應釜中，抽真空脫水，並用氮氣置換3次，升溫至120℃後，通入2/3份環氧丙烷，控制反應過程溫度在135℃左右，當釜內壓力下降時，加入烯丙基縮水甘油醚和剩餘環氧丙烷繼續聚合一段時間，至釜內壓力不再變化，抽真空脫去未反應單體，即製備出端烯丙基超支化聚醚；
（2）端烯丙基超支化聚醚接枝聚矽氧烷：
在裝有磁力攪拌器、溫度計、回流冷凝管的三口瓶中，加入聚矽氧烷、異丙醇以及步驟（1）製備的端烯丙基超支化聚醚，在攪拌下，50℃下通氮氣吹洗30分鐘，加入氯鉑酸催化劑，在氮氣保護下，升溫至110℃反應4小時，減壓蒸餾除去異丙醇，得到端烯丙基超支化聚醚接枝聚矽氧烷；
（3）將步驟（2）得到的端烯丙基超支化聚醚接枝聚矽氧烷與超細矽酸鋁攪拌混合均勻，升溫至160℃，保溫反應2小時，得到聚醚矽膏；
（4）消泡劑的製備：
①、將複合乳化劑、山梨糖醇、吐溫60加入去離子水中，升溫至60-90℃，攪拌10-25分鐘，使其完全溶解；
②、之後加入羧甲基纖維素鈉，混合均勻後，加入上述矽膏，800r/min條件下快速攪拌60分鐘，用高剪切乳化機在9000r/min條件下高速剪切30分鐘，降至室溫，即得所需消泡劑。
其中，所述超支化聚醚為3-乙基-3-羥甲基環氧丁烷或3-甲基-3-羥甲基環氧丁烷在引發劑下自縮合，然後陽離子開環聚合得到，支化度為0.5，數均分子量為20000。
本發明消泡劑的消泡性能用鼓泡法評價：
在85-150℃，鹼度>10mg/L的起泡體系中，消泡性能低於110mm泡沫高度，抑泡性能低於220mm泡沫高度。