邢一鳴，劉洋，蔡政，劉鴿

（沈陽(yáng)浩博實(shí)業(yè)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110122）

汽車前處理工序一般分為：脫脂、表調(diào)、磷化三大工序，脫脂的作用是除去車身防銹油脂、沖壓拉延油、操作中的油跡、汗?jié)n、灰塵等雜質(zhì)[1,2]。在金屬清洗中，適量的泡沫可以懸浮油污，加速脫脂反應(yīng)，但是泡沫過(guò)多，就會(huì)從槽子中冒出，會(huì)污染場(chǎng)地，浪費(fèi)脫脂液，降低槽液液位，使脫脂后的噴淋泵不能正常運(yùn)行，影響噴射壓力、流量，降低噴淋效果[3]。過(guò)多的泡沫會(huì)限制產(chǎn)品的生產(chǎn)能力、影響生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量、造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)、造成環(huán)境污染、可能會(huì)引起生產(chǎn)事故[4]。

影響泡沫穩(wěn)定性的因素有：(1)溶液的黏度；(2)溶液的表面張力；(3)泡沫的表面黏度；(4)表面活性劑的結(jié)構(gòu)；(5)Marangoni 效應(yīng)；(6)泡沫的彈性；(7)其他影響因素。其他影響因素包括：溫度、溶劑的揮發(fā)速度、酸堿度、表面活性劑的吸附快慢、泡沫的大小、泡沫的受沖擊程度、體系中各組分的相互作用等。在不同體系中影響泡沫穩(wěn)定的主要因素不盡相同，多種因素同時(shí)存在，共同作用。泡沫的彈性是影響泡沫穩(wěn)定性的主要因素[5]。

消除泡沫是采取一定措施破碎已形成的泡沫，或降低泡沫層的厚度。常用的消除泡沫方法有很多，主要可分為物理方法和化學(xué)方法。物理方法主要有靜置消泡法、減壓消泡法、升溫消泡法、流體噴射消泡法、機(jī)械攪拌消泡法和超聲波消泡法等；化學(xué)方法主要有添加消泡劑消泡法、添加改變穩(wěn)泡劑穩(wěn)定性的物質(zhì)等[6-7]。該方法由于破泡速率快、抑泡時(shí)間長(zhǎng)、投加量少、對(duì)生產(chǎn)過(guò)程無(wú)影響、適用范圍廣、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)成為各行業(yè)應(yīng)用最廣泛的消泡方法。消泡劑先自發(fā)進(jìn)入液膜內(nèi)，在界面上迅速鋪展，分散。改變液膜的界面性能，從而使膜破裂[8]。消泡機(jī)理：(1)破壞膜的彈性；(2)促進(jìn)液膜排液；(3)消泡劑的加入降低了泡沫局部的表面張力導(dǎo)致泡破；(4)低分子消泡劑乙醇、丙醇等的加入使表面層的表面活性劑濃度降低，并溶入表面活性劑吸附層破壞泡沫穩(wěn)定性。

因此，汽車前處理過(guò)程普遍采用在脫脂劑中加入少量消泡劑的方法，減少泡沫的產(chǎn)生，這就要求消泡劑具有消除和抑制泡沫產(chǎn)生的作用。目前，市面上的聚醚消泡劑主要有：GP 型甘油聚醚、GPE型聚氧乙烯（聚氧丙烯）醚和PPG 型聚丙二醇等[9]。該類消泡劑大多是以多元醇或多元胺等含活該類潑氫的化合物作起始劑，在催化劑存在下用環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷開(kāi)環(huán)聚合而成[10-11]。聚醚類的消泡劑與體系的相容性較好，但消泡能力較弱，目前市場(chǎng)應(yīng)用較少，無(wú)法滿足對(duì)消泡、抑泡要求較高的生產(chǎn)工藝中[12]。該類消泡劑的分子結(jié)構(gòu)為線型結(jié)構(gòu)，在與發(fā)泡液結(jié)合過(guò)程中所形成的泡沫為線型結(jié)構(gòu)，之前加入的消泡劑會(huì)溶于起泡膠束中。這就使消泡劑不能在液體表面快速擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，消泡能力明顯下降[13]。聚醚消泡劑的性能影響因素主要有起始劑結(jié)構(gòu)、分子量、環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的嵌段方式及兩者的比例等，以上幾大要素對(duì)消泡劑的消泡、抑泡性能起到?jīng)Q定性作用，也是該領(lǐng)域科研人員面臨的難題。本文合成一款新型聚醚消泡劑，并對(duì)消泡性能進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

QSJ200、氫氧化鉀、過(guò)氧化氫、醋酸均為化學(xué)純；環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷為工業(yè)級(jí)，含量大于99.0%。

1.2 聚醚消泡劑的合成

向2 L 高壓反應(yīng)釜中加入計(jì)量的QSJ200、氫氧化鉀，用氮?dú)庵脫Q3 次，并升溫?cái)嚢瑁?dāng)溫度達(dá)到制定溫度后抽真空脫水。待反應(yīng)釜中達(dá)到指定的反應(yīng)溫度、壓力后，按照一定的順序、速度加入計(jì)量的環(huán)氧丙烷和環(huán)氧乙烷，進(jìn)料結(jié)束后，保溫反應(yīng)至反應(yīng)釜內(nèi)的壓力不再發(fā)生變化，抽真空脫除未反應(yīng)的環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷及低分子化合物，得到了消泡劑預(yù)聚物；在一定的條件下對(duì)預(yù)聚物進(jìn)行脫色、降溫處理，最后放料得到消泡劑成品。

1.3 濁點(diǎn)的測(cè)定

配制1%試樣水溶液，此時(shí)的消泡劑在水中為難容懸浮狀態(tài)，將其加入試管中，內(nèi)置溫度計(jì)，置于冰水浴中攪拌，如難溶物全部溶解，記錄此時(shí)的溫度為濁點(diǎn)。

1.4 羥值的測(cè)定

按照GB—T 7383—1997 所提供方法實(shí)施。

1.5 泡沫性能（羅氏泡沫儀）

用表面活性劑1308 和去離子水配制成15%的水溶液作為發(fā)泡液，并加入3%的聚醚消泡劑，使用羅氏泡沫儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試溫度為50 ℃，分別考察0 s、30 s、60 s、120 s、180 s、240 s、300 s、360 s、420 s 的泡沫高度。

1.6 泡沫性能（噴淋機(jī)）

按照1.5 的配方配制噴淋槽液，采用噴淋機(jī)進(jìn)行噴淋實(shí)驗(yàn)，記錄槽液中泡沫高度隨噴淋時(shí)間的變化，測(cè)試條件：溫度為50 ℃，噴淋壓力為0.025 MPa，噴淋時(shí)間為8 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 消泡劑脫色工藝

將未經(jīng)處理的聚醚消泡劑加熱到70～90 ℃之間，然后加入適量的過(guò)氧化氫，充分?jǐn)嚢?，有大量氣泡產(chǎn)生后繼續(xù)攪拌10 min；加入適量的醋酸，充分?jǐn)嚢?0 min，測(cè)定其pH 不再發(fā)生變化為止。經(jīng)不同比例的過(guò)氧化氫和醋酸處理后，結(jié)果如表1所示。

表1 聚醚消泡劑脫色處理

從表1 可以看出，隨著過(guò)氧化氫含量的提高，聚醚消泡劑外觀從黃色液體變?yōu)榈S色液體，提高過(guò)氧化氫含量有利于樣品脫色，但樣品的透明度不夠好，繼續(xù)提高過(guò)氧化氫含量未能提高樣品透明度。同時(shí)，提高醋酸含量，樣品的pH 值變?yōu)樗嵝?，外觀也隨之變?yōu)榈S色透明液體。綜上所述，樣品4中過(guò)氧化氫和醋酸的含量較為合適。

2.2 穩(wěn)定條件實(shí)驗(yàn)

對(duì)聚醚消泡劑進(jìn)行了三次重復(fù)性合成實(shí)驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果與進(jìn)口樣品進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

表2 穩(wěn)定條件實(shí)驗(yàn)

從表2 中可以看出，聚醚消泡劑三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的理化指標(biāo)變化不大，實(shí)驗(yàn)得到產(chǎn)品性能均達(dá)到進(jìn)口樣品的水平，重復(fù)性較好。

2.3 消泡性能分析

一般認(rèn)為消泡劑屬于表面張力較低的物質(zhì)，與泡沫的液膜接觸后，部分液膜的表面張力將低于液膜的其余部分，從而產(chǎn)生表面張力差導(dǎo)致液膜破裂[14]。

2.3.1 羅氏泡沫法

采用羅氏泡沫儀對(duì)自制樣品和進(jìn)口樣品的泡沫性能進(jìn)行分析，如表3所示。

表3 泡沫高度隨時(shí)間變化

由表3 可知，隨著時(shí)間的推移，液體的泡沫高度逐漸降低，前180 s 破泡速度較快，之后破泡速度逐漸降低，最終穩(wěn)定在10 mm 的高度。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，自制樣品的泡沫性能與進(jìn)口樣品接近，可以有效降低工作液的泡沫高度。

2.3.2 噴淋機(jī)實(shí)驗(yàn)

由于消泡劑存在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，其抑泡、消泡作用會(huì)減弱甚至消失，因此，需考察在連續(xù)噴淋（8 h）過(guò)程中，隨著噴淋時(shí)間的延長(zhǎng)，槽液中泡沫高度的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 噴淋機(jī)泡沫高度隨時(shí)間的變化

由圖1 可以看出，隨著噴淋時(shí)間的延長(zhǎng)，槽液中泡沫高度逐漸增加，最終穩(wěn)定在18 cm，自制樣品的抑泡性能與進(jìn)口樣品接近。

3 結(jié)論

1）聚醚消泡劑經(jīng)脫色處理后，顏色可以達(dá)到淡黃色透明液體，且各項(xiàng)理化指標(biāo)性能穩(wěn)定，重現(xiàn)性好。

2）聚醚消泡劑的消泡性能和抑泡性能較好，可以達(dá)到進(jìn)口樣品水平。