聚醚型消泡劑是消泡劑產品中最重要的品種之一， 具有無毒、無氣味、無刺激並在水中易分散等特點，除了一般工業套用外，還可套用於食品、發酵、化妝品和醫藥等行業中，是含矽消泡劑所無法取代的。聚醚型消泡劑根據合成所用的起始劑不同可分為多元醇型、脂肪酸酯型和胺醚型，其中套用較為廣泛當屬多元醇型和脂肪酸酯型。我國的聚醚型消泡劑生產起始於1969年，並首先套用於抗生素髮酵，這類產品主要有：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。雖然聚醚型消泡劑的套用較為廣泛，但某些性能與矽油類消泡劑還有一定差距，因此，創新設計聚醚的分子結構以獲得良好的消泡性能是很有必要的。作者探討了使用幾種不同起始劑合成聚醚消泡劑的性能，重點對多元醇型消泡劑的嵌段方式、鏈段長度、不同分子量的變化對消泡性能的影響進行了研究，同時對消泡劑用量以及溫度和pH值等套用條件進行考察，並得到了相應的一些規律。
儀器與藥品
WHF一2型高壓釜，全自動儀表控制系統；ZD．2型振盪機，pH計，600mL刻度量筒，秒表。
丙三醇、月桂酸、十二胺、鹽酸、氫氧化鈉和氫氧化鉀均為化學純；環氧乙烷和環氧丙烷為工業級，含
量大於99．0％ ，水分分別小於0．01％ 和0．1％ 。
實驗
聚醚消泡劑的合成
把一定量的起始劑和催化劑投入高壓釜中，用氮氣置換3次，升溫攪拌，於指定的溫度下負壓脫水至管涼為止；在一定的溫度下同環氧化物進行開環聚合反應，按順序分別滴加一定量的環氧乙烷和環氧丙烷。滴加完畢後老化40min，然後降溫至80~C出料，得到聚醚型消泡劑。
發泡液的配製
用蒸餾水把定量的十二烷基硫酸鈉在燒杯中完全溶解，配製成1％ 的水溶液作為發泡液，發泡液的pH值可根據性能評價的要求使用鹽酸或氫氧化鈉溶液進行調節，體系溫度可根據要求進行升溫或冷卻。
消泡劑的性能評價
把調好的發泡液100mL盛入帶有準確刻度的600mL平底量筒中，用瓶塞蓋嚴並夾在振盪機上進行100次振盪(保證量筒中泡沫起滿)，振盪後迅速取下。然後分別可進行以下性能的評價。
破泡性能評價方法
用滴管準確均勻地向量筒上連線埠加入定量的消泡劑，加完後馬上開啟秒表，及時記錄不同時間的泡高，每個樣品平行重複3次。計算其泡高的平均值作為消泡劑性能評價的標準，泡高越高，說明該消泡劑的破泡性能越差，反之，破泡性能越好。
抑泡性能評價方法
記錄當時的泡高，每個樣品平行重複3次，計算其泡高的平均值作為消泡劑抑泡性評價的標準，泡高越高，說明該消泡劑的抑泡性能越差，反之越好。
穿透時間的測定
用滴管準確均勻地向量筒上連線埠加入定量的消泡劑，加完後馬上開啟秒表，仔細觀察並記錄消泡劑穿越泡沫層到達液面所需的時間，重複3次，取其平均值，作為消泡劑滲透性的評價標準。
結果與討論
不同起始劑對聚醚消泡劑的性能影響
採用傳統的“GPE”型聚醚消泡劑的結構，即起始劑與環氧丙烷先聚合，再與環氧乙烷聚合，分子量為3000，環氧乙烷占總量的10％ ，以不同的起始劑丙三醇、十二胺和月桂酸同環氧化物反應合成了3種典型的聚醚消泡劑。實驗條件：20℃ ，pH=7．0，用量為0．05％ 。不同起始劑消泡劑性能比較的結果見表1。
表1 不同起始劑合成的聚醚消泡劑的性能比較
| 消泡劑品種 | 抑泡/mm | 泡沫高度 | |||||||||
| 0min | 1min | 2min | 3min | 4min | 5min | 6min | 7min | 8min | 9min | ||
| 丙三醇醚 | 260 | 600 | 520 | 460 | 410 | 365 | 320 | 270 | 230 | 190 | 160 |
| 十二胺醚 | 320 | 600 | 545 | 495 | 450 | 395 | 350 | 305 | 265 | 235 | 210 |
| 月桂酸醚 | 365 | 600 | 560 | 515 | 475 | 430 | 395 | 360 | 330 | 295 | 265 |
由表1可以看出，採用上述結構比例合成的3種消泡劑的性能差異較大，丙三醇醚的泡高無論在抑泡性還是在不同時間的破泡性上都是較低的，因此其消泡性能要明顯強於十二胺醚和月桂酸酯，但十二胺醚和月桂酸酯的最佳結構還有待於進一步研究。本文僅以多元醇聚醚為例進行結構與性能研究。
不同嵌段方式對消泡性能的影響
以丙三醇醚為例，合成了二段的“GPE”(丙三醇：PO：EO)和三段的“GPEP”(丙三醇：PO：EO：PO)，分子量均為3000。固定了丙三醇、環氧乙烷和環氧丙烷的比例，環氧乙烷占總量的10％ ，其中三段的“GPEP”的尾段環氧丙烷占總量的2％ 。實驗條件為：20℃ ，pH=7．0，用量為0．05％ 。考察以上兩種嵌段方式對消泡性能的影響，結果見表2。由表2 可以看出，在抑泡性方面，三段的“GPEP”的抑泡性能要明顯好於二段的“GPE”；在破泡性方面，兩種不同的嵌段方式各有其特點，二段的“GPE”在4min以前的泡高明顯低於三段的“GPEP”，說明“GPE”型的前期破泡速度要快於“GPEP”型，但“GPEP”型的泡高在4min時已低於“GPE”型，說明“GPEP”型破泡劑的持續破泡能力較強，而“GPE”型消泡劑的破泡性的後勁明顯不足。綜合來看，三段的“GPEP”型的消泡性能要好於二段的“GPE”型。
表2 不同嵌段方式對消泡性能的影響
| 嵌段方式 | 抑泡/mm | 泡沫高度 | |||||||||
| 0min | 1min | 2min | 3min | 4min | 5min | 6min | 7min | 8min | 9min | ||
| GPE | 260 | 600 | 520 | 460 | 410 | 365 | 320 | 270 | 230 | 190 | 160 |
| GPEP | 180 | 600 | 555 | 485 | 415 | 350 | 295 | 250 | 210 | 175 | 140 |
不同的環氧鏈段長度對消泡性能的影響
採用丙三醇為起始劑的“GPEP”型嵌段方式，分子量為3000，合成具有不同長度的環氧乙烷和環氧丙烷鏈段的聚醚消泡劑進行性能考察。條件均為：20oC，pH=7．0，用量為0．05％ 。為便於比較破泡性能，破泡曲線均取6min時的泡高。
環氧乙烷鏈段長度對消泡性能影響
對於“GPEP”型三嵌段聚醚，固定了尾段(占總量4％)環氧丙烷，改變環氧乙烷鏈段的長度(以占總量的百分比計)，並考察其抑泡和破泡性能。環氧乙烷質量分數對聚醚消泡劑的性能影響較大，在抑泡性方面，環氧乙烷質量分數在4％ 左右泡高較低，體現出較好的抑泡性。這可能是由於起始劑、分子量一定的情況下，環氧乙烷含量越低，相對具有憎水性的環氧丙烷鏈段就越長，消泡劑分子在發泡體系中的溶解性就越差，這樣會阻止和降低氣體在發泡體系中的分散程度，降低形成泡沫的能力，體現出良好的抑泡性。反之，環氧乙烷含量過高，聚醚消泡劑溶於發泡體系，甚至被發泡體系中表面活性劑所增溶，失去氣體在發泡體系中分散過程的阻止作用，導致抑泡性明顯下降甚至失去抑泡性。從破泡性曲線看：在環氧乙烷質量分數6％ 附近的泡高最低，破泡性能很好，這可能是具有低含量環氧乙烷鏈段的分子會提高進入液膜的速度和在液膜表面上的鋪展程度，比較容易擴散到氣液膜表面產生作用，從而表現出優良的破泡性，隨著環氧乙烷含量的提高，相對環氧丙烷鏈段長度就會縮短，這樣就會影響消泡劑分子在液膜表面或界面上排列的狀態，導致通過消泡劑分子作用形成的新液膜強度和粘度降低，使得破泡性能下降。
環氧丙烷鏈段長度對消泡性能影響
對於“GPEP”型結構的三嵌段聚醚，確定了6％的環氧乙烷質量分數，分子量仍為3000，這樣前後兩段環氧丙烷鏈段的總量也就固定了，但這裡前後兩段環氧丙烷鏈段的長度是可以變化的。，後兩段環氧丙烷鏈段長度的改變對消泡性能也有一定影響，當然最後一段環氧丙烷鏈段含量的增加，相對前一段環氧丙烷鏈段的長度是在縮短。從破泡曲線看，環氧丙烷質量分數在8％ 附近泡高呈現最底點，意味著破泡性最好，說明適當提高尾段環氧丙烷鏈段的長度會有助於提高消泡劑在氣液膜上的鋪展性和分散性，但過長的環氧丙烷尾段會影響形成新液膜的強度，造成液膜不宜破裂，降低破泡性。從抑泡曲線看，隨著尾段環氧丙烷含量的增長，泡高有一定下降，說明抑泡性能有所提高，但在環氧丙烷質量分數的6％ 以後曲線較為平坦，說明抑泡性能變化不大。
用途
聚醚型消泡劑系列可廣泛套用於醫藥工業，各種抗生素（如土黴素、四環素、慶大黴素等）、味素、酵母、檸檬酸、衣康酸、黃原膠等發酵過程的消抑泡，也可以套用於化工、紡織、印染、油漆、塗料、造紙等行業，效果顯著。產品符合國家衛生標準。
結論
在3種典型的聚醚消泡劑中，丙三醇醚的消泡性能要強於脂肪酸酯和脂肪胺醚。丙三醇醚型消泡劑的最佳結構為：嵌段方式“GPEP”型，分子量為3500，環氧乙烷質量分數為6％ ，尾段環氧丙烷為8％ 。丙三醇醚型消泡劑適宜的使用條件為：消泡劑的最佳用量0．2％ ；提高體系溫度有利於破泡性，降低體系溫度有利於抑泡性；體系pH值的變化對抑泡性基本無影響，而適當提高體系的pH值則有利於提高消泡劑的破泡性。
參考文獻
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