一种有机硅乳液消泡剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种有机硅乳液消泡剂及其制备方法 (Organic silicon emulsion defoaming agent and preparation method thereof ) 是由 苏芳 黄伟 曹添 胡佳新 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明的目的是提供一种有机硅乳液消泡剂及其制备方法。使用含氢硅油和白炭黑反应生成白炭黑硅膏来部分代替高粘度有机硅组合物,降低高粘度有机硅组合物带来的产品漂油、析出等相容性问题,通过引入助乳化剂来制备有机硅乳液消泡剂,制备的有机硅乳液消泡剂在应用体系中具有很好的相容性、耐高温性和消抑泡性能。(The invention aims to provide an organic silicon emulsion defoaming agent and a preparation method thereof. The high-viscosity silicone composition is partially replaced by white carbon black silicon paste generated by the reaction of hydrogen-containing silicone oil and white carbon black, the compatibility problems of product floating oil, precipitation and the like caused by the high-viscosity silicone composition are reduced, the silicone emulsion defoamer is prepared by introducing the co-emulsifier, and the prepared silicone emulsion defoamer has good compatibility, high temperature resistance and defoaming performance in an application system.)
技术领域
本发明涉及一种有机硅乳液消泡剂及其制备方法，它涉及精细化学品添加剂的制备，因此隶属于精细化工制剂技术领域。
背景技术
有机硅乳液消泡剂是重要的有机硅消泡剂产品之一，由于它的独特性能和特点，在工业上得到广泛的应用，被广泛用于造纸、纺织、浆料、涂料、建筑、皮革、医药、化妆品等工业领域，并且应用领域还在不断拓展，应用潜能很大。在上述应用领域中，有机硅以水乳液的形式使用最为经济、方便、安全，同时符合环保的要求。
评价一种有机硅乳液，通常将其功能与其余相关性质紧密联系在一起，例如，有机硅消泡剂乳液在保证消泡性能的同时还必须要考虑到产品的稀释稳定性、抗剪切性、储存稳定性、耐温稳定性和相容性等等，如果将稳定性不好的有机硅乳液消泡剂具体应用时，就很容易漂油析出，形成“硅斑”，严重影响工业生产正常进行，造成经济上的重大损失。因此，有机硅乳液的稳定性相当重要。
有机硅乳液的关键组分乳化剂主要是用来分散活性物质的。大量的实验经验表明，乳化剂过多，会影响到有机硅乳液的主要功能；乳化剂过少，得到的有机硅乳液则很不稳定，可能会造成损失。专利 CN102284198、CN102527096A 提出了聚醚改性聚硅氧烷，通过在聚硅氧烷主链上以 Si-C 或 Si-O-C 键接枝亲水的聚醚链段，具有一定的乳化性 ；专利EP0341952 则是将聚有机硅氧烷和聚醚改性聚硅氧烷复配使用，进一步提高乳液的消抑泡性能。专利CN1807512和 CN101298027介绍了通过加入一些辅助物质将高粘度的有机硅混合物分散于水中，制备成较稳定的有机硅乳液；专利CN102002242A介绍了一种引入高级脂肪醇聚醚来提高乳液稳定性的方法；专利CN101003008介绍了通过对作为乳化剂的含有羟基的聚醚分子进行化学改性处理，生成新的封端聚醚，然后将之用于乳液制备中，从而制得稳定乳液。
上述专利通过不同结构的硅聚醚来乳化制备有机硅乳液，产品的消抑泡性能、相容性、稳定性无法兼顾。
发明内容
本发明的目的是提供一种有机硅乳液消泡剂及其制备方法。使用含氢硅油和白炭黑反应生成白炭黑硅膏来部分代替高粘度有机硅组合物，降低高粘度有机硅组合物带来的产品漂油、析出等相容性问题，通过引入助乳化剂来制备有机硅乳液消泡剂，制备的有机硅乳液消泡剂在应用体系中具有很好的相容性、耐高温性和消抑泡性能。
本发明制备的有机硅乳液消泡剂由以下组分组成：
A. 硅聚醚：
所述硅聚醚的结构式为：(CH3)3SiO{(CH3)2SiO) x (CH3GSiO) y }(CH3)3，G为聚醚基团，结构式为：–(CH2) z (EO) g (PO) h R，其中，R为—H或—CH3或—COCH3；下标x，y，z，g，h为聚合度，x为10~500的整数；y为1~50的整数；z为2~6的整数；g为1~40整数；h为1~60的整数；硅聚醚的用量占有机硅乳液消泡剂总质量的5~15%。
B. 高粘度有机硅组合物：
所述的高粘度有机硅组合物，其由聚有机硅氧烷、白炭黑、硅树脂、催化剂经过一定的工艺处理而成，这种制备方法为技术人员所公知技术。本发明所述的高粘度有机硅组合物在25℃时的动力粘度为200,000～900,000mPa·s，用量占有机硅乳液消泡剂总质量的5-15%。
C、白炭黑硅膏
所述的白炭黑硅膏是将质量分数为2-8%的亲水白炭黑与92-98%的高含氢硅油加入到反应器中，在温度130-180℃下搅拌1-3h后，得到白炭黑硅膏；白炭黑硅膏的用量占有机硅乳液消泡剂总质量的5-10%。
D. 乳化剂
本发明中的乳化剂为非离子表面活性剂，具体选自壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、月桂酸聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯醚、失水山梨醇单硬脂酸酯、失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇单硬脂酸聚氧乙烯醚酯、失水山梨醇单油酸聚氧乙烯醚酯、失水山梨醇三硬脂酸聚氧乙烯醚酯、蓖麻油聚氧乙烯醚。使用的非离子表面活性剂可单独使用，也可混合使用。用量占有机硅乳液消泡剂总质量的0.5~5%。
E. 助乳化剂
所述的助乳化剂选自正丁醇、乙二醇、 丙二醇、甘油、聚甘油酯中的一种或几种，其质量占有机硅乳液消泡剂总质量的0.5-5%。
F. 增稠剂
本发明所述的增稠剂为丙烯酸碱溶胀增稠剂，此类增稠剂通过碱调节pH值，使体系增稠，提高体系粘度。增稠剂的用量占有机硅乳液消泡剂总质量的0.5~3%。
G. 水
为去离子水，用量占有机硅乳液消泡剂总质量的60~80%。
本发明中有机硅乳液消泡剂的制备方法为：
①室温下，首先将高粘度有机硅组合物、白炭黑硅膏、硅聚醚、乳化剂高速搅拌混合0.5～1.5h；
② 将温度升高至60～90℃，边搅拌边加入助乳化剂，搅拌混合时间为0.5~1h；
③ 搅拌完成后，将上述混合物通过均质机进一步乳化；
④ 在经过均质机乳化的混合物中加入增稠剂和去离子水，搅拌均匀，调节pH值为7.0，得到有机硅乳液消泡剂。
具体实施方式
（1）白炭黑硅膏的制备
白炭黑硅膏C1：将质量分数为2%的亲水白炭黑与98%的高含氢硅油加入到反应器中，在温度130℃下搅拌3h后，得到白炭黑硅膏
白炭黑硅膏C2：将质量分数为8%的亲水白炭黑与92%的高含氢硅油加入到反应器中，在温度180℃下搅拌1h后，得到白炭黑硅膏
白炭黑硅膏C3：将质量分数为4%的亲水白炭黑与96%的高含氢硅油加入到反应器中，在温度150℃下搅拌2h后，得到白炭黑硅膏
白炭黑硅膏C4：将质量分数为6%的亲水白炭黑与94%的高含氢硅油加入到反应器中，在温度170℃下搅拌2h后，得到白炭黑硅膏
白炭黑硅膏C5：将质量分数为3%的亲水白炭黑与97%的高含氢硅油加入到反应器中，在温度140℃下搅拌1.5h后，得到白炭黑硅膏
（2）高粘度有机硅组合物的制备
参考专利US4639489中例1的制备方法制备以下不同粘度的有机硅组合物，具体如下：
表1 高粘度有机硅组合物
（3）硅聚醚的制备
表2 硅聚醚的制备
有机硅乳液消泡剂的制备
实施例1
室温下，首先将5g高粘度有机硅组合物B1、8.5g白炭黑硅膏C1、5g硅聚醚E1、0.5g壬基酚聚氧乙烯醚高速搅拌混合0.5h；将温度升高至90℃，边搅拌边加入0.5g正丁醇，搅拌混合时间为0.5h；搅拌完成后，将上述混合物通过均质机进一步乳化；在经过均质机乳化的混合物中加入0.5g丙烯酸碱溶胀增稠剂和80g去离子水，搅拌均匀，调节pH值为7.0，得到有机硅乳液消泡剂。
实施例2
室温下，首先将15g高粘度有机硅组合物B2、8.5g白炭黑硅膏C2、15g硅聚醚E2、0.2g油酸聚氧乙烯醚、0.3g失水山梨醇单硬脂酸酯高速搅拌混合1.5h；将温度升高至60℃，边搅拌边加入0.5g乙二醇，搅拌混合时间为1h；搅拌完成后，将上述混合物通过均质机进一步乳化；在经过均质机乳化的混合物中加入0.5g丙烯酸碱溶胀增稠剂和60g去离子水，搅拌均匀，调节pH值为7.0，得到有机硅乳液消泡剂。
实施例3
室温下，首先将7g高粘度有机硅组合物B3、8g白炭黑硅膏C3、7g硅聚醚E3、5g失水山梨醇单硬脂酸聚氧乙烯醚酯高速搅拌混合1h；将温度升高至75℃，边搅拌边加入5g丙二醇，搅拌混合时间为1h；搅拌完成后，将上述混合物通过均质机进一步乳化；在经过均质机乳化的混合物中加入3g丙烯酸碱溶胀增稠剂和65去离子水，搅拌均匀，调节pH值为7.0，得到有机硅乳液消泡剂。
实施例4
室温下，首先将7g高粘度有机硅组合物B4、5g白炭黑硅膏C4、10g硅聚醚E4、1.5g失水山梨醇三硬脂酸聚氧乙烯醚酯、1.5g蓖麻油聚氧乙烯醚高速搅拌混合1h；将温度升高至80℃，边搅拌边加入3g甘油，搅拌混合时间为0.5h；搅拌完成后，将上述混合物通过均质机进一步乳化；在经过均质机乳化的混合物中加入2g丙烯酸碱溶胀增稠剂和70g去离子水，搅拌均匀，调节pH值为7.0，得到有机硅乳液消泡剂。
实施例5
室温下，首先将8g高粘度有机硅组合物B1、10g白炭黑硅膏C5、8g硅聚醚E1、1g蓖麻油聚氧乙烯醚高速搅拌混合1.5h；将温度升高至70℃，边搅拌边加入1g聚甘油酯，搅拌混合时间为1h；搅拌完成后，将上述混合物通过均质机进一步乳化；在经过均质机乳化的混合物中加入1g丙烯酸碱溶胀增稠剂和71g去离子水，搅拌均匀，调节pH值为7.0，得到有机硅乳液消泡剂。
对比例1
室温下，首先将13.5g高粘度有机硅组合物B1、5g硅聚醚E1、0.5g壬基酚聚氧乙烯醚高速搅拌混合0.5h；将温度升高至90℃，边搅拌边加入0.5g正丁醇，搅拌混合时间为0.5h；搅拌完成后，将上述混合物通过均质机进一步乳化；在经过均质机乳化的混合物中加入0.5g丙烯酸碱溶胀增稠剂和80g去离子水，搅拌均匀，调节pH值为7.0，得到有机硅乳液消泡剂。
对比例2-
室温下，首先将15g高粘度有机硅组合物B2、8.5g白炭黑硅膏C2、15g硅聚醚E2、0.2g油酸聚氧乙烯醚、0.8g失水山梨醇单硬脂酸酯高速搅拌混合1.5h；搅拌完成后，将上述混合物通过均质机进一步乳化；在经过均质机乳化的混合物中加入0.5g丙烯酸碱溶胀增稠剂和60g去离子水，搅拌均匀，调节pH值为7.0，得到有机硅乳液消泡剂。
对比例3
室温下，首先将7g高粘度有机硅组合物B3、8g白炭黑硅膏C3、7g硅聚醚E3、5g失水山梨醇单硬脂酸聚氧乙烯醚酯、5g丙二醇高速搅拌混合1h；搅拌完成后，将上述混合物通过均质机进一步乳化；在经过均质机乳化的混合物中加入3g丙烯酸碱溶胀增稠剂和65去离子水，搅拌均匀，调节pH值为7.0，得到有机硅乳液消泡剂。
有机硅乳液消泡剂的测试方法
（1）水稀释液的高温稳定性：
按照1%的有机硅乳液消泡剂加入到99%的水中，升温后观察水稀释液的液面状况，当液面开始出现油点，记下此时的温度，即为该消泡剂的漂油温度，漂油温度越高，则耐高温性能越好。
表3 水稀释液的高温稳定性
（2）消泡剂相容性测试：
在150ml杯中先加入100ml应用体系的浆料，再加入1%的有机硅乳液消泡剂，密闭杯子。并用力摇晃5分钟，将杯子密闭放入70℃的水浴锅中保温1h后取出，待温度降至常温观察此时浆料中液面的情况和杯内壁情况，析出越少，则相容性越好。
表4 浆料中的热稳定性
（3）有机硅消泡剂的消抑泡性能：
取250ml具塞量筒加入160ml配制好的起泡液，再加入0.05g有机硅乳液消泡剂，以2s/次的速度上下摇瓶，每组摇瓶10次，记录下每组的消泡时间，消泡时间越短，则消抑泡性能越好。
表5消泡剂的消抑泡性能
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