本發(fā)明涉及化工品領(lǐng)域,特別是涉及一種含聚丙烯酰胺的超支化聚醚改性有機(jī)硅消泡劑及其制備方法。
技術(shù)背景
消泡劑,又稱為除泡劑或破泡劑,在工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生許多影響生產(chǎn)的泡沫,需要添加消泡劑。廣泛應(yīng)用于清除膠乳、紡織上漿、食品發(fā)酵、生物醫(yī)藥、涂料、石油化工、造紙、工業(yè)清洗、污水處理等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有害泡沫。
現(xiàn)行的消泡劑按照組成可分為有機(jī)硅型和聚醚型兩大類,有機(jī)硅消泡劑由于乳化劑等助劑的加入,在較高溫度下容易出現(xiàn)破乳、漂油等缺陷;聚醚型消泡劑多是由起始劑和環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷開(kāi)環(huán)聚合形成的聚合物,其最大的優(yōu)點(diǎn)是抑泡力強(qiáng),但致命缺點(diǎn)是破泡率低,消泡緩慢不徹底。近年來(lái)關(guān)于開(kāi)發(fā)新的適用性更強(qiáng),消泡效率更高的消泡劑的研究層出不窮。聚醚改性硅油消泡劑通過(guò)在硅油鏈段上引入聚醚鏈段,從而兼具兩種消泡劑共同的優(yōu)點(diǎn),消泡效力強(qiáng),耐熱性、抗剪切性及耐酸堿性能好。但是目前研究的聚醚改性硅油消泡劑在抗剪切性能方面不甚理想,限制了其在涂料、石油化工、造紙等一些領(lǐng)域上的應(yīng)用。
超支化聚合物是一類具有準(zhǔn)球形結(jié)構(gòu)的高度支化大分子,含有大量末端官能團(tuán),具有低熔體和溶液黏度的特點(diǎn)。線性聚合物受剪切后,分子主鏈被打斷,導(dǎo)致分子量大幅下降,而超支化聚合物受剪切后,只會(huì)打斷某一支化結(jié)構(gòu),不會(huì)影響主鏈性能,故超支化聚合物理論上會(huì)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酰胺的合成和表征》一文中,以超支化聚縮水甘油醚、丙烯酰胺在鈰鹽-羥基引發(fā)體系下發(fā)生自由基聚合,得到了高度支化的水溶性超支化聚丙烯酰胺HPG-star-PAM,結(jié)果表明高度支化的聚丙烯酰胺樣品具有優(yōu)異的抗剪切性能。
因此,本發(fā)明通過(guò)對(duì)超支化聚醚的端基改性制備端烯丙基超支化聚醚多元醇,利用改性后超支化聚醚的雙鍵結(jié)構(gòu)與聚硅氧烷發(fā)生硅氫加成反應(yīng),制備出超支化聚醚改性聚硅氧烷,提高消泡劑的抗剪切性能、消泡抑泡性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供一種含聚丙烯酰胺的超支化聚醚改性有機(jī)硅消泡劑及其制備方法。
一種含聚丙烯酰胺的超支化聚醚改性有機(jī)硅消泡劑,由以下重量份的原料組成:聚硅氧烷22-38份,超支化聚醚13-21份,烯丙基縮水甘油醚15-25份,環(huán)氧丙烷40-60份,雙金屬氰化絡(luò)合物0.2-0.5份,異丙醇50-70份,氯鉑酸催化劑0.2-0.5份,超細(xì)硅酸鋁2-6份,山梨糖醇1-2份,吐溫60 1-2份,羧甲基纖維素鈉1-3份,去離子水適量,聚丙烯酰胺1-2份,聚乙烯基吡咯烷酮0.5-1份。
具體步驟如下:
(1)端烯丙基超支化聚醚的制備:
將超支化聚醚和雙金屬氰化絡(luò)合物加入到高壓反應(yīng)釜中,抽真空脫水,并用氮?dú)庵脫Q3次,升溫至120℃后,通入2/3份環(huán)氧丙烷,控制反應(yīng)過(guò)程溫度在130-140℃左右,當(dāng)釜內(nèi)壓力下降時(shí),加入烯丙基縮水甘油醚和剩余環(huán)氧丙烷繼續(xù)聚合一段時(shí)間,至釜內(nèi)壓力不再變化,抽真空脫去未反應(yīng)單體,即制備出端烯丙基超支化聚醚;
(2)端烯丙基超支化聚醚接枝聚硅氧烷:
在裝有磁力攪拌器、溫度計(jì)、回流冷凝管的三口瓶中,加入聚硅氧烷、異丙醇以及步驟(1)制備的端烯丙基超支化聚醚,在攪拌下,40-60℃下通氮?dú)獯迪?0-40分鐘,加入氯鉑酸催化劑,在氮?dú)獗Wo(hù)下,升溫至100-130℃反應(yīng)3-6小時(shí),減壓蒸餾除去異丙醇,得到端烯丙基超支化聚醚接枝聚硅氧烷;
(3)將步驟(2)得到的端烯丙基超支化聚醚接枝聚硅氧烷與超細(xì)硅酸鋁攪拌混合均勻,升溫至150-170℃,保溫反應(yīng)1-3小時(shí),得到聚醚硅膏;
(4)在去離子水中加入山梨糖醇、吐溫60,升溫至60-90℃,攪拌10-25分鐘,使其完全溶解,之后加入羧甲基纖維素鈉,混合均勻后,加入上述硅膏,600-800r/min條件下快速攪拌50-70分鐘,最后加入聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮繼續(xù)攪拌10-18分鐘,之后用高剪切乳化機(jī)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(huán)氧丁烷或3-甲基-3-羥甲基環(huán)氧丁烷在引發(fā)劑下自縮合,然后陽(yáng)離子開(kāi)環(huán)聚合得到,支化度為0.2-0.6,數(shù)均分子量為10000-30000。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)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(jié)構(gòu)的烯丙基縮水甘油醚上的環(huán)氧基團(tuán)與羥基發(fā)生開(kāi)環(huán)聚合制備端烯丙基超支化聚醚,利用改性后超支化聚醚端基的雙鍵結(jié)構(gòu)與聚硅氧烷發(fā)生硅氫加成反應(yīng),合成超支化聚醚改性聚硅氧烷,用以制備的消泡劑具有優(yōu)異的抗剪切性能,能適合多種場(chǎng)合。
(2)本發(fā)明制備的超支化聚醚改性聚硅氧烷為Si-C型,在水溶液中化學(xué)穩(wěn)定性較好,可長(zhǎng)時(shí)間保存,同時(shí)有利于提高其長(zhǎng)時(shí)間的消泡效率。
(3)本發(fā)明中加入了聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮復(fù)配,提高了消泡劑的消泡能力和化學(xué)穩(wěn)定性。
具體實(shí)施方式
一種含聚丙烯酰胺的超支化聚醚改性有機(jī)硅消泡劑,由以下重量份(公斤)的原料組成:聚硅氧烷35,超支化聚醚17,烯丙基縮水甘油醚22,環(huán)氧丙烷50,雙金屬氰化絡(luò)合物0.4,異丙醇60,氯鉑酸催化劑0.4,超細(xì)硅酸鋁4,山梨糖醇1,吐溫60 2,羧甲基纖維素鈉2,去離子水適量,聚丙烯酰胺2,聚乙烯基吡咯烷酮0.8。
具體步驟如下:
(1)端烯丙基超支化聚醚的制備:
將超支化聚醚和雙金屬氰化絡(luò)合物加入到高壓反應(yīng)釜中,抽真空脫水,并用氮?dú)庵脫Q3次,升溫至120℃后,通入2/3份環(huán)氧丙烷,控制反應(yīng)過(guò)程溫度在135℃左右,當(dāng)釜內(nèi)壓力下降時(shí),加入烯丙基縮水甘油醚和剩余環(huán)氧丙烷繼續(xù)聚合一段時(shí)間,至釜內(nèi)壓力不再變化,抽真空脫去未反應(yīng)單體,即制備出端烯丙基超支化聚醚;
(2)端烯丙基超支化聚醚接枝聚硅氧烷:
在裝有磁力攪拌器、溫度計(jì)、回流冷凝管的三口瓶中,加入聚硅氧烷、異丙醇以及步驟(1)制備的端烯丙基超支化聚醚,在攪拌下,50℃下通氮?dú)獯迪?0分鐘,加入氯鉑酸催化劑,在氮?dú)獗Wo(hù)下,升溫至110℃反應(yīng)4小時(shí),減壓蒸餾除去異丙醇,得到端烯丙基超支化聚醚接枝聚硅氧烷;
(3)將步驟(2)得到的端烯丙基超支化聚醚接枝聚硅氧烷與超細(xì)硅酸鋁攪拌混合均勻,升溫至160℃,保溫反應(yīng)2小時(shí),得到聚醚硅膏;
(4)在去離子水中加入山梨糖醇、吐溫60,升溫至80℃,攪拌20分鐘,使其完全溶解,之后加入羧甲基纖維素鈉,混合均勻后,加入上述硅膏,800r/min條件下快速攪拌60分鐘,最后加入聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮繼續(xù)攪拌16分鐘,之后用高剪切乳化機(jī)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(huán)氧丁烷或3-甲基-3-羥甲基環(huán)氧丁烷在引發(fā)劑下自縮合,然后陽(yáng)離子開(kāi)環(huán)聚合得到,支化度為0.5,數(shù)均分子量為20000。
本發(fā)明消泡劑的消泡性能用鼓泡法評(píng)價(jià):
在85-150℃,堿度>10mg/L的起泡體系中,消泡性能低于110mm泡沫高度,抑泡性能低于220mm泡沫高度。