基本信息
- 项目名称：
- JUC-A与JUC-B有机硅消泡剂的开发研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 针对纤维纺丝油剂在使用时起泡严重问题，选用低粘度二甲基硅油、气相SiO2等复配制得两种有机硅O/W型消泡剂。系统考察了各种复配条件和各种组分的用量对所研发消泡剂的消泡性能影响，确定了最佳制备条件。
- 详细介绍：
- 泡沫是气体分散于液体所形成的多分散体系，由于气液两相密度相差大，液相中的气泡通常会很快上升到液面，如果液面存在一层较稳定的液膜，就会形成泡沫，因此，泡沫可以看成是一种由液膜隔开的气泡聚集物。当气体通入水等一些粘度低的纯液体时并不能得到稳定而持久的泡沫。当水中有表面活性剂存在时，即可得到稳定性较好的泡沫，这就是表面活性剂的起泡作用。 目前在纺丝油剂领域使用的纤维油剂组分多为阴、阳离子表面活性剂，具有一定的起泡性，油剂复合生产时产生大量的泡沫，导致整个油剂体系体积增大，油剂装置不能满负荷工作，同时也给包装工序带来麻烦。 然而目前在纺丝油剂领域使用的消泡剂消泡效果还不理想，消泡效率较低，且成本很高。国产短纤维油剂的性能在使用中并不稳定，生产中其溶液在强冲击下会产生大量泡沫，消泡所用的费用很高，并使用过多会影响纤维品质。 基于上述问题研究了目前在纤维纺丝油剂中使用较少的有机硅消泡剂，并系统考察了对消泡剂性能的影响因素，得出最佳制备条件。 创新点： （１）乙醇和油酸对二氧化硅进行高温表面处理。 （２）选用两种低粘度二甲基硅油，研发了两种消泡剂。 （３）对比研究了两种消泡剂的消泡抑泡效果，找到了如何针对实际工况添加消泡、抑泡剂的方式。 JUC-A为采用相对高粘度二甲基硅油为主料，抑泡性能良好，可直接加入起泡体系，以抑制泡沫生成。 由于原料具有化学惰性，且加入量极少，所以不会影响起泡体系正常功能。同时该产品也具有消泡功能，但是消泡速度较JUC－B慢。 JUC-B采用相对低粘度二甲基硅油为主料。此产品具有很好的表面扩散能力，消泡快速，铺展能力好，但抑泡能力一般，主要作用是消泡。 从曲线可以明显看出，消泡速率逐渐减慢，其消泡的最佳时间段内消除的泡沫是有限的。先加入一定量JUC-A的起泡体系起泡高度降低，当其起泡高度控制在JUC-B快速消泡的泡沫高度范围内时再加入JUC-B，将达到最优消泡抑泡效果。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 作品撰写目的：针对纤维生产过程中纺丝油剂在拔丝工艺操作过程中起泡严重，使用的市售消泡剂不能很好起到消泡和抑泡作用，造成油剂的严重浪费和环境污染等问题，研发了目前在纺丝中应用较少的有机硅消泡剂。 基本思路：JUC-A与JUC-B有机硅消泡剂是以不同粘度的二甲基硅油为主料复配而成，通过表面张力的差异使液膜破裂。选用低粘度二甲基硅油，研究不同配比对消泡抑泡性能的影响，从而确定最优配方。
科学性、先进性及独特之处
- 本作品是在实习过程中发现的，针对纤维生产企业所使用的消泡剂消泡效率低、成本高等缺点，本研究小组研发了两种在纺丝油剂中极少应用的有机硅消泡剂，它具有环保、无毒、高效、稳定性好、生理惰性、性价比高的特点。 该消泡剂针对不同生产工况的实际起泡情况，可以随时调整JUC-A与JUC-B的用量，真正做到用量最少，消泡效率高，操作灵活。可推广到任何起泡体系的消泡和抑泡，从而带动相关行业发展。
应用价值和现实意义
- 目前，消泡剂的使用没有明确的用量标准以及加入的条件规定，如：加入时的温度、时间、流量、加入点等，没有充分发挥消泡剂功效，造成严重的浪费，并且污染环境。经过实验研究与创新，探索出与纺丝油剂TDS-2000A,TDS-2000B配合使用的消泡剂的最佳配方、消泡剂的用量标准和加入条件。从而达到减少消泡剂用量，降低生产成本的目的，并带动相关产业的发展。
学术论文摘要
- 针对纤维纺丝油剂在使用时起泡严重问题，选用低粘度二甲基硅油、气相SiO2、几种乳化剂、增稠剂、水等复配制得两种有机硅O/W型消泡剂。系统考察了各种复配条件和各种组分的用量对所研发消泡剂的消泡性能影响，确定了最佳制备条件。研究结果表明，JUC-A消泡剂抑泡性能优于JUC-B消泡剂可直接加入于起泡体系；JUC-B消泡剂消泡速率高，用于现场迅速消泡，并且通过粒径分析确定可以添加于纺丝油剂中。根据现场复杂工况，可以随时调节JUC-A与JUC-B的用量，达到用量最少，效果最佳。JUC系列消泡剂操作简便，绿色环保，安全无毒，性价比高。 关键词：消泡剂；有机硅；制备；纤维油剂。
获奖情况
- ２００９年挑战杯“吉林省大学生课外学术科技作品竞赛”一等奖
鉴定结果
- 经查阅相关的数据库，针对于纺丝油剂起泡体系的专用型有机硅消泡剂鲜见报道，且JUC-A与JUC-B有机硅消泡剂消泡迅速，抑泡持久，且具有通用性。
参考文献
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同类课题研究水平概述
- 用化学的方法消泡首先由德国实验物理学家Quineke提出，例如用乙醚蒸汽可消除肥皂泡等。日本的佐佐木恒孝和美国的S.Ross、Currie C C.做了研究大量的工作。 我国消泡剂的研究起步晚，20世纪50年代对于发酵、造纸、润滑油、传动油的消泡问题进行系统研究。60年代末,开始研究聚醚型消泡剂,70年代以来投入生产,首先应用于抗菌素发酵,并逐渐推广到其他领域。80年代,消泡技术在我国各行各业得到了广泛的应用。我国从20 世纪70 年代开始研制和使用有机硅消泡剂,近年来取得了较好的效果。 消泡剂主要分为非硅型、聚醚型和有机硅型消泡剂，非硅型消泡剂有矿物油、脂肪酸及脂肪酸酯、磷酸脂、脂肪酰胺、醚、低级醇类等有机物。但它适合于在液体剪切力较小，所含表面活性剂发泡能力较温和的条件下使用，对致密型泡沫的消除能力较差。聚醚型消泡剂所用聚醚是分子量较低的聚氧乙烯与聚氧丙烯的嵌段共聚物，它是一种性能优良的水溶性非离子表面活性剂。聚醚型消泡剂的扩展系数较大，因此破坏泡沫作用很强，但抑泡作用很差，主要应用于一般工业，食品、医药和化妆品行业。有机硅消泡剂具有表面张力小，表面活性高，消泡力强，用量少，成本低。它与水及多数有机物不相混溶，对大多数气泡介质均能消泡。它具有较好的热稳定性，可在-5℃～150℃温度范围内使用；其化学稳定性好，难与其他物质反应，只要复配适当，可在酸、碱、盐溶液中使用，无损产品质量；它还具有生理惰性，通常用于食品和医药行业。它对所有气泡体系兼具有抑泡、消泡功能，隶属广谱型消泡剂范畴。它被广泛用于洗涤剂、造纸、纸浆、制糖、电镀、化肥、助剂、废水处理等生产过程中的消泡。对于该类消泡剂的制备，李荣、何玉莲、张国运、白浩、杨俊玲和张宝银等做了大量工作，他们都是以高粘度的甲基硅油和二氧化硅为消泡剂主剂，以不同的乳化剂、增稠剂和水为消泡剂助剂，分别复配出不同消泡性能的消泡剂。主要的品种有：SXP-3、SG、Bx-3、GXP114、J Y- 1、OS、XP-1等。但有机硅消泡剂在纺丝油剂中的应用鲜见报道。 本作品是以低粘度的硅油和二氧化硅为消泡剂主剂，以多种非离子表面活性剂的混合物为乳化剂，制备了消泡性能好、消泡时间短、消泡和抑泡效率高的两种有机硅消泡剂，针对不同工况对纺丝油剂有良好的消泡抑泡作用，且应用灵活。
