低泡表面活性剂及其在工业清洗中的应用

1、概述

泡沫是气体在液体中的分散体系，人们在使用的生成泡沫能力与其其他性能（如润湿、乳化、去污等）并无一定关系。在大规模的清洗、印染等工业中，泡沫不仅影响去污，还难以漂洗，容易残留，甚至溢出清洗装置，造成浪费，且泡沫会从清洗液本相中携带走表面活性剂，使得表面活性剂浓度降低洗沐浴露、洗衣液、洗洁精等清洗产品时会发现，当清洗剂量不足或污垢较多时，泡沫不易产生或产生了也容易消失，于是会很容易用泡沫来衡量清洗剂的去污能力，实际并非如此，清洗剂中的表面活性剂，去污力下降。因此低泡清洗产品在工业清洗中广泛应开发和应用低泡表面用。为适应低泡产品的需要，

工业清洗中泡沫的产生和稳定受到多种因素的影响的和非离子类的表面活性剂，如低泡的氧化胺、低碳链的APG、异辛基咪唑啉等。低碳链、异构化也是对离子型表面活性剂改性（降低体系泡沫稳定性）的常用方式。

基团改性EO/PO嵌段改性：如表面活性剂结构、清洗液中其他组分、酸碱性及电解质、温度、水硬度、油污、清洗方式等。因此低泡表面活性剂是指在使用条件下不产生泡沫或泡沫不稳定且能快速消失的表面活性剂。脱离实际使用条件讨论表面活性剂的泡沫行为是无意义的。如脂肪酸盐（肥皂的主要活性成份）在软水中当属高泡类，而在硬水中，则经常被用作消泡剂。对于非离子表面活性剂的泡沫行为，温度的影响更是至关重要。它们的共性是当温度低于某个范围（一般在其浊点以下），有明显量的泡沫，泡沫消失速度慢。但当温度超过某一值（一般在浊点之上）时，泡沫的数量明显减少，且消泡很快，甚至瞬间破灭。那些一边产生，一边瞬间破灭的情形，属于实际无泡。

非离子表面活性剂分聚氧乙烯（EO环氧乙烷）型和多元醇型两类，在其亲水基（EO聚氧乙烯（环氧乙烷）或羟基）部分掺入亲油基PO环氧丙烷（C3H6O）成份，或者直接用亲油基（PO环氧丙烷（C3H6O）或烷基）将原先的亲水基封堵，形成的EO/PO嵌段聚醚通常为低泡表面活性剂。聚氧乙烯基－O（CH2CH2O）nH为亲水基团，聚氧丙烯基－O（CHCH3CH2O）nH为亲油基，这种亲油亲水混合结构一方面在水溶液里面更易形成胶束，从而表面张力较大，另外这种亲水亲油基团交错混合排列，空间相互阻碍并形成大量液膜之间的空隙，减弱了液膜的强度，最终所形成的泡沫膜壁更容易破裂，从而具有低泡特性。

2、低泡表面活性剂类别及结构特征

低碳链、异构化泡沫的破灭过程是隔开液体的液膜由厚变薄直至破裂的过程，因此低泡表面活性剂是在体系形成的泡沫的液膜强度要弱，同时排液也要快。低碳链的表面活性剂（一般4～8），在体系中表面粘度低，形成的液膜强度低，不容易形成稳定的泡沫，但此类表面活性剂去污力相对较差。异构化的支链表面活性剂，渗透性较好，排液速度较快，也不易形成稳定的泡沫。在各种醇类里面，异辛醇具有突出的消泡效果，由异辛醇衍生的表面活性剂也具有低泡沫的效果。在异辛醇分子式中引入磷酸酯的结构，会提高产物的表面张力，进一步降低产品的泡沫。这类表面活性剂常见的有异辛醇磷酸酯乙烯醚磷酸酯泡表面活性剂就属于此类结构。此类表面活性剂是应用最广泛的低泡表面活性剂，为低泡清洗剂中主要使用的表面活性剂。将有机硅结构中的烷基以聚醚取代，同样可以有效的减少有机硅表面活性剂的泡沫。在净洗领域，特别是针对疏水的固体表面，EO/PO嵌段聚醚改性有机硅表面活性剂可以显著加快对物体表面的润湿速度，增强除油污的效果，减少净洗所用的时间。

聚醚支化

聚氧丙烯（PPO）－聚氧乙烯（PEO）嵌段聚醚是一种典型的非离子型高分子表面活性剂，它的结构具有丰富的可设计性，可以在溶剂中组装成具有各种形貌的介观结构。支状聚醚已开始成为新的研究热点。异辛醇聚氧等。异辛醇的磷酸酯类衍生物是一一般具有较好的类低泡沫的阴离子型表面活性剂，渗透与润湿性能，特别是异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯兼具有一定的乳化性能，常用于酒瓶、幕墙等碱性清洗工艺中。此类表面活性剂既有离子型的也有两性等人利用格尔伯特醇制备的聚氧乙烯醚表面活性剂，明显比常规AEO系列表面活性剂具有低泡性。殷硕合成了多支状多嵌段聚醚，研究了它们的聚集行为，并考察了嵌段聚醚及其改性破乳剂在原油破乳方面的应用。

3、低泡表面活性剂的性能特征

耐酸/碱性：在通常的条件下可以认为它们是耐高碳链的脂肪酸甲酯可用于造纸领域耐强碱型消泡剂。脂肪酸甲酯乙氧基化物继承了聚醚酯类表面活性剂易于分散、表面活性高、抑泡消泡能力强等优点，而且乙氧基化后化亲水性进一步提高，削弱了原来聚氧乙烯链与水分子间的氢键，降低了泡沫膜层的强度，使泡沫更容易破裂。酸/耐碱的，尤其是烷基封端的醇醚可以在高温、高酸/碱条件下长时间稳定（自身的结构不发生变化）。表面活性：由于受分子结构的限制，表面活性剂两亲结构中亲水基和亲油基之间的极性差异明显降低（通常是亲水基团的亲水性降低）。这种结构特征使得它们在很多应用中难以在"油相"和"水相"间恰当地平衡，润湿、乳化、分散、去污等性质相对较差。

浊点降低：由于结构中亲油基团相对增多，低泡非离子表面活性剂浊点相对较低。

凝固点下降：由于亲水端被亲油（如烷基）或相对亲油（丙氧基）的基团封闭，分子间的作用力减弱，导致产品的凝固点下降。这一性质为该类产品的的使用提供了方便，尤其是在低温季节。

4、低泡非离子表面活性剂的发展现状

世界上生产低泡表面活性剂的公司有很多。国际化的公司有巴斯夫、克莱恩、德固赛、陶氏等等。它们可以提供的种类很多，主要有嵌段聚醚类的，各类封端醇醚类的。嵌段聚醚（EO－PO－EO型或PO－EO－PO型）由于有较显著的性价比优势，仍然占很大的份额。九十年代发展起来的封端醇醚为该领域添加了一个新品种，其用量也在扩大中。同时，国内企业的相关产品的影响也在扩大。

金属清洗

金属清洗有多种形式，超声剂，如碱或络合剂等的作用。

分散：提高分散性，有利于防止油污再次沉积到清洗物体表面。

浊点：低泡的表面活性剂不仅一般浊点较低，在配制低泡清洗产品需要加入助溶剂。

抑泡：由于常见的低泡表面活性剂乳化力不够，往往在清洗产品需要复配一些提高乳化力的其他的表面活性剂，低泡表面活性剂需要具备自身低泡同时也要有能力抑制体系其他组分以及油污带来的泡沫。表面活性剂与聚合物、其他表面活性剂等复配、高压喷淋、剧烈搅拌等清洗条件下，低泡表面活性剂在该领域的应用遇到了更大的挑战。与之前的领域相比，主要的区别是在金属清洗中，表面活性剂除了润湿、消泡和抑泡外，还要具有较强的去污作用。另外，随着清洗的进行，油污可能引起体系的泡沫增多，所以要求活性剂同时具有良好的去污特性同时不仅自身低泡，还要有抑制油污引起的泡沫的影响组成低泡活性剂体系。