第一节 消泡剂的定义
消泡剂,也称消沫剂,是在食品加工过程中降低表面张力,抑制泡沫产生或消除已产生泡沫的食品添加剂。我国许可使用的消泡剂有乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷等7种。(可行性
研究报告)
第二节 消泡剂应用机理
1.泡沫局部表面张力降低导致泡沫破灭
该种机理的起源是将高级醇或植物油撒在泡沫 上,当其溶入泡沫液,会显著降低该处的表面张力。因为这些物质一般对水的溶解度较小,表面张力的降低仅限于泡沫的局部,而泡沫周围的表面张力几乎没有变化。表面张力降低的部分被强烈地向四周牵引、延伸,最后破裂。
2.消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭
消泡剂添加到泡沫体系中,会向气液界面扩散,使具有稳泡作用的表面活性剂难以发生恢复膜弹性的能力。
3.消泡剂能促使液膜排液,因而导致气泡破灭
泡沫排液的速率可以反映泡沫的稳定性,添加一种加速泡沫排液的物质,也可以起到消泡作用。
4.添加疏水固体颗粒可导致气泡破灭
在气泡表面疏水固体颗粒会吸引表面活性剂的 疏水端,使疏水颗粒产生亲水性并进入水相,从而起到消泡的作用。
5.增溶助泡表面活性剂可导致气泡破灭
某些能与溶液充分混合的低分子物质,可以使气泡表面活性剂被增溶、使其有效浓度降低。有这 种作用的低分子物质如辛醇、乙醇、丙醇等醇类,不仅可减少表面层的表面活性剂浓度,而且还会溶入表面活性剂吸附层,降低表面活性剂分子间的紧密程度,从而减弱了泡沫的稳定性。
6.电解质瓦解表面活性剂双电层而导致气泡破灭
对于借助泡沫的表面活性剂双电层互相作用,产生稳定性的起泡液,加入普通的电解质即可瓦解表面活性剂的双电层起消泡作用。
第三节 消泡剂的发展背景
消泡剂发展历程中,主要分为四个阶段。
第一类消泡剂,主要是由各种有机物构成,如:脂肪酸、矿物油、脂肪酰胺、低级醇类等。这种消泡剂多数为天然物质,对环境污染小,价格低廉。由于消泡性能比较弱,对于大量泡沫的情况不能满足生产的要求。
第二类是聚醚类消泡剂,分子通式为:CnH(2n+1)O(EO)a(PO)bH,聚氧乙烯基链段(EO)是亲水基;聚氧丙烯基链段(PO)是亲油基[6]。这种消泡剂抑泡性能好,无毒、无刺激、并且具有良好的分散性。在实际生产中调节聚醚的相对分子量和聚醚链段中EO、PO的比例,来满足各个生产领域的需求。目前市场上存在的聚醚型消泡剂主要有直链聚醚、醚胺、脂肪醇聚醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、等聚醚衍生物。
第三类是有机硅消泡剂,这类消泡剂较前两者消泡性能更佳。通常,分子量较大的硅油在表面活性剂溶液中不溶,而对于小分子硅油很容易被表面活性剂分子增溶,从而改变了消泡剂的组成,使消泡性能减弱。对于硅油复配的的消泡剂,不溶于水也不溶于矿物质油中,因此抑泡能力较强,同时其也大大增强其破泡效果。由于Si-O键和Si-C键相对比较稳定,允许在含有少量酸、碱、盐的体系中使用。工业生产中常用的有机硅消泡剂,多数是在硅油中添加分散助剂制得的一类硅油二次加工制品,那些都属于液体混合物。混合物从外观和流动性主要分为硅膏型、硅油型、乳液型、溶液型和固体型五类。
第四类消泡剂是聚醚改性硅油消泡剂,在前几代消泡剂的基础上应运而生,力求把聚醚、有机硅的优点整合,将聚醚链段引入硅油链段上,具有更强的消泡、抑泡性能。聚醚改性硅油属于新型的特种有机硅表面活性剂,采用含有双键的聚醚与低含氢硅油通过加成反应而成,是一种性能独特的有机硅非离子表面活性剂,其既保留了硅油的耐高低温性、耐候性、脱模性、憎水性以及生理惰性等性能,又具有聚醚无刺激性、高表面活性及易于分散的特性,聚硅氧烷链段亲油,聚醚链段亲水,这就造就了聚醚改性硅油既能溶于水相也能溶于油相,因此可作为有机硅表面活性剂使用;聚醚链段还可以作为乳化剂使乳液的性能保持稳定,有很好的分散性能。因此,聚醚改性硅油在水体系中有持久的消泡效果。由于聚醚改性硅油具有良好的耐热性,抗剪切性及耐酸、碱性能,且无毒无味、储存稳定,因而被广泛应用,尤其是在硅油消泡剂难以解决时进行应用。
第四节 消泡剂存在的问题
我国在上个世纪七十年代以后,开始从事于聚醚改性硅油的开发和应用,克难攻坚,但消泡剂产业起步较晚,国产消泡剂的更新换代还是不能跟上工业发展的步伐。国内对于Si-C型聚醚改性硅烷的供应主要是依靠进口这一渠道,因为相比于国外的Si-C型聚醚改性硅油的
研究,我国对其进行的
研究则要匮乏很多,基本上没有新的产品和新的工艺出现,一方面是因为,能够生产特种聚醚和特种含氢硅油的厂家较少,产品原料的选择有限;另一方面是因为,采用聚醚改性硅油工艺合成路线还是传统的合成工艺,因此产品的转化率较低,产物中交联产物较多,产品质量较差,其经济效益难有保障。
按照原有的合成工艺制备聚醚改性硅油,加成反应中催化剂氯铂酸成本会很高,反应条件很苛刻。若反应中催化剂用量少,反应中副反应很难控制,产物外观颜色会加深且需要延长反应时间;反应中的溶剂(甲苯与异丙醇)对环境及人体危害性较大,若溶剂残留同时会使产物的表面张力升高,此外,为了去除反应剩余的溶剂还需要额外的处理过程,设备复杂。
目前市场上有琳琅满目的消泡剂品种,大多消泡剂消泡效果尚可,抑泡作用不强,使顾客花费了金钱,却达不到想要的消泡效果,以致于令应用上不敢放心地使用或干脆放弃消泡剂的使用。平时掺入混凝土中的许多外加剂都有一定的引气作用,引入的气泡对混凝土的强度产生一定的副作用,好的消泡剂掺入混凝土中抑制或消除混凝土中过多或有害气泡,可以解决既能消泡性能,又能抑泡性能的消泡剂来提高混凝土密实度,从而提高混凝土强度,则无疑是十分重要与迫切。
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