泡沫無(wú)時(shí)無(wú)刻存在人們生活與生產(chǎn)之中，過(guò)量的泡沫會(huì)給生產(chǎn)、加工帶來(lái)諸多不便，甚至?xí)绊懙疆a(chǎn)品的質(zhì)量。目前，消泡劑在混凝土摻量的外加劑中，聚羧酸高效減水劑是混凝土配合比中的第五組分，成為混凝土中重要組成部分。由于聚羧酸母液本身具有很大的含氣量，使混凝土產(chǎn)生氣泡現(xiàn)象。若消泡劑與聚羧酸減水劑復(fù)配時(shí)，就會(huì)消除混凝土很多大氣泡，有效緩解泡沫對(duì)混凝土的不良影響，提高生產(chǎn)效率，這些都是頗受關(guān)注的問(wèn)題。

1、消泡劑的發(fā)展背景

消泡劑發(fā)展歷程中，主要分為四個(gè)階段。

第一類消泡劑，主要是由各種有機(jī)物構(gòu)成，如：脂肪酸、礦物油、脂肪酰胺、低級(jí)醇類等。這種消泡劑多數(shù)為天然物質(zhì)，對(duì)環(huán)境污染小，價(jià)格低廉。由于消泡性能比較弱，對(duì)于大量泡沫的情況不能滿足生產(chǎn)的要求。

第二類是聚醚類消泡劑，分子通式為：CnH(2n+1)O(EO)a(PO)bH，聚氧乙烯基鏈段（EO）是親水基；聚氧丙烯基鏈段（PO）是親油基。這種消泡劑抑泡性能好，無(wú)毒、無(wú)刺激、并且具有良好的分散性。在實(shí)際生產(chǎn)中調(diào)節(jié)聚醚的相對(duì)分子量和聚醚鏈段中EO、PO的比例，來(lái)滿足各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域的需求。目前市場(chǎng)上存在的聚醚型消泡劑主要有直鏈聚醚、醚胺、脂肪醇聚醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、等聚醚衍生物。

第三類是有機(jī)硅消泡劑，這類消泡劑較前兩者消泡性能更佳。通常，分子量較大的硅油在表面活性劑溶液中不溶，而對(duì)于小分子硅油很容易被表面活性劑分子增溶，從而改變了消泡劑的組成，使消泡性能減弱。對(duì)于硅油復(fù)配的的消泡劑，不溶于水也不溶于礦物質(zhì)油中，因此抑泡能力較強(qiáng)，同時(shí)其也大大增強(qiáng)其破泡效果。由于Si-O鍵和Si-C鍵相對(duì)比較穩(wěn)定，允許在含有少量酸、堿、鹽的體系中使用。工業(yè)生產(chǎn)中常用的有機(jī)硅消泡劑，多數(shù)是在硅油中添加分散助劑制得的一類硅油二次加工制品，那些都屬于液體混合物。混合物從外觀和流動(dòng)性主要分為硅膏型、硅油型、乳液型、溶液型和固體型五類。

第四類消泡劑是聚醚改性硅油消泡劑，在前幾代消泡劑的基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生，力求把聚醚、有機(jī)硅的優(yōu)點(diǎn)整合，將聚醚鏈段引入硅油鏈段上，具有更強(qiáng)的消泡、抑泡性能。聚醚改性硅油屬于新型的特種有機(jī)硅表面活性劑，采用含有雙鍵的聚醚與低含氫硅油通過(guò)加成反應(yīng)而成，是一種性能獨(dú)特的有機(jī)硅非離子表面活性劑，其既保留了硅油的耐高低溫性、耐候性、脫模性、憎水性以及生理惰性等性能，又具有聚醚無(wú)刺激性、高表面活性及易于分散的特性，聚硅氧烷鏈段親油，聚醚鏈段親水，這就造就了聚醚改性硅油既能溶于水相也能溶于油相，因此可作為有機(jī)硅表面活性劑使用；聚醚鏈段還可以作為乳化劑使乳液的性能保持穩(wěn)定，有很好的分散性能。因此，聚醚改性硅油在水體系中有持久的消泡效果。由于聚醚改性硅油具有良好的耐熱性，抗剪切性及耐酸、堿性能，且無(wú)毒無(wú)味、儲(chǔ)存穩(wěn)定，因而被廣泛應(yīng)用，尤其是在硅油消泡劑難以解決時(shí)進(jìn)行應(yīng)用。

2、消泡劑的消破劑機(jī)理

2.1  泡沫成因

泡沫的產(chǎn)生是在機(jī)械力作用下，使不溶性氣體進(jìn)入到液體中，并被液體相互隔離成非均勻體系，從而形成大量氣-液界面的結(jié)果。因?yàn)闅庀嗟拿芏取匆合嗟拿芏取垂滔嗟拿芏龋跃蜁?huì)有氣相隨著浮力的作用下向液面移動(dòng)的現(xiàn)象，產(chǎn)生兩相泡沫或三相泡沫。起泡液幾乎都是溶液，純凈液體一般不起泡。如果把液體攪拌時(shí)，液體表面產(chǎn)生一層較穩(wěn)定的液膜，這時(shí)氣體無(wú)法一直向外逃逸，產(chǎn)生的氣泡聚集就會(huì)成為泡沫，這種被隔離的氣泡聚集物就是俗稱的泡沫。泡沫的穩(wěn)定與液相的粘度大小、表面彈性作用、表面流變性都會(huì)有很大的因素，一般很難得到穩(wěn)定并持久的泡沫。

2.2  消泡劑的消泡機(jī)理

在混凝土中添加消泡劑，能夠防止混凝土拌合物中氣泡產(chǎn)生或使原有氣泡減少。實(shí)驗(yàn)中所加入的消泡劑是一種表面活性劑，可降低液相的表面張力，潤(rùn)濕角減小到一定程度時(shí)，氣泡即脫離固體表面的吸附而逸出或破滅，所以加入消泡劑能在一定程度上消除混凝土中的的氣泡，有效防止或消除混凝土產(chǎn)生表面的蜂窩、麻面，使混凝土的表面具有較高的平整度和光澤度，表層性能等得到改善。

消泡的涵義主要有兩方面，一是“破泡”，即消除已產(chǎn)生的泡沫；二是“抑泡”，即阻止泡沫的再生。性能優(yōu)異的消泡劑往往同時(shí)兼具優(yōu)良的破泡及抑泡能力。

雖然消泡劑的使用由來(lái)已久，但對(duì)不同消泡體系需要不同類型的消泡劑，并且因化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同，消泡劑的作用機(jī)理至今仍莫衷一是。普遍被人們所接受的消泡劑機(jī)理，有以下3種：

（1）羅斯假說(shuō)

將消泡劑添加到起泡體系，消泡劑分子就會(huì)靠近到泡沫。首先消泡劑附著在泡沫液膜上開始侵入，逐漸在泡膜上擴(kuò)展開來(lái)，使得泡膜局部厚道驟減，最終導(dǎo)致氣泡合并或破滅。羅斯曾經(jīng)明確的說(shuō)過(guò)：沒有任何一種消泡機(jī)理能涵蓋所有的消泡現(xiàn)象，各式各樣、紛繁錯(cuò)雜的消泡劑，可以對(duì)應(yīng)著多種消泡機(jī)理。

（2）疏水固體顆粒的消泡機(jī)理

起泡液中添加疏水固體顆粒后，疏水顆粒會(huì)立即吸附起泡液中表面活性劑的親水端，使得疏水顆粒的最外層變?yōu)楸砻婊钚詣┑挠H水端，具有親水性，進(jìn)入水相，疏水固體顆粒大量吸附起泡體系的表面活性劑，使得起泡液中表面活性劑的濃度驟降，致使泡沫破裂。這種消泡機(jī)理不能解釋其他消泡劑的作用機(jī)理，過(guò)于片面。

（3）聚醚改性硅油的消泡機(jī)理

對(duì)聚醚改性硅油作為消泡劑的消泡過(guò)程解釋，最為完備的消泡機(jī)理有：“橋連-拉伸”機(jī)理、“橋連-排濕”機(jī)理兩種。橋連-拉伸”機(jī)理基于硅油獨(dú)特的低表面張力極易鋪展的特點(diǎn)，指出消泡劑液滴能夠產(chǎn)生不同程度的變形，但該機(jī)理難以說(shuō)明硅膏與純硅油區(qū)別；“橋連-排濕”機(jī)理基于硅油的親油性，能夠說(shuō)明低粘度聚醚改性硅油的作用原理。

橋連-拉伸”機(jī)理：消泡劑的表面張力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于液膜的表面張力，消泡劑的液滴得以在液膜表面持續(xù)鋪展、深入，泡沫局部液膜繼續(xù)變薄，最終形成油在水中間的橋連，油相、水相的表面張力相差甚遠(yuǎn)，油相在周圍水相不斷地牽引下，拉長(zhǎng)變薄，形變超過(guò)一定范圍后，液膜被破壞，導(dǎo)致泡沫破裂。

“橋連-排濕”機(jī)理：向起泡液中加入固體疏水顆粒消泡劑后，消泡劑立即在泡沫體系中分布開來(lái)，疏水顆粒固定在泡沫液膜表面，當(dāng)固體顆粒與液膜之間具有足夠的疏水角，固體顆粒與周圍的液膜有著相反接觸面，成為周圍液膜之間的橋連，最終能穿破泡沫液膜，進(jìn)入到泡沫中去。

因此，聚醚改性硅油消泡劑具備消泡的三個(gè)特點(diǎn)：首先基本上不溶于起泡液（溶解的多半有助泡作用）；其次表面張力要低于起泡液；最后能迅速地分散在起泡液中。只有溶解性小而分散性大的物質(zhì)，才能成為破泡及抑泡能力較好的消泡劑，以最大限度地提高其分散性，達(dá)到抑泡、破泡雙強(qiáng)的目的。

3、聚醚改性硅油消破劑的結(jié)構(gòu)特征

目前，聚醚改性硅油是目前生產(chǎn)以及應(yīng)用最多的一類硅油，其通過(guò)線型的二甲基硅油主鏈或者側(cè)鏈與聚醚鏈相連接聚合而成，是目前市場(chǎng)生產(chǎn)和應(yīng)用最廣泛的改性硅油。這種硅油的分子結(jié)構(gòu)中聚醚鏈段中的氧原子，與水作用可以形成氫鍵，從而可溶解在水溶液中；聚硅氧烷鏈段既不親水又不親油，其主鏈上的烴基也不親水。因此，聚醚鏈段和聚硅氧烷鏈段通過(guò)硅氫加成反應(yīng)生成化學(xué)鍵連接在一起，形成一種性能獨(dú)特的非離子表面活性劑。由于聚醚種類繁多，在加成反應(yīng)時(shí)引入方式變化，就會(huì)生成一系列不同的聚醚改性硅油，性能與功能各異，可以滿足多元化市場(chǎng)的需求。

PESO主要的聚醚改性硅油結(jié)構(gòu)有五類：AB型、ABA或BAB型、(AB)n型、側(cè)鏈型以及支鏈型，A、B分別表示聚硅氧烷鏈段和聚醚鏈段。其中Si-O-C型是硅油與聚醚縮合，屬水解型，有文獻(xiàn)研究[19]表明即使水解，在消泡性能方面依然很顯著。其典型分子結(jié)構(gòu)如下所示（式中R=H、烷基、酰氧基等）：

PESO消泡劑結(jié)合了聚醚的水溶性和有機(jī)硅低表面張力特點(diǎn)。它具有聚醚鏈段中親水性基團(tuán)EO，疏水性基團(tuán)PO，適當(dāng)調(diào)節(jié)兩者比例，就會(huì)有很強(qiáng)的低表面張力，形成很強(qiáng)的消泡能力，會(huì)增大混凝土表面吸水率、表層碳化深度，從而整體改善混凝土的表層性能。

4、PESO 消泡劑存在的問(wèn)題

我國(guó)在上個(gè)世紀(jì)七十年代以后，開始從事于聚醚改性硅油的開發(fā)和應(yīng)用，克難攻堅(jiān)，但消泡劑產(chǎn)業(yè)起步較晚，國(guó)產(chǎn)消泡劑的更新?lián)Q代還是不能跟上工業(yè)發(fā)展的步伐。國(guó)內(nèi)對(duì)于Si-C型聚醚改性硅烷的供應(yīng)主要是依靠進(jìn)口這一渠道，因?yàn)橄啾扔趪?guó)外的Si-C型聚醚改性硅油的研究，我國(guó)對(duì)其進(jìn)行的研究則要匱乏很多，基本上沒有新的產(chǎn)品和新的工藝出現(xiàn)，一方面是因?yàn)椋軌蛏a(chǎn)特種聚醚和特種含氫硅油的廠家較少，產(chǎn)品原料的選擇有限；另一方面是因?yàn)椋捎镁勖迅男怨栌凸に嚭铣陕肪€還是傳統(tǒng)的合成工藝，因此產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率較低，產(chǎn)物中交聯(lián)產(chǎn)物較多，產(chǎn)品質(zhì)量較差，其經(jīng)濟(jì)效益難有保障。

按照原有的合成工藝制備聚醚改性硅油，加成反應(yīng)中催化劑氯鉑酸成本會(huì)很高，反應(yīng)條件很苛刻。若反應(yīng)中催化劑用量少，反應(yīng)中副反應(yīng)很難控制，產(chǎn)物外觀顏色會(huì)加深且需要延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間；反應(yīng)中的溶劑（甲苯與異丙醇）對(duì)環(huán)境及人體危害性較大，若溶劑殘留同時(shí)會(huì)使產(chǎn)物的表面張力升高，此外，為了去除反應(yīng)剩余的溶劑還需要額外的處理過(guò)程，設(shè)備復(fù)雜。

目前市場(chǎng)上有琳瑯滿目的消泡劑品種，大多消泡劑消泡效果尚可，抑泡作用不強(qiáng)，使顧客花費(fèi)了金錢，卻達(dá)不到想要的消泡效果，以致于令應(yīng)用上不敢放心地使用或干脆放棄消泡劑的使用。平時(shí)摻入混凝土中的許多外加劑都有一定的引氣作用，引入的氣泡對(duì)混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生一定的副作用，好的消泡劑摻入混凝土中抑制或消除混凝土中過(guò)多或有害氣泡，可以解決既能消泡性能，又能抑泡性能的消泡劑來(lái)提高混凝土密實(shí)度，從而提高混凝土強(qiáng)度，則無(wú)疑是十分重要與迫切。

5、聚醚改性硅油消破劑的發(fā)展趨勢(shì)

隨著PESO消泡劑研制工作持續(xù)進(jìn)行，涌現(xiàn)出許多新的活性消泡組分，使得對(duì)復(fù)配消泡劑的反應(yīng)機(jī)理及各組分的協(xié)同效應(yīng)研究更加深入。因此成分單一、經(jīng)濟(jì)效益差的消泡劑將逐漸被多功能、高效率的復(fù)配型消泡劑所取代，這將會(huì)是消泡劑市場(chǎng)的未來(lái)趨勢(shì)。

在原有PESO基礎(chǔ)上引入新的基團(tuán)，如-NH2（氨基）、Cn(H2O)m（糖類）及C6H5COC6H5（二苯甲酮）和-COOH（羧基），可賦予PESO更多反應(yīng)性和多功能性。隨著世界范圍內(nèi)清潔生產(chǎn)的呼聲越來(lái)越高，開發(fā)高效、綠色、多功能表面活性劑新品種成為PESO消破劑發(fā)展的主導(dǎo)方向。