消除泡沫：如何选择消泡剂？
泡沫的产生往往会给工业生产和日常生活带来不便和问题，因此寻找一种有效的消泡方法成为关键。
消泡方法可分为物理和化学两类。
从物理角度来看，可以使用多种方法消除泡沫。例如，可以使用挡板或过滤器从机械上阻止泡沫的形成和存活；可以使用机械搅拌，通过外力破坏泡沫的稳定性；静电效应可以改变泡沫的电荷分布，促进泡沫破裂；冷冻和加热可以分别从温度变化的角度影响泡沫的物理性质，破坏泡沫膜的稳定性；蒸汽、辐射、高速离心、加压和减压、高频振动、瞬间放电和超声波（声波液体控制）都能在不同程度上增加液膜两端的气体渗透性，加速气泡膜的排出，使泡沫的稳定系数低于其衰减系数，从而逐渐减少泡沫量。然而，这些物理方法显然受到环境因素的限制，很难达到很高的消泡效率。不过，它们的优点是环保，回收率高，因此在一些环保要求严格的场合仍有使用价值。
化学消泡方法主要包括化学反应法和消泡剂添加法。化学反应法是在泡沫系统中加入特定试剂，使其与发泡剂发生化学反应，生成不溶于水的物质，从而降低液膜中表面活性剂的浓度，最终导致泡沫破裂。然而，这种方法面临着难以确定发泡剂成分的难题，而且产生的不溶性物质可能会损坏系统设备。在当今各行各业中，添加消泡剂是最广泛使用的消泡手段。其最大的优点是消泡效率高，使用极为方便，但关键是要找到合适、高效的消泡剂产品。
消泡剂的工作原理有多种形式。一种方法是降低泡沫的局部表面张力。例如，向泡沫中喷洒高级酒精或植物油，当它们溶解在泡沫液中时，可显著降低局部表面张力。由于这些物质在水中的溶解度较低，因此表面张力的降低仅限于泡沫的局部区域，其周围的表面张力几乎保持不变。表面张力降低的部分会被强力拉向周围并膨胀，直至泡沫破裂。以化工生产中的一些反应容器为例。在反应过程中会产生大量泡沫。如果加入适量的高级醇类消泡剂，就能有效地破坏泡沫的稳定性，使反应顺利进行。其次，消泡剂加入泡沫体系后，会向气液界面扩散，破坏具有泡沫稳定性的表面活性剂恢复膜弹性的能力，从而导致气泡破裂。第三，消泡剂可以促进液膜的排出。泡沫的排出速度与泡沫稳定性密切相关。能加速泡沫排出的物质也有消泡作用。第四，加入气泡表面的疏水固体颗粒会吸引表面活性剂的疏水端，使疏水颗粒亲水并进入水相，从而使气泡破裂。在一些污水处理过程中，可以利用这一原理，通过添加特定的疏水固体颗粒来消除泡沫。第五，一些可以与溶液充分混合的低分子物质，如辛醇、乙醇和丙醇等醇类，可以溶解气泡表面的表面活性剂，降低其有效浓度。它们不仅会降低表面层的表面活性剂浓度，还会溶入表面活性剂吸附层，削弱泡沫的稳定性。第六，对于依靠表面活性剂双电层在泡沫中的相互作用产生稳定性的发泡液体，加入普通电解质会破坏表面活性剂的双电层，从而达到消泡的目的。
常见的消泡剂按其成分可分为硅酮（树脂）、表面活性剂、石蜡和矿物油。有机硅消泡剂又称乳化型消泡剂，是在乳化剂（表面活性剂）的帮助下将硅树脂在水中乳化，然后加入废水中使用。硅微粉是另一种具有出色消泡性能的有机硅消泡剂。表面活性剂消泡剂实际上是一种乳化剂，利用其分散作用使起泡物质在水中保持稳定的乳化状态，从而防止泡沫的形成。石蜡消泡剂是将石蜡或其衍生物与乳化剂乳化分散而成，其用途与表面活性剂乳化消泡剂类似。矿物油是消泡剂的主要成分，为了增强效果，有时还会混合使用金属皂、硅油和二氧化硅等物质。此外，还会添加各种表面活性剂，使矿物油更容易扩散到发泡液体的表面，或使金属皂均匀地分散在矿物油中。
不同类型的消泡剂各有利弊。矿物油、酰胺、低级醇、脂肪酸和脂肪酸酯以及磷酸盐等有机消泡剂属于第一代消泡剂。这些消泡剂的开发和应用相对较早，具有原料易得、环保、生产成本低等优点。但是，它们的消泡效率低、特异性强、使用条件苛刻。聚醚类消泡剂属于第二代消泡剂，主要包括线型聚醚、以醇或胺为引发剂的聚醚以及端羟基聚醚衍生物。它们的最大优点是消泡能力强，有些还具有耐高温、耐强酸强碱等优异性能。然而，它们的应用条件受到温度的很大限制，应用领域相对较窄。它们的消泡能力和破泡率都有待提高。有机硅消泡剂作为第三代消泡剂，具有消泡性能强、破泡速度快、挥发性低、对环境无毒、生理惰性、应用范围广等特点。它具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力，但在某些特定情况下，其消泡性能仍有改进的余地。聚醚改性聚硅氧烷消泡剂结合了聚醚消泡剂和有机硅消泡剂的优点，是消泡剂的发展趋势。聚醚改性聚硅氧烷消泡剂的优点是结合了聚醚消泡剂和有机硅消泡剂的优点，是消泡剂的发展趋势，有时根据其反溶性还可以重复使用，但目前这类消泡剂的种类较少，还处于研发阶段，生产成本相对较高。
在选择消泡剂时，需要考虑一些因素。首先，消泡剂应不溶于或难溶于发泡液体。由于消泡剂需要浓缩并对泡沫膜产生作用，因此消泡剂必须能够迅速达到这种状态，而消泡剂则必须始终保持这种状态。因此，只有不溶性或溶解性较差的消泡剂才容易在发泡液体中达到过饱和状态，这样它们才能在气液界面上积聚，并以较低的浓度集中在泡沫膜上发挥作用。对于水性体系中使用的消泡剂，活性成分分子需要具有强疏水性和弱亲水性，当 HLB 值介于 1.5 和 3 之间时效果最佳。例如，在生产水性涂料时，如果消泡剂的溶解度不合适，就无法有效消除泡沫，还可能影响涂料的质量和性能。其次，消泡剂的表面张力必须低于发泡液体的表面张力。只有当消泡剂分子间的作用力较弱，表面张力低于发泡液的表面张力时，消泡剂颗粒才能在泡沫膜上渗透和扩展。这里需要注意的是，发泡液的表面张力并不是溶液的表面张力，而是指发泡状态下的表面张力。此外，消泡剂和发泡液必须具有一定的亲和力。由于消泡过程实质上是泡沫崩溃速度与泡沫产生速度之间的竞争，因此消泡剂必须能够在发泡液中迅速分散，以便在大范围内迅速发挥作用。如果消泡剂的活性成分与发泡液体过于相似，就会溶解。如果过于分散，则很难发挥作用。只有亲和力合适，效果才会好。此外，消泡剂不能与发泡液发生化学反应，否则一方面会失去消泡效果，另一方面可能会产生有害物质，影响微生物生长等。最后，消泡剂的挥发性要低，作用时间要长。在确定消泡剂的使用系统时，有必要区分水基系统和油基系统。例如，在发酵工业中，一般应使用聚醚改性硅油或聚醚等油性消泡剂，而在水性涂料工业中，则应使用水性消泡剂和有机硅消泡剂。同时，还需要比较消泡剂的添加量并参考价格，以获得最合适、最经济的消泡剂产品。
消泡剂的使用效果也受到多种因素的影响。消泡剂在溶液中的分散性对消泡性能有很大影响。消泡剂应具有适当的分散度，粒径过大或过小都会影响消泡活性。就泡沫体系中的相容性而言，当表面活性剂完全溶解在水溶液中时，它通常倾向于在泡沫的气液界面上稳定泡沫；而当表面活性剂不溶解或过饱和时，它的颗粒会分散在溶液中并积聚在泡沫上，从而起消泡作用。发泡系统的环境温度也不容忽视。当发泡液温度较高时，必须使用特殊的高温消泡剂。否则，不仅普通消泡剂的消泡效果会大打折扣，还可能出现破乳现象。在包装、储存和运输过程中，消泡剂应储存在 5-35°C 的温度下。保质期一般为 6 个月。应避免热源和阳光照射。使用后应密封以防变质。消泡剂的添加比例也非常重要。未经稀释添加消泡剂和稀释后添加消泡剂的效果是不同的。由于表面活性剂浓度低，稀释后的消泡剂乳液极不稳定，很快就会分层。消泡性能差，不适合长期储存。建议在稀释后立即使用消泡剂。添加比例应通过现场测试确定，以确保达到预期效果，且不宜添加过量。