Mehanizam reakcije sredstava protiv pjenjenja
◆◆ Proučavan je proces uklanjanja pjene polisiloksana u uljnim sustavima. Kontinuirano su fotografirali sustav pjene na 1/1000 sekunde, povećavajući slike 100 puta. Shematski dijagram četiri uzastopne fotografije pokazuje da kada mala kapljica sredstva protiv pjenjenja od silikonskog ulja dospije do filma mjehurića, uzrokuje pucanje površine mjehurića i spajanje u veći mjehurić. Od prve do treće kapljice četiri mjehurića se spajaju u jedan veliki mjehurić, a film mjehurića se stanji. Na kraju se plin i tekućina brzo odvajaju, a veliki mjehurić nestaje. Pucanje mjehurića završava na četvrtoj kapljici. Ovo objektivno objašnjava zašto jedna kap sredstva protiv pjenjenja uzrokuje pucanje niza mjehurića. Kada sredstvo protiv pjenjenja prianja na film mjehurića i prodire u tekućinu filma mjehurića, značajno smanjuje površinsku napetost na tom mjestu. Budući da aktivni sastojak sredstva protiv pjenjenja ima nisku topljivost u vodi u vodenom sustavu, smanjenje površinske napetosti ograničeno je na lokalno područje filma mjehurića, dok površinska napetost oko filma mjehurića ostaje gotovo nepromijenjena. Područje smanjene površinske napetosti snažno se povlači i izvlači prema van, što na kraju dovodi do pucanja pjene. Sredstva protiv pjenjenja mogu poremetiti elastičnost pjenastog filma, uzrokujući pucanje mjehurića. Budući da surfaktanti adsorbirani na površini pjenastog filma smanjuju površinsku napetost, pod lokaliziranim pritiskom, pjenasti film se stanji na tom mjestu, dok se površinska napetost povećava zbog stanjivanja surfaktanta. Upravo ta razlika u površinskoj napetosti između novoformirane površine i originalne površine omogućuje pjenastom filmu da povrati svoju elastičnost kada se stanji pod vanjskim udarom, sprječavajući njegovo pucanje i tako stabilizirajući pjenu. Ako pokušamo poremetiti tu elastičnost, možemo poremetiti stabilnost pjene. Neki stručnjaci smatraju da je funkcija sredstava protiv pjenjenja poremetiti elastičnost pjenastog filma. Kada se pjenastom sustavu dodaju sredstva protiv pjenjenja, ona difundiraju prema granici plin-tekućina, što otežava površinski aktivnim tvarima sa svojstvima stabilizacije-pjene da vrate elastičnost filma. Sredstva protiv pjenjenja mogu pospješiti drenažu tekućine, uzrokujući tako pucanje mjehurića. Dodavanjem tvari koje ubrzavaju drenažu tekućine (protiv pjenjenja) može doći do pjenjenja. Ako je pjenasti film debeo, proces drenaže do 30-40 nm traje duže, a pjenasti film ima jači samo-učinak zacjeljivanja i bolju elastičnost. Stoga deblji pjenasti filmovi imaju duži životni vijek, a brzina drenaže pjene odražava stabilnost pjene. Brza brzina drenaže tekućeg filma stanji film, na kraju uzrokujući pucanje pjene. Dodavanje hidrofobnih krutih čestica također može uzrokovati pucanje mjehurića u sustavima vode za pjenjenje. Samo dodavanje čestica hidrofobnog silicijevog dioksida (tj. hidrofobnog silicijevog dioksida) ima učinak uklanjanja pjene. Čestice hidrofobnog silicijevog dioksida privlače hidrofobne krajeve površinski aktivnih tvari na površini mjehurića, pretvarajući hidrofobne čestice u hidrofilne čestice i ulazeći u vodenu fazu, čime se dovršava proces uklanjanja pjene. Ove hidrofobne krute čestice silicijevog dioksida općenito su čestice parenog silicijevog dioksida tretirane metil silikonskim uljem, silazanom ili DMC-om. Oni lokalno prodiru u površinu mjehurića, smanjujući lokalnu površinsku napetost. U kombinaciji s učinkom čvrstih čestica, to je poput vrha igle koja probija mjehurić, ubrzavajući njegovo pucanje. Stoga sredstva protiv pjenjenja koja sadrže hidrofobni pareni silicij općenito imaju bolji učinak protiv pjenjenja. Tenzidi za solubilizaciju i-poticanje pjene također mogu uzrokovati pucanje mjehurića. Neke tvari male -molekularne- težine koje se mogu temeljito pomiješati s otopinom mogu otopiti surfaktant u mjehuriću, smanjujući njegovu učinkovitu koncentraciju. Niskomolekularne tvari s ovim učinkom, kao što su alkoholi kao što su oktanol, etanol i propanol, ne samo da smanjuju koncentraciju surfaktanta na površinskom sloju, već se i otapaju u adsorpcijskom sloju tenzida, smanjujući nepropusnost između molekula tenzida i tako slabeći stabilnost pjene.
Elektroliti razgrađuju dvostruki sloj surfaktanta, uzrokujući pucanje mjehurića. Za tekućine za pjenjenje koje se oslanjaju na interakciju dvostrukog sloja surfaktanta za postizanje stabilnosti, dodavanje običnih elektrolita može razgraditi dvostruki sloj surfaktanta, čime se uklanja pjena.
◆◆Sastav sredstava protiv pjenjenja
Aktivni sastojci
Funkcija: Odstranjivanje pjene, smanjenje površinske napetosti; Predstavnici: Silikonsko ulje, polieteri, viši alkoholi, mineralna ulja, biljna ulja itd.
Emulgatori
Funkcija: raspršuje aktivne sastojke u male čestice, olakšavajući disperziju u vodi i poboljšavajući učinke uklanjanja pjene i-suzbijanje pjene. Predstavnici: Nonilfenol polioksietilen eter, sapunske soli, serija OP, serija Tween, serija Span itd. Nosač
Funkcija: Olakšava spajanje između nosača i sustava za pjenjenje, olakšava disperziju unutar sustava za pjenjenje i kombinira to dvoje. Njegova niska površinska napetost pomaže u suzbijanju pjene i smanjuje troškove. Reprezentativni primjeri: otapala osim vode, kao što su alifatski ugljikovodici, aromatski ugljikovodici i otapala koja-sadrže kisik.
Sredstva za emulgiranje
Djelovanje: Poboljšava emulzifikaciju. Reprezentativni primjeri: Disperzanti (hidrofobni silicij, itd.); Zgušnjivači (CMC, polietilen eter, itd.).
◆◆Kako odabrati sredstvo protiv pjenjenja
◆◆ Netopljivo ili slabo topljivo u pjeniloj tekućini
Za razbijanje pjene, sredstvo protiv pjenjenja treba koncentrirati i fokusirati na pjenasti film. Za sredstva protiv pjenjenja ova bi se koncentracija trebala pojaviti trenutno; za sredstva za suzbijanje pjene ovo stanje treba održavati kontinuirano. Zbog toga su sredstva protiv pjenjenja prezasićena u tekućini za pjenjenje; samo netopljivi ili teško topljivi agensi lako postižu prezasićenost. Netopljivi ili slabo topljivi agensi lako se agregiraju na granici plin-tekućina, lako se koncentriraju na pjenasti film i mogu učinkovito djelovati pri nižim koncentracijama. Za sredstva protiv pjenjenja koja se koriste u vodenim sustavima, molekule aktivnog sastojka moraju biti jako hidrofobne i slabo hidrofilne, s HLB vrijednošću u rasponu od 1,5-3 za optimalan učinak. Površinska napetost mora biti manja od one tekućine koja se pjeni.
Samo kada su intermolekularne sile sredstva protiv pjenjenja slabe i površinska napetost niža od one tekućine koja stvara pjenu, čestice sredstva protiv pjenjenja mogu prodrijeti i raširiti se po pjenastom filmu. Važno je napomenuti da površinska napetost tekućine za pjenjenje nije površinska napetost otopine, već površinska napetost otopine za-podršku pjenjenja. Potreban je određeni stupanj afiniteta s tekućinom za pjenjenje.
Budući da je proces uklanjanja pjene u biti natjecanje između brzine kolapsa pjene i brzine stvaranja pjene, sredstvo protiv pjenjenja mora biti u stanju brzo se raspršiti u tekućini koja stvara pjenu kako bi brzo izvršilo svoj učinak na širokom području. Za brzu difuziju, aktivni sastojak sredstva protiv pjenjenja mora imati određeni stupanj afiniteta s tekućinom koja stvara pjenu. Ako je aktivni sastojak previše afinitetan, otopit će se; ako je previše hidrofoban, teško će se raspršiti. Tek kada su afinitet i hidrofobnost odgovarajući, učinak će biti dobar.
Nemojte kemijski reagirati s tekućinom koja stvara pjenu.
Ako sredstvo protiv pjenjenja reagira s tekućinom koja stvara pjenu, izgubit će svoju učinkovitost i može proizvesti štetne tvari koje utječu na rast mikroba. Niska isparljivost i dugotrajno-djelovanje.
Najprije odredite sustav u kojem ćete koristiti sredstvo protiv pjenjenja: je li na bazi vode-ili ulja-? Na primjer, u industriji fermentacije potrebna su sredstva protiv pjenjenja-na bazi ulja kao što su polieter-modificirani silikon ili sredstva protiv pjenjenja-na bazi polietera. U industriji-premaza na bazi vode, potrebni su-sredstva protiv pjenjenja na bazi vode ili silikonska sredstva protiv pjenjenja. Nakon odabira sredstva protiv pjenjenja, usporedite dozu i razmislite o cijeni kako biste odredili najprikladniji i najekonomičniji proizvod.
◆◆Doziranje sredstva protiv pjenjenja
Postoji mnogo vrsta sredstava protiv pjenjenja, a potrebna doza ovisi o vrsti.
Sredstva protiv pjenjenja-na bazi alkohola: doza sredstava protiv pjenjenja-na bazi alkohola općenito je unutar 0,01-0,10%.
Sredstva protiv pjenjenja-na bazi ulja: Dodatna količina sredstava protiv pjenjenja-na bazi ulja je između 0,05-2%, dok je količina sredstava protiv pjenjenja na bazi estera masne kiseline između 0,002-0,2%.
Amidi protiv pjenjenja: amidi protiv pjenjenja su relativno učinkoviti, a količina dodatka je općenito unutar 0,002-0,005%.
Sredstva protiv pjenjenja na bazi fosforne kiseline: sredstva protiv pjenjenja na bazi fosforne kiseline najčešće se koriste u vlaknima i uljima za podmazivanje, s dodatkom između 0,025-0,25%.
Amin protiv pjenjenja: Amin protiv pjenjenja se uglavnom koristi u preradi vlakana, uz dodatnu količinu od 0,02-2%.
Eter protiv pjenjenja: Eter protiv pjenjenja naširoko se koristi u proizvodnji papira, tiskanju i bojanju te čišćenju, uz dodatnu količinu od 0,025-0,25%.
◆◆Prednosti i nedostaci sredstava protiv pjenjenja
**Organski silikon protiv pjenjenja:** Ovi sredstva protiv pjenjenja su lako dostupna i relativno su jeftina. Unatoč njihovoj niskoj cijeni, vrlo su učinkoviti, nude brzo uklanjanje pjene, dugotrajno-suzbijanje pjene i nisu-otrovni i bezopasni, što ih čini dobrim sredstvom protiv pjenjenja za većinu industrijskih primjena. Također su vrlo jednostavni za korištenje. Međutim, nije ih lako skladištiti, skloni su propadanju i nekompatibilni su s nekim sustavima.
**Polieterski sredstva protiv pjenjenja:** Polieterski sredstva protiv pjenjenja su relativno najstabilniji tip, s dobrom kompatibilnošću s većinom sustava. Oni su najstabilniji među vrstama antifoamera i uglavnom mogu podnijeti sve vrste pjene. Njihovo vrijeme suzbijanja pjene je jače nego kod organosilikonskih sredstava protiv pjenjenja, ali njihova brzina uklanjanja pjene je relativno spora.
**Sredstva protiv pjenjenja s visokim sadržajem alkohola:** Ovo su relativno učinkovita sredstva protiv pjenjenja; neke pjene-{1}}koje se teško uklanjaju mogu se ukloniti sredstvima protiv pjenjenja s visokim sadržajem alkohola.
**Silikonska sredstva protiv pjenjenja:** Oni mogu eliminirati i spriječiti stvaranje pjene, što ih čini jednim od rijetkih sredstava protiv pjene koji mogu temeljito riješiti probleme industrijske pjene.
**Polieter-modificirani silikon:** Kombinira prednosti prethodne dvije vrste sredstava protiv pjenjenja i nije-toksičan i bezopasan, što ga čini troškovno-učinkovitim proizvodom.
