Vaahdonestoaineiden reaktiomekanismi
◆◆ Polysiloksaanien vaahdonestoprosessia öljyjärjestelmissä on tutkittu. He kuvasivat jatkuvasti vaahtojärjestelmää 1/1000 sekunnin nopeudella suurentaen kuvat 100 kertaa. Kaavakuva neljästä peräkkäisestä valokuvasta osoittaa, että kun pieni piisara silikoniöljyvaahdonestoainetta saavuttaa kuplakalvon, se saa kuplan pinnan repeytymään ja sulautumaan suuremmaksi kuplaksi. Ensimmäisestä kolmanteen pisaraan neljä kuplaa sulautuvat yhdeksi suureksi kuplaksi, ja kuplakalvo ohenee. Lopulta kaasu ja neste erottuvat nopeasti, ja suuri kupla katoaa. Kuplan puhkeaminen päättyy neljänteen pisaraan. Tämä selittää objektiivisesti, miksi yksi tippa vaahdonestoainetta aiheuttaa sarjan kuplia puhkeamisen. Kun vaahdonestoaine tarttuu kuplakalvoon ja tunkeutuu kuplakalvonesteeseen, se vähentää merkittävästi pintajännitystä tässä kohdassa. Koska vaahdonestoaineen aktiivinen ainesosa liukenee huonosti veteen vesipitoisessa järjestelmässä, pintajännityksen aleneminen rajoittuu kuplakalvon paikalliseen alueeseen, kun taas pintajännitys kuplakalvon ympärillä pysyy lähes muuttumattomana. Alue, jonka pintajännitys on alentunut, vedetään voimakkaasti ja venytetään ulospäin, mikä lopulta johtaa vaahdon puhkeamiseen. Vaahdonestoaineet voivat häiritä vaahtokalvon elastisuutta ja aiheuttaa kuplien puhkeamisen. Koska vaahtokalvon pinnalle adsorboituneet pinta-aktiiviset aineet vähentävät pintajännitystä, paikallisen paineen alaisena vaahtokalvo ohenee kyseisessä kohdassa, kun taas pintajännitys kasvaa pinta-aktiivisen aineen ohenemisen vuoksi. Juuri tämä pintajännityksen ero vastamuodostetun pinnan ja alkuperäisen pinnan välillä mahdollistaa vaahtokalvon elastisuuden palauttamisen oheneessaan ulkoisen vaikutuksen vaikutuksesta, mikä estää sitä halkeamasta ja siten stabiloi vaahtoa. Jos yritämme häiritä tätä joustavuutta, voimme häiritä vaahdon stabiilisuutta. Jotkut asiantuntijat uskovat, että vaahdonestoaineiden tehtävänä on häiritä vaahtokalvon elastisuutta. Kun vaahdonestoaineita lisätään vaahtojärjestelmään, ne diffundoituvat kohti kaasun nesterajapintaa, jolloin vaahtoa stabiloivia ominaisuuksia omaavien pinta-aktiivisten aineiden on vaikea palauttaa kalvon elastisuutta. Vaahdonestoaineet voivat edistää nesteen poistumista, mikä aiheuttaa kuplien puhkeamisen. Nesteen poistumista nopeuttavien aineiden (vaahdonestoaineet) lisääminen voi poistaa vaahtoa. Jos vaahtokalvo on paksu, vedenpoistoprosessi 30-40 nm:iin kestää kauemmin, ja vaahtokalvolla on vahvempi itse-parantava vaikutus ja parempi elastisuus. Siksi paksummilla vaahtokalvoilla on pidempi käyttöikä ja vaahdon poistumisnopeus heijastaa vaahdon stabiilisuutta. Nopea nestekalvon poistonopeus ohenee kalvoa aiheuttaen lopulta vaahdon räjähtämisen. Hydrofobisten kiinteiden hiukkasten lisääminen voi myös aiheuttaa kuplien puhkeamista vaahtoavissa vesijärjestelmissä. Pelkästään hydrofobisten piidioksidihiukkasten lisäämisellä on vaahtoamista estävä vaikutus. Hydrofobiset höyrystetyt piidioksidihiukkaset vetävät puoleensa pinta-aktiivisten aineiden hydrofobiset päät kuplan pinnalla, muuttaen hydrofobiset hiukkaset hydrofiilisiksi hiukkasiksi ja siirtyen vesifaasiin, jolloin vaahdonestoprosessi saatetaan päätökseen. Nämä hydrofobiset kiinteät piidioksidihiukkaset ovat yleensä höyrystettyjä piidioksidihiukkasia, jotka on käsitelty metyylisilikoniöljyllä, silatsaanilla tai DMC:llä. Ne tunkeutuvat paikallisesti kuplan pintaan vähentäen paikallista pintajännitystä. Yhdessä kiinteiden hiukkasten vaikutuksen kanssa se on kuin neulan kärki, joka lävistää kuplan ja nopeuttaa sen puhkeamista. Siksi hydrofobista höyrystettyä piidioksidia sisältävillä vaahdonestoaineilla on yleensä parempi vaahdonestovaikutus. Liukenevat ja vaahtoavat{39}}pinta-aktiiviset aineet voivat myös aiheuttaa kuplien puhkeamista. Jotkut pieni-molekyylipainoiset-aineet, jotka voivat sekoittua perusteellisesti liuokseen, voivat liuottaa pinta-aktiivisen aineen kuplassa ja vähentää sen tehokasta pitoisuutta. Pieni-molekyylipainoiset aineet, joilla on tällainen vaikutus, kuten alkoholit, kuten oktanoli, etanoli ja propanoli, eivät ainoastaan vähennä pinta-aktiivisen aineen pitoisuutta pintakerroksessa, vaan myös liukenevat pinta-aktiivisen aineen adsorptiokerrokseen, vähentäen pinta-aktiivisten aineiden molekyylien välistä tiiviyttä ja siten heikentäen vaahdon stabiilisuutta.
Elektrolyytit hajottavat pinta-aktiivisen aineen kaksoiskerroksen aiheuttaen kuplien puhkeamisen. Vaahdotusnesteissä, jotka luottavat pinta-aktiivisen aineen kaksoiskerroksen vuorovaikutukseen stabiilisuuden tuottamiseksi, tavallisten elektrolyyttien lisääminen voi hajottaa pinta-aktiivisen aineen kaksoiskerroksen ja siten poistaa vaahtoamisen.
◆◆Vaahdonestoaineiden koostumus
Aktiiviset ainesosat
Toiminto: Vaahtoamista vähentävä pintajännitys; Edustajat: Silikoniöljy, polyeetterit, korkeammat alkoholit, mineraaliöljy, kasviöljy jne.
Emulgointiaineet
Toiminto: Dispergoi aktiiviset ainesosat pieniksi hiukkasiksi, mikä helpottaa dispergoitumista veteen ja parantaa vaahtoamisenesto-{0}}vaikutusta. Edustajat: Nonyylifenolipolyoksietyleenieetteri, saippuasuolat, OP-sarja, Tween-sarja, Span-sarja jne. Kantoaine
Toiminto: Helpottaa kantajan ja vaahdotusjärjestelmän välistä sitoutumista, helpottaa hajoamista vaahdotusjärjestelmässä ja yhdistää nämä kaksi. Sen alhainen pintajännitys auttaa estämään vaahtoa ja alentaa kustannuksia. Edustavia esimerkkejä: Muut liuottimet kuin vesi, kuten alifaattiset hiilivedyt, aromaattiset hiilivedyt ja happea sisältävät liuottimet.
Emulgointiaineet
Tehtävä: Parantaa emulgoitumista. Edustavia esimerkkejä: Dispergointiaineet (hydrofobinen piidioksidi jne.); Sakeutusaineet (CMC, polyeteenieetteri jne.).
◆◆Vaahdonestoaineen valinta
◆◆ Liukenematon tai niukkaliukoinen vaahtoavaan nesteeseen
Vaahdon rikkomiseksi vaahdonestoaine on keskitettävä ja keskitettävä vaahtokalvoon. Vaahdonestoaineissa tämän pitoisuuden tulisi tapahtua välittömästi; vaahtoamisenestoaineiden osalta tämä tila tulee säilyttää jatkuvasti. Siksi vaahdonestoaineet ovat ylikyllästettyinä vaahdotusnesteessä; vain liukenemattomat tai niukkaliukoiset aineet saavuttavat helposti ylikyllästyksen. Liukenemattomat tai niukkaliukoiset aineet kerääntyvät helposti kaasun-nesteen rajapinnalle, keskittyvät helposti vaahtokalvoon ja voivat toimia tehokkaasti pienemmillä pitoisuuksilla. Vesijärjestelmissä käytettävien vaahdonestoaineiden tehoainemolekyylien tulee olla vahvasti hydrofobisia ja heikosti hydrofiilisiä, HLB-arvon ollessa alueella 1,5-3 optimaalisen vaikutuksen saavuttamiseksi. Pintajännityksen tulee olla pienempi kuin vaahtoavan nesteen.
Vain silloin, kun vaahdonestoaineen molekyylien väliset voimat ovat heikkoja ja pintajännitys on pienempi kuin vaahdotusnesteen, voivat vaahdonestoainehiukkaset tunkeutua ja levitä vaahtokalvolle. On tärkeää huomata, että vaahdotusnesteen pintajännitys ei ole liuoksen pintajännitys, vaan vaahtoavan tukiliuoksen pintajännitys. Tietty affiniteetti vaahtoavan nesteen kanssa on välttämätön.
Koska vaahdonestoprosessi on olennaisesti kilpailu vaahdon romahtamisnopeuden ja vaahdon muodostumisnopeuden välillä, vaahdonestoaineen on kyettävä dispergoitumaan nopeasti vaahdotusnesteeseen, jotta se saa vaikutuksensa nopeasti laajalla alueella. Nopeaa diffuusiota varten vaahdonestoaineen aktiivisella ainesosalla on oltava tietty affiniteettiaste vaahtoavan nesteen kanssa. Jos vaikuttava aine on liian affiniteetista, se liukenee; jos se on liian hydrofobista, sitä on vaikea hajottaa. Vain silloin, kun affiniteetti ja hydrofobisuus ovat sopivat, vaikutus on hyvä.
Älä reagoi kemiallisesti vaahtoavan nesteen kanssa.
Jos vaahdonestoaine reagoi vaahtoavan nesteen kanssa, se menettää tehonsa ja voi tuottaa haitallisia aineita, jotka vaikuttavat mikrobien kasvuun. Matala volatiliteetti ja pitkäkestoinen-toiminta.
Määritä ensin järjestelmä, jossa vaahdonestoainetta käytetään: onko se vesi{0}}- vai öljy-pohjainen? Esimerkiksi käymisteollisuudessa vaaditaan öljy{2}}pohjaisia vaahdonestoaineita, kuten polyeetteri-muokattua silikonia tai polyeetteri--pohjaisia vaahdonestoaineita. Vesipohjaisten-pinnoitteiden teollisuudessa tarvitaan vesi-vaahdonestoaineita tai silikonivaahdonestoaineita. Kun olet valinnut vaahdonestoaineen, vertaa annostusta ja harkitse hintaa löytääksesi sopivimman ja edullisimman tuotteen.
◆◆Vaahdonestoaineen annostus
Vaahdonestoaineita on monenlaisia, ja tarvittava annostus vaihtelee tyypin mukaan.
Alkoholi-pohjaiset vaahdonestoaineet: Alkoholi-pohjaisten vaahdonestoaineiden annos on yleensä 0,01–0,10 %.
Öljy-vaahdonestoaineet: Öljy--pohjaisten vaahdonestoaineiden lisäysmäärä on 0,05–2 %, kun taas rasvahappoesterien vaahdonestoaineiden määrä on 0,002–0,2 %.
Amidivaahdonestoaineet: Amidivaahdonestoaineet ovat suhteellisen tehokkaita, ja lisäysmäärä on yleensä 0,002-0,005 %.
Fosforihappovaahdonestoaineet: Fosforihappovaahdonestoaineita käytetään yleisimmin kuiduissa ja voiteluöljyissä lisäysmäärällä 0,025-0,25 %.
Amiinin vaahdonestoaineet: Amiinivaahdonestoaineita käytetään pääasiassa kuidunkäsittelyssä, lisäysmäärällä 0,02-2 %.
Eetterivaahdonestoaineet: Eetterivaahdonestoaineita käytetään laajalti paperinvalmistuksessa, painatuksessa ja värjäyksessä sekä puhdistuksessa lisäysmäärällä 0,025-0,25 %.
◆◆Vaahdonestoaineiden edut ja haitat
**Orgaaniset silikonivaahdonestoaineet:** Nämä vaahdonestoaineet ovat helposti saatavilla ja suhteellisen edullisia. Alhaisesta hinnastaan huolimatta ne ovat erittäin tehokkaita ja tarjoavat nopeasti vaahdonestoa,{1}}pitkäkestoista vaahdonestoa, ja ne ovat myrkyttömiä ja vaarattomia, joten ne ovat hyvä vaahdonestoaine useimpiin teollisiin sovelluksiin. Ne ovat myös erittäin helppokäyttöisiä. Niitä ei kuitenkaan ole helppo säilyttää, ne ovat alttiita pilaantumiselle ja eivät ole yhteensopivia joidenkin järjestelmien kanssa.
**Polyeetterivaahdonestoaineet:** Polyeetterivaahdonestoaineet ovat suhteellisen vakain tyyppi, ja ne ovat hyvin yhteensopivia useimpien järjestelmien kanssa. Ne ovat stabiileimpia vaahdonestoainetyypeistä ja kestävät periaatteessa kaikentyyppisiä vaahtoja. Niiden vaahdonestoaika on vahvempi kuin organosilikonivaahdonestoaineilla, mutta niiden vaahdonestonopeus on suhteellisen hidas.
**Paljon alkoholipitoiset vaahdonestoaineet:** Nämä ovat suhteellisen tehokkaita vaahdonestoaineita; jotkin vaikeasti{0}}poistottavat-vaahdot voidaan poistaa korkeaalkoholisilla vaahdonestoaineilla.
**Silikonivaahdonestoaineet:** Nämä voivat sekä eliminoida että estää vaahdon muodostumisen, mikä tekee niistä yhden harvoista vaahdonestoaineista, jotka voivat ratkaista teollisuuden vaahto-ongelmia.
**Polyeetteri-muokattu silikoni:** Tässä yhdistyvät kahden edellisen vaahdonestotyypin edut, ja se on -myrkytön ja vaaraton, joten se on kustannus-tehokas tuote.
