Reakcijski mehanizem sredstev proti penjenju
◆◆ Raziskan je bil postopek odstranjevanja pene pri polisiloksanih v oljnih sistemih. Nenehno so fotografirali penasti sistem pri 1/1000 sekunde, pri čemer so slike povečali 100-krat. Shematski diagram štirih zaporednih fotografij kaže, da ko majhna kapljica sredstva za odstranjevanje pene iz silikonskega olja doseže film mehurčkov, povzroči, da površina mehurčkov poči in se združi v večji mehurček. Od prve do tretje kapljice se štirje mehurčki združijo v en velik mehurček, film mehurčkov pa se stanjša. Končno se plin in tekočina hitro ločita in velik mehurček izgine. Pok mehurčka se konča pri četrti kapljici. To objektivno pojasnjuje, zakaj ena sama kapljica sredstva proti penjenju povzroči pokanje serije mehurčkov. Ko se sredstvo proti penjenju oprime filma mehurčkov in prodre v tekočino filma mehurčkov, znatno zmanjša površinsko napetost na tem mestu. Ker ima aktivna sestavina sredstva proti penjenju nizko topnost v vodi v vodnem sistemu, je zmanjšanje površinske napetosti omejeno na lokalno območje filma mehurčkov, medtem ko površinska napetost okoli filma mehurčkov ostane skoraj nespremenjena. Območje z zmanjšano površinsko napetostjo je močno potegnjeno in razširjeno navzven, kar sčasoma povzroči pokanje pene. Sredstva proti penjenju lahko porušijo elastičnost penastega filma in povzročijo pokanje mehurčkov. Ker površinsko aktivne snovi, adsorbirane na površini penastega filma, zmanjšajo površinsko napetost, se pod lokalnim pritiskom penasti film na tem mestu stanjša, medtem ko se površinska napetost poveča zaradi redčenja površinsko aktivne snovi. Prav ta razlika v površinski napetosti med novo oblikovano površino in prvotno površino omogoča penastemu filmu, da obnovi svojo elastičnost, ko se stanjša pod zunanjim udarcem, kar preprečuje, da bi počil in tako stabilizira peno. Če poskušamo porušiti to elastičnost, lahko porušimo stabilnost pene. Nekateri strokovnjaki menijo, da je funkcija sredstev proti penjenju motiti elastičnost penastega filma. Ko penastemu sistemu dodamo sredstva proti penjenju, difundirajo proti meji plin-tekočina, zaradi česar površinsko aktivne snovi z lastnostmi stabilizacije-pene težko obnovijo elastičnost filma. Sredstva proti penjenju lahko pospešijo odvajanje tekočine in tako povzročijo pokanje mehurčkov. Dodatek snovi, ki pospešujejo odvajanje tekočine (sredstva za odstranjevanje pene), lahko povzroči razpenjanje. Če je penasti film debel, traja postopek drenaže na 30-40 nm dlje, penasti film pa ima močnejši učinek samo-celjenja in boljšo elastičnost. Zato imajo debelejši penasti filmi daljšo življenjsko dobo, stopnja drenaže pene pa odraža stabilnost pene. Hitra stopnja drenaže tekočega filma stanjša film, kar sčasoma povzroči, da pena poči. Dodajanje hidrofobnih trdnih delcev lahko povzroči tudi pokanje mehurčkov v sistemih za penjenje vode. Samo dodajanje delcev hidrofobnega silicijevega dioksida (tj. hidrofobnega silicijevega dioksida) ima učinek odstranjevanja pene. Hidrofobni delci uparjenega silicijevega dioksida pritegnejo hidrofobne konce površinsko aktivnih snovi na površini mehurčkov, preoblikujejo hidrofobne delce v hidrofilne delce in preidejo v vodno fazo ter tako zaključijo postopek odstranjevanja pene. Ti hidrofobni trdni delci silicijevega dioksida so na splošno delci dioksidnega silicijevega dioksida, obdelani z metil silikonskim oljem, silazanom ali DMC. Lokalno prodrejo v površino mehurčkov in zmanjšajo lokalno površinsko napetost. V kombinaciji z učinkom trdnih delcev je kot konica igle, ki prebada mehurček in pospešuje njegov pok. Zato imajo sredstva proti penjenju, ki vsebujejo hidrofobni silicijev dioksid, na splošno boljši učinek proti penjenju. Površinsko aktivne snovi za raztapljanje in-penjenje lahko povzročijo tudi pokanje mehurčkov. Nekatere snovi z nizko -molekularno- maso, ki jih je mogoče temeljito premešati z raztopino, lahko topijo površinsko aktivno snov v mehurčku in tako zmanjšajo njeno efektivno koncentracijo. Snovi z nizko-molekularno maso s tem učinkom, kot so alkoholi, kot so oktanol, etanol in propanol, ne le zmanjšajo koncentracijo površinsko aktivne snovi na površinski plasti, ampak se tudi raztopijo v adsorpcijski plasti površinsko aktivne snovi, kar zmanjša tesnost med molekulami površinsko aktivne snovi in tako oslabi stabilnost pene.
Elektroliti razgradijo dvojno plast površinsko aktivne snovi, kar povzroči pokanje mehurčkov. Pri penečih se tekočinah, katerih stabilnost je odvisna od interakcije dvojne plasti površinsko aktivne snovi, lahko dodajanje navadnih elektrolitov razgradi dvojno plast površinsko aktivne snovi in tako povzroči razpenjanje.
◆◆Sestava sredstev proti penjenju
Aktivne sestavine
Funkcija: odstranjevanje pene, zmanjšanje površinske napetosti; Zastopniki: Silikonsko olje, polietri, višji alkoholi, mineralno olje, rastlinsko olje itd.
Emulgatorji
Delovanje: razprši aktivne sestavine v majhne delce, olajša razpršitev v vodi in izboljša učinke odstranjevanja pene-za zatiranje pene. Predstavniki: Nonilfenol polioksietilen eter, milne soli, serija OP, serija Tween, serija Span itd. Nosilec
Funkcija: olajša lepljenje med nosilcem in sistemom za penjenje, olajša disperzijo znotraj sistema za penjenje in združuje oboje. Njegova nizka površinska napetost pomaga zavirati peno in zmanjšuje stroške. Reprezentativni primeri: Topila, ki niso voda, kot so alifatski ogljikovodiki, aromatski ogljikovodiki in topila,-kisik.
Emulgatorji
Delovanje: izboljša emulgiranje. Reprezentativni primeri: disperzijska sredstva (hidrofobni silicijev dioksid itd.); Sredstva za zgoščevanje (CMC, polietilen eter itd.).
◆◆Kako izbrati sredstvo proti penjenju
◆◆ Netopen ali zmerno topen v peneči se tekočini
Za razbijanje pene je treba sredstvo proti penjenju koncentrirati in usmeriti na penasti film. Pri sredstvih proti penjenju se mora ta koncentracija pojaviti v trenutku; pri zaviralcih penjenja je treba to stanje stalno vzdrževati. Zato so sredstva proti penjenju prenasičena v tekočini za penjenje; le netopne ali težko topne snovi zlahka dosežejo prenasičenost. Netopna ali težko topna sredstva se zlahka združijo na meji plin-tekočina, zlahka se koncentrirajo na penasti film in lahko učinkovito delujejo pri nižjih koncentracijah. Za sredstva proti penjenju, ki se uporabljajo v vodnih sistemih, morajo biti molekule aktivne sestavine močno hidrofobne in šibko hidrofilne, z vrednostjo HLB v območju 1,5-3 za optimalen učinek. Površinska napetost mora biti nižja od napetosti tekočine za penjenje.
Šele ko so medmolekularne sile sredstva proti penjenju šibke in je površinska napetost nižja od napetosti tekočine, ki se peni, lahko delci sredstva proti penjenju prodrejo in se razširijo na penasti film. Pomembno je vedeti, da površinska napetost penilne tekočine ni površinska napetost raztopine, temveč površinska napetost-podporne raztopine za penjenje. Potrebna je določena stopnja afinitete s tekočino za penjenje.
Ker je postopek odstranjevanja pene v bistvu tekmovanje med hitrostjo sesedanja pene in hitrostjo nastajanja pene, mora biti sredstvo za odstranjevanje pene sposobno hitro razpršiti v tekočini za penjenje, da lahko hitro izvaja svoj učinek na širokem območju. Za hitro difuzijo mora imeti aktivna sestavina sredstva proti penjenju določeno stopnjo afinitete s tekočino za penjenje. Če ima aktivna sestavina preveliko afiniteto, se bo raztopila; če je preveč hidrofoben, se bo težko razpršil. Šele ko sta afiniteta in hidrofobnost ustrezni, bo učinek dober.
Ne reagirajte kemično s penečo tekočino.
Če sredstvo proti penjenju reagira s penečo tekočino, bo izgubilo svojo učinkovitost in lahko proizvede škodljive snovi, ki vplivajo na rast mikrobov. Nizka volatilnost in dolgo{1}}delovanje.
Najprej določite sistem, v katerem bo sredstvo proti penjenju uporabljeno: ali je na vodni-ali oljni-temelji? V fermentacijski industriji so na primer potrebna sredstva proti penjenju na osnovi-olja, kot so sredstva za odstranjevanje pene na osnovi-polietra-ali silikona-na osnovi polietra. V industriji premazov-na vodni osnovi so potrebna sredstva proti penjenju-na osnovi vode ali silikona. Ko izberete sredstvo proti penjenju, primerjajte doziranje in upoštevajte ceno, da določite najbolj primeren in ekonomičen izdelek.
◆◆Odmerjanje sredstva za odstranjevanje pene
Obstaja veliko vrst sredstev proti penjenju in zahtevani odmerek se razlikuje glede na vrsto.
Sredstva proti penjenju-na osnovi alkohola: Odmerjanje sredstev proti penjenju-na osnovi alkohola je na splošno med 0,01–0,10 %.
Sredstva proti penjenju-na osnovi olja: Dodatna količina sredstev proti penjenju-na osnovi olja je med 0,05–2 %, medtem ko je količina sredstev proti penjenju na osnovi estrov maščobnih kislin med 0,002–0,2 %.
Sredstva za odstranjevanje pene iz amida: Sredstva za odstranjevanje pene iz amida so razmeroma učinkovita, količina dodatka pa je na splošno znotraj 0,002-0,005 %.
Sredstva proti penjenju na osnovi fosforne kisline: sredstva proti penjenju na osnovi fosforne kisline se najpogosteje uporabljajo v vlaknih in mazalnih oljih z dodano količino med 0,025-0,25 %.
Sredstva proti penjenju z amini: Sredstva proti penjenju z amini se v glavnem uporabljajo pri predelavi vlaken z dodatkom 0,02-2 %.
Eter sredstva proti penjenju: Eter sredstva proti penjenju se pogosto uporabljajo pri izdelavi papirja, tiskanju in barvanju ter čiščenju z dodano količino 0,025-0,25 %.
◆◆Prednosti in slabosti sredstev proti penjenju
**Organski silikonski sredstva proti penjenju:** Ti sredstva proti penjenju so na voljo in relativno poceni. Kljub nizki ceni so zelo učinkoviti, ponujajo hitro odstranjevanje pene, dolgo-trajno zatiranje pene ter niso-strupeni in neškodljivi, zaradi česar so dobro sredstvo proti penjenju za večino industrijskih aplikacij. Prav tako so zelo enostavni za uporabo. Vendar jih ni enostavno shraniti, nagnjeni so k kvarjenju in niso združljivi z nekaterimi sistemi.
**Polietrska sredstva proti penjenju: ** Polietrska sredstva proti penjenju so razmeroma najbolj stabilna vrsta, z dobro združljivostjo z večino sistemov. So najbolj stabilni med vrstami sredstev za odstranjevanje pene in praktično prenesejo vse vrste pen. Njihov čas za zatiranje pene je močnejši kot pri organosilikonskih sredstvoh proti penjenju, vendar je njihova hitrost odstranjevanja pene razmeroma počasna.
** Sredstva proti penjenju z visoko vsebnostjo alkohola: ** To so razmeroma učinkovita sredstva proti penjenju; nekatere pene,-{1}}ki jih je težko odstraniti, je mogoče odstraniti z antipenilci z visoko vsebnostjo alkohola.
**Silikonska sredstva proti penjenju:** Ti lahko odpravijo in zavirajo nastajanje pene, zaradi česar so eden redkih sredstev proti penjenju, ki lahko temeljito rešijo težave z industrijsko peno.
**Polieter-modificiran silikon:** združuje prednosti prejšnjih dveh vrst sredstev proti penjenju ter ni-strupen in neškodljiv, zaradi česar je stroškovno-učinkovit izdelek.
