Пеногаситель или антивспениватель — это химическая добавка, которая уменьшает и препятствует образованию пены в промышленных технологических жидкостях. Термины «антивспениватель» и «пеногаситель» часто используются как взаимозаменяемые. Строго говоря, пеногасители устраняют существующую пену, а антивспениватели предотвращают образование дальнейшей пены. Обычно используемыми агентами являются нерастворимые масла, полидиметилсилоксаны и другие силиконы, некоторые спирты, стеараты и гликоли . Добавка используется для предотвращения образования пены или добавляется для разрушения уже образовавшейся пены.
В промышленных процессах пены создают серьезные проблемы. Они вызывают дефекты на поверхностных покрытиях и мешают эффективному заполнению контейнеров. Существует множество химических формул для предотвращения образования пен. [1]
Обычно пеногаситель нерастворим в пенообразующей среде и обладает поверхностно-активными свойствами. Существенной особенностью пеногасителя является низкая вязкость и способность быстро распространяться по пенистым поверхностям. Он имеет сродство к поверхности воздух-жидкость, где он дестабилизирует ламели пены. Это вызывает разрыв пузырьков воздуха и разрушение поверхностной пены. Увлеченные пузырьки воздуха агломерируются, и более крупные пузырьки быстрее поднимаются на поверхность основной жидкости. [2]
Первые пеногасители были направлены на разрушение видимой пены на поверхности. Для разрушения пены использовались керосин , мазут и другие легкие нефтепродукты. Растительные масла также нашли некоторое применение. Жирные спирты (C7 – C22) были эффективными, но дорогими пеногасителями. Их добавляли в нефтепродукты для повышения эффективности. Молоко и сливки были предшественниками современных пеногасителей эмульсионного типа. [3]
В 1950-х годах начались эксперименты с пеногасителями на основе силикона . Они были основаны на полидиметилсилоксане (силиконовом масле), диспергированном в воде или легком масле. Силиконовые масла работали хорошо, но вызывали поверхностные нарушения во многих областях применения, таких как краски и производство бумаги . В 1963 году были запатентованы первые пеногасители с гидрофобными частицами ( гидрофобный кремнезем ) в легком масле . В начале 1970-х годов были разработаны гидрофобные воски, такие как этиленбисстеарамид, диспергированный в маслах. Эти типы пеногасителей были очень эффективны, но нефтяной кризис 1973 года сделал их слишком дорогими и привел к толчку к снижению содержания масла. Решением было добавление воды . Так появились водонаполненные (эмульсия вода в масле) и водоосновные (эмульсия масло в воде) пеногасители. [4]
Разработка пеногасителей на основе силикона продолжалась с использованием различных эмульгаторов и модифицированных силиконовых масел. В начале 1990-х годов пеногасители на основе силиконовой эмульсии, вызывающие меньшее нарушение поверхности, с большим успехом применялись в целлюлозно -бумажной промышленности. Они обеспечивали лучшую промывку, снижали биологическую потребность в кислороде (БПК) в сточных водах и уменьшали отложения.
Масляные пеногасители имеют масляный носитель. Масло может быть минеральным маслом , растительным маслом или любым другим маслом, нерастворимым в пенообразующей среде, за исключением силиконового масла . Масляный пеногаситель также содержит воск и/или гидрофобный диоксид кремния для повышения производительности. Типичные воски — это этиленбисстеарамид (EBS), парафиновые воски , эфирные воски и воски жирных спиртов . Эти продукты также могут иметь поверхностно-активные вещества для улучшения эмульгирования и распространения в пенообразующей среде.
Это мощные пеногасители, которые обычно лучше всего сбивают поверхностную пену.
Порошковые пеногасители в принципе являются пеногасителями на основе масла на носителе из частиц, например, кремния . Их добавляют в порошкообразные продукты, такие как цемент , гипс и моющие средства .
Пеногасители на водной основе — это различные типы масел и восков, диспергированных в водной основе. Масла часто представляют собой минеральные или растительные масла, а воски — длинноцепочечные жирные спирты , мыла жирных кислот или сложные эфиры . Обычно они лучше всего подходят в качестве деаэраторов , что означает, что они лучше всего справляются с высвобождением вовлеченного воздуха.
Пеногасители на основе силикона представляют собой полимеры с кремниевыми остовами. Они могут поставляться в виде масла или эмульсии на водной основе. Силиконовый состав состоит из гидрофобного диоксида кремния , диспергированного в силиконовом масле . Эмульгаторы добавляются для того, чтобы силикон быстро и хорошо распределялся в пенообразующей среде. Силиконовый состав может также содержать силиконгликоли и другие модифицированные силиконовые жидкости. [5]
Они также являются мощными пеногасителями и хорошо сбивают поверхностную пену и высвобождают вовлеченный воздух.
Пеногасители на основе силикона также подходят для неводных пенообразующих систем, таких как сырая нефть и нефтепереработка . Для очень требовательных применений могут подойти фторсиликоны.
Пеногасители на основе EO/PO содержат сополимеры полиэтиленгликоля и полипропиленгликоля. Они поставляются в виде масел, водных растворов или эмульсий на водной основе. Сополимеры EO/PO обычно обладают хорошими диспергирующими свойствами и часто хорошо подходят, когда возникают проблемы с отложениями.
Алкилполиакрилаты подходят для использования в качестве пеногасителей в неводных системах , где выделение воздуха важнее, чем разрушение поверхностной пены. Эти пеногасители часто поставляются в растворителе -носителе, таком как нефтяные дистилляты.
Наиболее заметной формой пены является пена, плавающая на поверхности материала. Ее легко контролировать и относительно легко обрабатывать, и это скорее косметическая проблема. Поверхностная пена может вызвать проблемы с уровнями жидкости и перелив, что приведет к образованию луж масла вокруг оборудования, что является проблемой безопасности. [6] Кроме того, это может снизить скорость процесса и доступность технологического оборудования. Основная механическая проблема, как правило, возникает, когда пена попадает в систему, поскольку воздух является плохой смазкой, что означает, что может произойти контакт металла с металлом. [6]
Воздух или другой газ, растворенный в жидкости, может выделяться из раствора в виде маленьких пузырьков (захваченный воздух). Если эти маленькие пузырьки обладают достаточной плавучестью , они могут подняться на поверхность и вместе образовать пену. Механические факторы, которые могут вызывать захваченный воздух:
Пена, вовлеченный и растворенный воздух, присутствующие в охлаждающих жидкостях и технологических жидкостях, могут вызывать различные виды проблем, в том числе:
Существует несколько способов проверки пеногасителей.
Самый простой способ — смотреть на поверхностную пену. Все, что нужно, — это система для генерации пены. Это может быть сделано с помощью круглой насосной системы с соплом и цилиндром или системы впрыска воздуха в цилиндр. Цилиндр оснащен шкалой для измерения высоты пены. Это оборудование может иметь нагреватель для контроля температуры.
Уровень вовлеченного воздуха можно проверить с помощью аналогичного оборудования, оснащенного измерителем плотности , который может регистрировать изменения плотности жидкости с течением времени.
Дренаж можно проверить с помощью системы фильтрации для измерения времени слива жидкости через фильтр. Фильтр может быть под давлением или иметь вакуум .
В некоторые типы моющих средств добавляют антипенные добавки , чтобы уменьшить пенообразование , которое может снизить эффективность моющего средства. Например, моющие средства для посудомоечных машин должны иметь низкое пенообразование, чтобы посудомоечная машина работала должным образом. Пеногаситель добавляют в бак для сбора пыли ковровых экстракторов, чтобы предотвратить повреждение двигателя пылесоса из-за чрезмерного пенообразования.
При использовании в качестве ингредиента в пище , пеногасители предназначены для сдерживания вспенивания или выделения пузырьков при приготовлении или подаче. [ требуется ссылка ] Эти агенты входят в состав различных продуктов питания и материалов для приготовления пищи; McDonald's включает полидиметилсилоксан (тип силикона ) в свое масло для смягчения опасных брызг масла, вызванных пенообразованием во фритюрницах, [7] поэтому он был указан в качестве ингредиента в их куриных наггетсах , картофеле фри и других жареных блюдах меню. [8] [9]
Пеногасители используются во многих промышленных процессах и продуктах: древесная масса , бумага , краски , очистка промышленных сточных вод , пищевая промышленность , бурение нефтяных скважин , станкостроение , масла, режущие инструменты , гидравлика и т. д.
Противопенные агенты также продаются в коммерческих целях для облегчения вздутия живота . Знакомый пример — препарат симетикон , который является активным ингредиентом в таких препаратах, как Gas-X . [ требуется цитата ]