Пеногаситель или антивспениватель — это химическая добавка , которая уменьшает и препятствует образованию пены в промышленных технологических жидкостях. Термины пеногаситель и пеногаситель часто используются как взаимозаменяемые. Строго говоря, пеногасители устраняют существующую пену, а пеногасители 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 поверхностного покрытия и препятствуют эффективному заполнению контейнеров. Доступны различные химические формулы для предотвращения образования пены. [1]
Обычно пеногаситель нерастворим в пенообразующей среде и обладает поверхностно-активными свойствами. Существенной особенностью пеногасителя является низкая вязкость и способность быстро распределяться по пенистым поверхностям. Он имеет сродство к воздушно-жидкостной поверхности, где дестабилизирует ламели пенопласта. Это приводит к разрыву пузырьков воздуха и разрушению поверхностной пены. Захваченные пузырьки воздуха агломерируются, и более крупные пузырьки быстрее поднимаются на поверхность объемной жидкости. [2]
Первые пеногасители были направлены на разрушение видимой пены на поверхности. Для разрушения пены использовали керосин , мазут и другие светлые нефтепродукты. Растительные масла также нашли применение. Жирные спирты (С7 – С22) были эффективными, но дорогими пеногасителями. Их добавляли в нефтепродукты для повышения эффективности. Молоко и сливки были предшественниками современных пеногасителей эмульсионного типа. [3]
В 1950-е годы 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 нарушения поверхности во многих применениях, 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 этилен-бис-стеарамид, диспергированные в маслах. Эти типы пеногасителей были очень эффективными, но нефтяной кризис 1973 года сделал их слишком дорогими и привел к необходимости снижения содержания масла. Решением было добавление воды . Так появились пеногасители на водной основе (вода в масляной эмульсии) и на водной основе (масло в воде). [4]
Продолжается разработка пеногасителей на основе силикона с использованием различных эмульгаторов и модифицированных силиконовых масел. В начале 1990-х годов силиконовые эмульсионные пеногасители, которые вызывали меньшие повреждения поверхности , с большим успехом использовались в древесно-целлюлозной промышленности. Это привело к улучшению промывки, снижению биологической потребности в кислороде (БПК) в сточных водах и уменьшению отложений.
Пеногасители на масляной основе имеют маслоноситель. Маслом может быть минеральное масло , растительное масло или любое другое масло, нерастворимое в пенообразующей среде, за исключением силиконового масла . Пеногаситель на масляной основе также содержит воск и/или гидрофобный диоксид кремния для повышения эффективности. Типичными восками являются этилен-бис-стеарамид (EBS), парафиновые воски , сложноэфирные воски и воски на основе жирных спиртов . Эти продукты также могут содержать поверхностно-активные вещества для улучшения эмульгирования и распределения в пенящейся среде.
Это мощные пеногасители, которые обычно лучше всего сбивают пену с поверхности.
Порошковые пеногасители, в принципе, представляют собой пеногасители на масляной основе на дисперсном носителе, таком как диоксид кремния . Их добавляют в порошкообразные продукты, такие как цемент , штукатурка и моющие средства .
Пеногасители на водной основе представляют собой различные виды масел и восков, диспергированные на водной основе. Масла часто представляют собой минеральное масло или растительные масла, а воски представляют собой длинноцепочечные жирные спирты , мыла жирных кислот или сложные эфиры . Обычно они лучше всего подходят в качестве деаэраторов , а это означает, что они лучше всего высвобождают увлеченный воздух.
Пеногасители на основе силикона представляют собой полимеры с кремниевой основой. Они могут поставляться в виде масляной или водной эмульсии. Силиконовое соединение состоит из гидрофобного диоксида кремния, диспергированного в силиконовом масле . Эмульгаторы добавляются для обеспечения быстрого и хорошего распределения силикона в пенящейся среде. Силиконовое соединение может также содержать силиконовые гликоли и другие модифицированные силиконовые жидкости. [5]
Это также мощные пеногасители, которые хорошо сбивают поверхностную пену и выпускают увлеченный 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 ЭО/ПО содержат сополимеры полиэтиленгликоля и полипропиленгликоля. Они поставляются в виде масел, водных растворов или эмульсий на водной основе. Сополимеры ЭО/ПО 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 более важно, чем разрушение поверхностной пены . Эти пеногасители часто поставляются в виде растворителя- носителя, такого как нефтяные дистилляты.
Наиболее заметная форма пены — это пена, плавающая на поверхности заготовки. За ним легко следить и относительно легко обращаться, и это скорее косметическая проблема. Пена на поверхности может вызвать проблемы с уровнем жидкости и вызвать перелив, приводящий к образованию луж масел вокруг оборудования, что является угрозой безопасности. [6] Кроме того, это может снизить скорость процесса и доступность технологического оборудования. Основная механическая проблема обычно возникает при попадании пены в систему, поскольку воздух является плохой смазкой, а это означает, что может произойти контакт металла с металлом. [6]
Воздух или другой газ, растворенный в жидкости, может выходить из раствора в виде мелких пузырьков (вовлекаемый воздух). Если эти маленькие пузырьки обладают достаточной плавучестью , они могут подняться на поверхность и вместе образовать пену. Механические факторы, которые могут привести к образованию захваченного воздуха:
Пена, увлеченный и растворенный воздух, присутствующие в охлаждающих и технологических жидкостях, могут вызывать различные проблемы, в том числе:
Существует несколько способов проверки пеногасителей.
Самый простой — посмотреть на пену на поверхности. Все что нужно – это система генерации пены. Это можно сделать с помощью круглой насосной системы с соплом и цилиндром или системы нагнетания воздуха в цилиндр. Цилиндр оснащен шкалой для измерения высоты пены. Данное оборудование может иметь нагреватель для контроля температуры.
Захваченный воздух можно проверить с помощью аналогичного оборудования, имеющего плотномер , который может регистрировать изменения плотности жидкости с течением времени.
Дренаж можно проверить с помощью фильтрующей системы для измерения времени слива жидкости через фильтр. Фильтр может находиться под давлением или иметь вакуум .
В некоторые типы моющих средств добавляют пеногасители для уменьшения пенообразования , которое может снизить эффективность моющего средства. Например, для правильной работы посудомоечной машины моющие средства должны иметь низкое пенообразование . Пеногаситель добавляется в бак для утилизации ковровых экстракторов, чтобы предотвратить слишком сильное вспенивание двигателя пылесоса.
При использовании в качестве ингредиента в пищевых продуктах пеногасители предназначены для сдерживания выделения или шипения при приготовлении или подаче. [ нужна цитация ] Агенты включены в различные продукты питания и материалы для приготовления пищи; McDonald's включает в свое масло полидиметилсилоксан (разновидность силикона ), чтобы смягчить опасные брызги масла, вызванные 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 целлюлоза , бумага , краска , очистка промышленных сточных вод , пищевая промышленность , бурение нефтяных скважин , станкостроение , смазочные материалы, режущие инструменты , гидравлика и т. д.
В продаже также продаются пеногасители для облегчения вздутия живота . Знакомый пример — препарат симетикон , который является активным ингредиентом таких лекарств, как Gas-X . [ нужна цитата ]