Kuidas vahutamisvahendid toimivad: vahu kontrolli teadustegevuse lahtimõtestamine

Vahu kogunemine tööstuslikes protsessides tekitab suuri probleeme. See võib kahjustada masinaid, põhjustada ebaühtlast tootetihedust ja häirida olulisi eraldusprotsesse. Kuid vahutamisvahendite kasutuselevõtt on muutnud tööstustegevust, kuna need kontrollivad tõhusalt soovimatut vahtu. Tööstus alustas lihtsate lahendustega, nagu petrooleum ja taimeõlid, kui vahutõrjevahendid, ning need elutähtsad lisandid on sellest ajast alates oluliselt täiustunud.

Kaasaegsed vahutamisvahendid, eriti silikoonipõhised preparaadid, toimivad hämmastavalt hästi mitmesugustes rakendustes. Need spetsiaalsed kemikaalid ühendavad endas unikaalseid omadusi, mis muudavad need paremaks kui traditsioonilised orgaanilised alternatiivid. Nad peavad vastu kuumusele, on keemiliselt stabiilsed ja neil on madalam pindpinevus. Teadus nende oluliste tööstuslike lisaainete taga on põnev - alates sellest, kuidas nad lagundavad vahtu, et vältida selle tekkimist. Nende mõju on näha kõikjal alates toiduainete töötlemisest ja veepuhastusest kuni keemiatööstuseni.

Teadus vahu moodustumise taga

Keerukad kolloidsed süsteemid, mida nimetatakse vahudeks, ümbritsevad meid kõikjal. Gaasimullid levivad vedelas faasis, et luua neid põnevaid struktuure. Teadlased õpivad vahu moodustumise kohta, uurides mehhanisme, mis kontrollivad, kuidas mullid moodustuvad ja püsivad stabiilsena.

Vahusüsteem on termodünaamiliselt ebastabiilne oma sisemiselt. Mulli tekkimiseks on vaja energiat, et venitada liideseid - täpsemalt 4γRb² (kus γ on pindpinevus ja Rb on mulli raadius). Puhas vesi ei suuda selle energiavajaduse tõttu ise vahtu säilitada. Pinnapinevus peab vähenema koos lisakomponentidega.

Pindaktiivsed ained on siinkohal võtmetähtsusega tegijad. Nendel spetsiaalsetel molekulidel on vee poole suunatud hüdrofiilne pea ja vee poole suunatud hüdrofoobne saba. Nad kogunevad gaasi ja vedeliku piiripunktidesse ja vähendavad pindpinevust. Seega väheneb vahu tekkimiseks vajalik energia märkimisväärselt, kuigi protsess ei ole siiski spontaanne.

Need pindaktiivsed ained aitavad hoida vahu stabiilsena mitmel viisil:

• Nad loovad pinnad, mis suudavad venida ilma purunemata
• Nad loovad rõhu, mis võitleb vedeliku äravoolu vastu.
• Nad takistavad gaasi liikumist mullide vahel

Vaht on hämmastava füüsikalise struktuuriga. Esialgses "märjas vahus" on ümmargused mullid, mille vahel on palju vedelikku. Kui vedelik valgub, muutub see "kuivaks vahuks", kus polüedrilised mullid ühenduvad õhukeste lamellide kaudu.

Vedeliku äravool kujutab endast suurt väljakutset vahu stabiilsusele. Gravitatsioon tõmbab vedelikku alla läbi kanalite, kus mullid kohtuvad (platoo piirid). Kapillaarjõud tõmbavad vedelikku ka õhukestest kiledest nendesse piiridesse.

Vahu stabiilsus sõltub enamast kui ainult pindaktiivsetest ainetest:

• Temperatuur muudab gaasi lahustumist ja vahu moodustumist
• Erinevad segamismeetodid tekitavad erineva suurusega mullid
• Vedeliku paksus mõjutab, kui kiiresti see valgub.

Tööstuskeemikud kasutavad neid teaduslikke teadmisi, et töötada välja kiireid viise vahu lagundamiseks. Nad on suunatud konkreetsetele mehhanismidele, mis hoiavad vahu stabiilsena.

Kuidas vahutamisvastane aine häirib vahu stabiilsust

vahutamisvahendid lõhuvad vahu struktuuri spetsiifiliste füüsikaliste ja keemiliste mehhanismide kaudu. Need ained toimivad teisiti kui vahu tekitavad pindaktiivsed ained, mis stabiliseerivad mullid, vähendades pindpinevust. Nad lõhuvad õrnad jõud, mis hoiavad vahu tervena.

Vahuärastusaine edu sõltub selle "sisenemisbarjäärist" - sellest, kui hästi see jõuab vahupinnale. Kõige tõhusamad vahutamisvahendid lagundavad vahu täielikult ühe minuti jooksul. Nad on suunatud õhukeste kilede vahel kohe õhustamise alguses. See kiire lagunemine toimub seotud mehhanismide kaudu:

Parimad vahutamisvahendid peavad jääma vahutavas keskkonnas lahustumatuks. Nad vajavad pindaktiivseid omadusi, et levida kiiresti üle vahupinna. Tõhus vahutamisvahendaja tekitab ebastabiilsust, tungides gaasi ja vedeliku piiripunkti. Selleks peab vahendi läbitungimise koefitsient olema positiivne, et saavutada selline läbitungimine.

Kaasaegsed vahutamisvahendid lagundavad vahtu nende peamiste mehhanismide abil:

Sildumine-kastumine: Hüdrofoobsed osakesed vahutamisvahendis loovad silla üle vahukile. Osake lõhub kile kokkupuutepunktis, kui see on piisavalt hüdrofoobne (kokkupuutenurk >90°). See meetod toimib kõige paremini, kui tootjad kombineerivad hüdrofoobseid osakesi kandjaõlidega.

Bridging-Stretching: Vahendi tekitab ebastabiilse silla üle lamelli. See sild venib, kuni puruneb oma kõige õhemas kohas. Selleks, et see toimiks, peab sillakoefitsient (B) jääma positiivseks.

Leviku efekt: Madala pinnapinevusega vahtude eemaldajad levivad vahupinnale. Nad lükkavad pindaktiivsed ained eemale ja õhendavad vedelikukihti, kuni see puruneb.

Orgaaniline räni vahtmisvastane aine on kõige tõhusamad tööstuslikud võimalused. Nende vahu vähenemise määrad on pikemaajalisel kasutamisel suuremad kui 98%. Nende edu tuleneb mitme vahuärastusmeetodi kombineerimisest korraga. Tootjad saavutavad selle, segades hoolikalt tahkeid teravate servadega hüdrofoobseid osakesi vedelates faasides. Need vedelikud levivad hästi ja säilitavad madala pindpinevuse.

Silikoonipõhine vahutamisvahendaja on suurepärane pinnavahu eemaldamisel, vabastades samal ajal kinni jäänud õhku. See muudab need mitmekülgseks valikuks igat liiki tööstusharudes.

Kaasaegsete vahtmisvastaste ainete keemiline koostis

Kaasaegsete vahutamisvahendite keemiline koostis erineb sõltuvalt nende konkreetsetest kasutusaladest ja omadustest. Vaadakem lähemalt nende koostist, et mõista, kuidas nad toimivad vahu ohjeldamiseks erinevates olukordades.

Silikoonipõhised vahutamisvahendid sisaldavad peamiselt polümeere polümetüülsiloksaani (PDMS), mis on segatud hüdrofoobsete ränidioksiidi osakestega. Need segud toimivad erakordselt hästi, sest nende madal pindpinevus aitab neil kiiremini levida üle vahupinna ja katta kile. Silikooniühendid püsivad stabiilsed ja toimivad hästi ka äärmuslikes temperatuurides ja pH-tingimustes.

Mineraalõli vahutamisvahendid on odavamad kui muud tüüpi vahutamisvahendid. Need sisaldavad 85-95% alifaatilist mineraalõli ja 1-3% hüdrofoobseid osakesi. Emulgaatorid aitavad osakesed õlis hajutada ja segunevad pinnakattevahenditesse. Kaasaegsed versioonid kasutavad nüüd APEO-vabasid emulgaatoreid, mis vastavad tervishoiunõuetele. Kvaliteetsed variandid sisaldavad sageli modifitseeritud polüsiloksaane, et parandada spontaanset vahutamist.

Õlipõhised silikoonita vahutamisvahendid kasutavad kandjaõlidena mineraalõli, taimeõli või muid lahustumatuid õlisid, mis moodustavad segust 90%. Need õlid liigutavad hüdrofoobseid koostisosi pindaktiivsete ainete kahekordsetesse kihtidesse, mis hoiavad vahumullid stabiilsena. Vahade, nagu etüleen- bis- stearamiid, parafiinivahad või rasvalkoholivahad, lisamine aitab parandada nende toimimist.

Veepõhised preparaadid segavad õlid ja vahad veekandjatesse. Need kombineerivad rasvhappeseebid, pikaahelalised rasvalkoholid või estrid mineraal- või taimeõlidega. Need vahutamisvahendid vabastavad paremini kinni jäänud õhku kui kõrvaldavad pinnavahtu.

EO/PO (etüleenoksiid/propüleenoksiid) kopolümeeride vahutusvahendid toimivad tänu oma reguleeritavatele omadustele hästi erinevates süsteemides. Nende madalad vahutamisomadused ja vastupidine vees lahustuvus muudavad need tõhusaks paljudes rakendustes.

Parimad vahutamisvahendid saavutavad täiusliku tasakaalu lahustamatuse ja pindaktiivsuse vahel. Nad kombineerivad hüdrofoobsed osakesed kandevedeliku, mis levib kergesti ja millel on madal pindpinevus, et tõhusalt vahtu lagundada.

Kokkuvõte

Vahustamisel on oluline roll paljudes tööstuslikes rakendustes. Need komponendid toimivad teaduslike põhimõtete ja väljatöötatud keemilise koostise abil. Nad häirivad vahu stabiilsust spetsiifiliste mehhanismide kaudu: sillutava-kastuva, sillutava-veniva ja leviva mõju kaudu.

Kaasaegne vahutamisvastane aine on võimas vahend tööstusprotsessides. Silikoonipõhised preparaadid on suur asi, sest see tähendab, et nad vähendavad vahtu rohkem kui 98%. See juhtub hüdrofoobsete osakeste ja spetsiaalsete kandevedelike kombinatsiooni abil. Need täiustatud valemid lahendavad tõhusalt nii pinnavahu kui ka kinni jäänud õhu probleeme.

Teadlased parandavad pidevalt vahutamisvahendi koostist. Nad loovad spetsiaalseid lahendusi konkreetseteks kasutusaladeks, keskendudes samal ajal keskkonnaohutusele ja tegevuse tõhususele. See pidev areng näitab nende põhjalikke teadmisi vahu moodustumise füüsikast - alates pindpinevuse dünaamikast kuni mullide struktuuri mehaanikani.

Vahukontrolliteadus tõestab, kuidas teoreetilised teadmised loovad praktilisi lahendusi, mis tõhustavad tööstusprotsesse. Tootjad saavad vahuga seotud probleemidega hakkama, valides ja rakendades õigeid vahutamisvahendeid. See tagab sujuva töö erinevates töötlemiskeskkondades.

KKK

Q1. Kuidas toimivad vahutamisvahendid vahu kontrollimiseks? Vahu eemaldamise vahendid toimivad vahustruktuuride stabiilsuse häirimise teel. Nad tungivad gaasi ja vedeliku piiresse, tekitades vahukihis ebastabiilsust. Kaasaegsed vahutamisvastased ained kasutavad vahumullide lõhkumiseks ja nende moodustumise vältimiseks selliseid mehhanisme nagu sildumine-kastumine, sildumine-venitamine ja laialivalgumine.

Q2. Mis vahe on vahutusvahenditel ja vahutamisvastastel ainetel? Kuigi mõlemad kontrollivad vahtu, takistavad vahutamisvastased ained peamiselt vahu tekkimist, samas kui vahutamisvastased ained vähendavad olemasolevat vahtu. Vahtumisvastaseid aineid lisatakse ennetavalt, et peatada vahu tekkimine, samas kui vahutusvahendeid kasutatakse juba tekkinud vahu lagundamiseks.

Q3. Millised on peamised tööstuses kasutatavad vahutamisvahendid? Peamised vahutamisvahendid on silikoonipõhised vahutamisvahendid (sisaldavad polüdimetüülsiloksaanpolümeere), mineraalõliga vahutamisvahendid, õlipõhised vahutamisvahendid (mitte-silikoon), vesipõhised preparaadid ja EO/PO kopolümeeri vahutamisvahendid. Iga tüüp on formuleeritud konkreetsete rakenduste jaoks, mis põhinevad nende ainulaadsetel omadustel.

Q4. Miks peetakse silikoonipõhist vahendi eemaldajat väga tõhusaks? Silikoonipõhised vahutamisvahendid on väga tõhusad tänu oma madalale pindpinevusele, mis võimaldab neil kiiresti vahupinnale levida. Nad on ka väga kuumakindlad ja keemiliselt stabiilsed, mistõttu sobivad nad ka ekstreemsetes tingimustes. Need vahutamisvastased ained suudavad nii pinnavahtu kõrvaldada kui ka kaasa võetud õhku eraldada, mis muudab need mitmekülgseks kasutamiseks erinevates tööstuslikes rakendustes.

Q5. Millised tegurid aitavad kaasa vahutamisvahendi tõhususele? Vahuärastusaine tõhusus sõltub mitmest tegurist, sealhulgas selle võimest tungida vahu pinnale (sisenemisbarjäär), lahustamatusest vahutavas keskkonnas, pindaktiivsetest omadustest kiireks levimiseks ja hüdrofoobsete osakeste olemasolust. Kõige tõhusamad vahutamisvahendid kombineerivad samaaegselt mitu mehhanismi, mis saavutatakse hea levitatavuse ja madala pindpinevusega vedelas faasis suspendeeritud tahkete hüdrofoobsete osakeste hoolika koostisega.