Для чего используется силиконовый пеногаситель и как его изготавливают

Анализ производства

Внутри производства силиконового пеногасителя: от сырого силиконового масла до готовой рецептуры

Каждая партия силиконовый пеногаситель Производство на наших линиях начинается с сырого метилсиликонового масла задолго до того, как оно становится стабильной, готовой к использованию жидкостью. Путь от базового масла до готового пеногасителя на основе силикона включает несколько контролируемых этапов, каждый из которых напрямую влияет на то, насколько быстро продукт сбивает пену, как долго он удерживает пену от возврата и насколько хорошо он выдерживает различные рабочие температуры и условия pH. Понимание этого процесса помогает объяснить, почему детали рецептуры имеют такое же значение, как и сам активный ингредиент, и почему два продукта, оба помеченные как силиконовый пеногаситель, могут вести себя совершенно по-разному после дозирования в реальную технологическую жидкость. В разделах ниже описываются этапы производства, диапазон спецификаций для различных марок, данные о реальных характеристиках, полученные в ходе испытаний на колонне с пеной, а также рекомендации по дозировке, организованные промышленностью, чтобы рецептуру можно было подобрать для конкретного процесса, а не выбирать только по внешнему виду.

Почему в промышленных жидкостях образуется пена

Пена появляется всякий раз, когда газ задерживается внутри жидкости пленкой, которая достаточно прочна, чтобы сопротивляться самостоятельному разрушению. Поверхностно-активные вещества, белки и некоторые полимеры, обычно содержащиеся в варочном растворе, красильных ваннах, покрытиях и биологических бульонах, снижают поверхностное натяжение жидкости и стабилизируют стенки каждого пузырька, поэтому процессы, которые смешивают, перемешивают, перекачивают или аэрируют жидкость, имеют тенденцию генерировать наибольшее количество пены. Пеногаситель действует путем введения материала с еще более низким поверхностным натяжением, чем у пленки ПАВ, который проникает в стенку пузыря и разрывает ее. Вот почему эффективный пеногаситель должен быть достаточно нерастворимым в базовой жидкости, чтобы оставаться концентрированным на поверхности пузырьков, а не растворяться в объемной жидкости, и в то же время быть достаточно диспергируемым, чтобы быстро распределяться по большой поверхности пены. Силиконовое масло необычайно хорошо удовлетворяет обоим условиям, что является основной причиной того, что силиконовый пеногаситель работает быстрее и стабильнее, чем многие альтернативные химикаты, в широком диапазоне технологических условий.

Диапазон технических характеристик для разных марок продукции

Поскольку ни одна формула не работает оптимально в каждом процессе, производство организовано на нескольких марках силиконовых пеногасителей, каждая из которых настроена на различное сочетание температуры, чувствительности к дозировке и нормативных требований. В таблице ниже перечислены обычно производимые диапазоны спецификаций.

Данные о производительности пеноподавления

Силиконовый пеногаситель часто сравнивают с пеногасителями на основе минерального масла и полиэфира по двум показателям: насколько быстро он разрушает существующую пену и как долго он предотвращает повторное образование пены. Внутренние испытания стандартного пенообразующего раствора при 25°C привели к следующему сравнению времени нокдауна.

Зазор увеличивается при более высоких температурах. Пеногаситель на основе минерального масла имеет тенденцию терять вязкость и контролировать растекание при температуре выше 80°C, в то время как правильно составленный пеногаситель на основе силикона сохраняет свою скорость разрушения до 200°C в высокотемпературном классе, поэтому он остается предпочтительным выбором для горячих технологических ванн при крашении, производстве бумаги, черном щелоке и очистке котловой воды.

При дозировке 0,05% высота пены в испытательной колонке снижается более чем на 80% в течение первых десяти минут и остается подавленной до конца периода наблюдения. При более низкой дозировке 0,02% первоначальное разрушение происходит медленнее, и некоторое восстановление пены становится заметным через двадцать минут, поэтому рекомендации по дозировке всегда даются в виде диапазона, а не одного фиксированного числа — правильная точка в этом диапазоне зависит от того, насколько агрессивно вспенивается базовая жидкость.

Рекомендуемая дозировка в зависимости от отрасли применения

Дозировка неодинакова в разных отраслях, поскольку склонность к пенообразованию, вязкость жидкости и температура обработки различаются. Следующие диапазоны отражают типичные отправные точки, используемые перед точной настройкой конкретной технологической линии. Начинать с нижнего предела диапазона и постепенно увеличивать его, контролируя высоту пены, как правило, более надежно, чем начинать с верхнего предела, поскольку передозировка может иногда дестабилизировать состав или оставить видимые остатки на поверхности готового продукта.

Где на самом деле применяется каждая формулировка

Процедуры контроля качества во время производства

Согласованность между партиями поддерживается за счет фиксированной последовательности проверок, а не за счет одной окончательной проверки.

Производительность в условиях pH

Технологические жидкости сильно различаются по pH: от кислых жидкостей для металлообработки до сильнощелочных варочных растворов, и пеногаситель, который хорошо работает в одном диапазоне, может потерять эффективность в другом. В состав пеногасителя на основе силикона входят неионные эмульгаторы именно потому, что неионные системы остаются стабильными в широком диапазоне pH, в отличие от анионных систем эмульгаторов, которые могут разрушаться в сильнокислых или сильнощелочных жидкостях.

Эффективность подавления пеногасителя на основе силикона остается относительно постоянной в диапазоне pH от 2 до pH 12, показанном выше, с лишь умеренным снижением в крайних точках, в то время как пеногаситель на основе минерального масла демонстрирует более устойчивое снижение по мере отклонения pH от нейтрального. Эта стабильность является основной причиной, по которой силиконовый пеногаситель выбирают для варочного раствора, который обычно является сильнощелочным, а также для некоторых ванн обработки металлов, которые работают в кислотной среде.

Устранение распространенных проблем с контролем пенообразования

Возможности настройки для конкретных рецептур

Поскольку условия процесса на разных производственных линиях различаются, рецептуры можно корректировать по нескольким направлениям, а не полагаться на один фиксированный продукт. Активное содержимое можно поднимать или опускать в соответствии с дозирующим оборудованием, уже установленным на технологической линии. Вязкость можно регулировать между тонкими сыпучими эмульсиями, подходящими для автоматических дозирующих насосов, и более густыми концентрированными пастами, подходящими для ручного дозирования в небольших дозирующих резервуарах. Выбор эмульгатора можно сместить в сторону систем, которые остаются стабильными в жесткой воде или в присутствии определенных электролитов, обнаруженных в конкретной технологической ванне. Если состав должен соответствовать требованиям к контакту с пищевыми продуктами, активные ингредиенты и максимальные дозировки выбираются так, чтобы оставаться в пределах применимого нормативного предела для этого варианта использования. Упаковка может быть выполнена в барабанах, контейнерах IBC или ведрах меньшего размера в зависимости от объема, потребляемого предприятием за производственный цикл, а для предприятий, которые предпочитают использовать собственный бренд на контейнере, доступна индивидуальная маркировка упаковки.

Рекомендации по упаковке и хранению

Следует избегать замораживания, поскольку повторяющиеся циклические циклы замораживания-оттаивания могут разрушить эмульсию и вызвать необратимое разделение. Контейнеры следует закрывать сразу после использования и хранить вдали от прямых солнечных лучей, поскольку длительное воздействие ультрафиолета может постепенно разрушать систему эмульгатора и сокращать эффективный срок хранения.

Часто задаваемые вопросы о силиконовом пеногасителе

Как сделать силиконовый пеногаситель в промышленных масштабах

В промышленных масштабах изготовление силиконового пеногасителя начинается с выбора базового силиконового масла с заданной вязкостью, а затем добавления гидрофобного диоксида кремния с обработанной поверхностью для обеспечения длительного подавления пенообразования. Эту смесь диспергируют в воде с помощью неионогенных эмульгаторов при перемешивании с высокой скоростью сдвига для образования стабильной эмульсии с размером капель в диапазоне от 1 до 5 микрон. Загустители и консерванты добавляются на последнем этапе для защиты эмульсии во время хранения и транспортировки, после чего проводится тестирование на пенной колонке перед отправкой партии на упаковку.

Для чего используется силиконовый пеногаситель

Силиконовый пеногаситель используется для контроля нежелательного пенообразования в жидкостных процессах, где поверхностно-активные вещества, перемешивание или выделение газа в противном случае могли бы создать слой пены. Обычное использование включает целлюлозу и покрытие для производства бумаги, ванны для крашения текстиля, покрытия и чернил на водной основе, аэрационные резервуары для сточных вод, процессы ферментации, производство клеев и системы жидкостей для металлообработки. В каждом случае его добавляют в низкой дозировке по отношению к общему объему жидкости, поскольку требуется лишь небольшое количество, чтобы нарушить поверхностное натяжение, удерживающее пузырьки пены вместе.

Что можно использовать в качестве пеногасителя кроме силикона

В зависимости от процесса в качестве пеногасителя можно использовать несколько материалов. Пеногаситель на основе минерального масла — более дешевый вариант, подходящий для умеренных температурных условий. Пеногаситель полиэфирного типа обладает хорошей растворимостью в воде и часто выбирается для систем на водной основе с требованиями к биоразлагаемости. Пеногаситель на основе эфиров жирных кислот широко распространен в пищевых продуктах. Порошковый пеногаситель на основе диоксида кремния используется там, где необходим твердый носитель, а не жидкая эмульсия. Каждый тип отличается скоростью подавления, продолжительностью подавления и температурной устойчивостью, поэтому выбор рецептуры зависит от конкретной обрабатываемой жидкостной системы.

Можно ли использовать силикон в качестве пеногасителя

Да, силикон — один из наиболее эффективных материалов, доступных для использования в качестве пеногасителя. Его низкое поверхностное натяжение позволяет ему быстро распространяться по пленке пены и разрушать пузырьковую структуру, а его химическая стабильность позволяет ему работать в широком диапазоне pH и температур по сравнению со многими альтернативными химическими составами. Силикон можно использовать сам по себе в качестве активного пеногасителя или в смеси с другими компонентами, такими как полиэфиры или сложные эфиры жирных кислот, для точной настройки совместимости с конкретной жидкой системой.

Какой пеногаситель наиболее распространен в промышленности?

Пеногасители на основе силикона и пеногасители на основе полиэфира являются двумя наиболее широко используемыми типами в промышленных процессах. Силиконовые составы обычно предпочтительны там, где требуется быстрое разрушение, низкая дозировка и устойчивость к высоким температурам или широкому pH, например, при производстве бумаги, покрытий и очистке сточных вод. Полиэфирные составы часто выбираются там, где приоритетными являются водорастворимость и биоразлагаемость, например, в некоторых отраслях пищевой промышленности и в экологически чувствительных применениях. Выбор между ними обычно сводится к температуре, pH и профилю вязкости обрабатываемой жидкости.

В чем разница между пеногасителем на основе силикона и силиконовым пеногасителем

Эти два термина обычно используются взаимозаменяемо для описания одного и того же класса продуктов, хотя «пеногаситель на основе силикона» чаще относится к готовому эмульсионному продукту, готовому к дозированию, тогда как «силиконовый пеногаситель» также может описывать активный силиконовый компонент в более широком составе, который может включать другие добавки. На практике оба относятся к составу, построенному на основе силиконового масла и гидрофобного диоксида кремния в качестве активного механизма контроля пенообразования.

Как следует хранить и повторно смешивать силиконовый пеногаситель перед использованием

Силиконовый пеногаситель следует хранить при температуре примерно от 5°C до 35°C, хранить в закрытом виде и защищать от прямых солнечных лучей и отрицательных температур. Поскольку это эмульсия, незначительное осаждение может происходить естественным путем при длительном хранении, поэтому осторожное встряхивание или вращение барабана перед дозированием является хорошей практикой, даже если продукт выглядит однородным. Если контейнер подвергался воздействию замерзания и на нем наблюдается видимое расслоение, медленный прогрев в сочетании со смешиванием с низким усилием сдвига иногда может восстановить пригодность к использованию, но партию следует проверить в небольшом тесте на пенообразование, прежде чем ее дозировать в полную производственную серию, чтобы убедиться, что на производительность не повлияло.

Соответствие рецептуры конкретной технологической линии

Выбор подходящей марки силиконового пеногасителя начинается с определения рабочей температуры жидкости, диапазона pH, в котором она работает, и того, насколько агрессивно вспенивается базовый раствор при нормальном рабочем перемешивании. Процесс, протекающий при температуре ниже 90°C с умеренным пенообразованием, обычно хорошо работает с марками общего назначения, в то время как непрерывная работа при температуре выше 100°C, например, в красильных ваннах или системах с горячей целлюлозой, требует использования высокотемпературной марки, в состав которой входит более высокая доля термостабильного силиконового масла. Там, где готовая жидкость будет контактировать с пищевыми продуктами или контролируемым продуктом, категория, контактирующая с пищевыми продуктами, сохраняет активное содержание и дозировку в допустимых пределах, обеспечивая при этом эффективное нейтрализующее действие. Проверка совместимости на небольшом образце фактической технологической жидкости перед полномасштабным дозированием является наиболее надежным способом подтверждения дозировки и точки добавления, поскольку две жидкости с одинаковым внешним видом могут пениться по-разному в зависимости от содержания в них поверхностно-активных веществ и содержания минералов.

Обращение и экологические аспекты

С силиконовыми эмульсиями-пеногасителями обычно обращаются как с малоопасными материалами, однако некоторые практические меры предосторожности позволяют поддерживать как продукт, так и рабочую среду в хорошем состоянии. Контейнеры следует хранить запечатанными, когда они не используются, чтобы предотвратить образование пленки на поверхности эмульсии и предотвратить попадание загрязнений, которые могут вызвать рост микробов. Дозирующее оборудование, такое как насосы, капельные питатели и дозирующие клапаны, следует периодически промывать, поскольку засохшие остатки силиконовой эмульсии могут постепенно сужать линии подачи и со временем снижать точность дозирования. Поскольку силиконовый пеногаситель эффективен при очень низких концентрациях, обычно выбрасывается лишь небольшой объем жидкости по сравнению с общим расходом жидкости технологической линии, а составы, предназначенные для контакта с пищевыми продуктами, специально разработаны так, чтобы остаточные количества оставались в пределах допустимых пределов для их предполагаемого использования. Пролитая жидкость на твердый пол может создать опасность поскользнуться из-за низкого поверхностного натяжения материала, поэтому здесь в равной степени применимы стандартные процедуры локализации и очистки, используемые для других жидких технологических вспомогательных средств.