Beseitigung von Schaum: Wie wählt man ein Antischaummittel?
Das Auftreten von Schaum verursacht oft Unannehmlichkeiten und Probleme in der industriellen Produktion und im täglichen Leben, so dass die Suche nach einer wirksamen Methode zur Entschäumung zum Schlüssel geworden ist.
Die Methoden der Entschäumung lassen sich in zwei Kategorien einteilen: physikalische und chemische.
Aus physikalischer Sicht können viele Methoden zur Beseitigung von Schaum eingesetzt werden. So können z. B. Prallbleche oder Filter verwendet werden, um die Bildung und das Überleben von Schaum mechanisch zu verhindern; mechanisches Rühren kann verwendet werden, um die Stabilität des Schaums durch äußere Kräfte zu brechen; elektrostatische Effekte können die Ladungsverteilung des Schaums verändern und sein Zerreißen fördern; Gefrieren und Erhitzen können die physikalischen Eigenschaften des Schaums unter dem Gesichtspunkt von Temperaturänderungen beeinflussen bzw. die Stabilität des Schaumfilms zerstören; Dampf, Strahlung, Hochgeschwindigkeitszentrifugation, Druckbeaufschlagung und Druckentlastung, Hochfrequenzvibrationen, Momentanentladung und Ultraschall (Schallwellen-Flüssigkeitskontrolle) können alle in unterschiedlichem Maße die Gasdurchlässigkeit an beiden Enden des Flüssigkeitsfilms erhöhen, die Austreibung des Blasenfilms beschleunigen und bewirken, dass der Stabilitätskoeffizient des Schaums niedriger ist als sein Dämpfungskoeffizient, wodurch die Schaummenge allmählich verringert wird. Diesen physikalischen Methoden sind jedoch durch Umweltfaktoren deutliche Grenzen gesetzt, und es ist schwierig, eine hohe Entschäumungseffizienz zu erreichen. Sie haben jedoch den Vorteil, dass sie umweltfreundlich sind und eine hohe Recyclingrate haben, so dass sie in einigen Szenarien, in denen strenge Umweltanforderungen gelten, immer noch von Nutzen sind.
Zu den chemischen Entschäumungsmethoden gehören vor allem chemische Reaktionsmethoden und Entschäumerzusatzmethoden. Bei den chemischen Reaktionsmethoden werden dem Schaumsystem bestimmte Reagenzien zugesetzt, um eine chemische Reaktion mit dem Schaummittel auszulösen, wobei wasserunlösliche Substanzen entstehen, die die Konzentration des Tensids im Flüssigkeitsfilm verringern und schließlich zum Zerfall des Schaums führen. Bei dieser Methode ist es jedoch schwierig, die Zusammensetzung des Schaumbildners zu bestimmen, und die entstehenden unlöslichen Substanzen können die Anlagen beschädigen. In verschiedenen Industriezweigen ist die Zugabe von Entschäumern heute das am häufigsten verwendete Mittel zur Entschäumung. Ihr größter Vorteil ist die hohe Entschäumungseffizienz und die extrem einfache Anwendung, aber der Schlüssel liegt darin, ein geeignetes und hochwirksames Entschäumungsprodukt zu finden.
Das Wirkprinzip von Entschäumern kann verschiedene Formen annehmen. Eine Möglichkeit besteht darin, die lokale Oberflächenspannung des Schaums zu verringern. So kann z. B. das Einsprühen von hochwertigen Alkoholen oder Pflanzenölen in den Schaum, wenn sie sich in der Schaumflüssigkeit lösen, die lokale Oberflächenspannung deutlich verringern. Da diese Stoffe in Wasser wenig löslich sind, beschränkt sich die Verringerung der Oberflächenspannung auf den lokalen Bereich des Schaums, während die Oberflächenspannung in der Umgebung nahezu unverändert bleibt. Der Teil der Oberflächenspannung, der verringert wurde, wird stark in die Umgebung gezogen und dehnt sich aus, bis der Schaum zerbricht. Nehmen wir als Beispiel einige Reaktionsbehälter in der chemischen Produktion. Während der Reaktion entsteht eine große Menge an Schaum. Wird eine mäßige Menge eines hochwertigen Alkoholentschäumers hinzugefügt, kann die Stabilität des Schaums wirksam zerstört werden, so dass die Reaktion reibungslos ablaufen kann. Zweitens breitet sich der Entschäumer, nachdem er dem Schaumsystem zugesetzt wurde, an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche aus und zerstört die Fähigkeit des schaumstabilen Tensids, die Elastizität des Films wiederherzustellen, so dass die Blasen platzen. Drittens können Entschäumer die Entladung von Flüssigkeitsfilmen fördern. Die Entladungsgeschwindigkeit des Schaums ist eng mit der Schaumstabilität verbunden. Stoffe, die das Entweichen des Schaums beschleunigen, können auch eine entschäumende Wirkung haben. Viertens ziehen hydrophobe Feststoffteilchen, die der Oberfläche der Blasen zugesetzt werden, die hydrophoben Enden der Tenside an, wodurch die hydrophoben Teilchen hydrophil werden und in die wässrige Phase eindringen, wodurch die Blasen zerplatzen. Dieses Prinzip kann in einigen Abwasserbehandlungsverfahren genutzt werden, um den Schaum durch Zugabe spezifischer hydrophober Feststoffpartikel zu beseitigen. Fünftens können einige niedermolekulare Substanzen, die vollständig mit der Lösung vermischt werden können, wie z. B. Alkohole wie Octanol, Ethanol und Propanol, das Tensid auf der Oberfläche der Blase auflösen und so seine effektive Konzentration verringern. Sie können nicht nur die Konzentration des Tensids auf der Oberflächenschicht verringern, sondern sich auch in der Adsorptionsschicht des Tensids auflösen und so die Stabilität des Schaums beeinträchtigen. Sechstens: Bei schäumenden Flüssigkeiten, die auf die Wechselwirkung der elektrischen Doppelschicht des Tensids im Schaum angewiesen sind, um Stabilität zu erzeugen, kann die Zugabe eines herkömmlichen Elektrolyten die elektrische Doppelschicht des Tensids zerstören, um den Zweck der Entschäumung zu erreichen.
Gängige Entschäumer können aufgrund ihrer Zusammensetzung in Silikon (Harz), Tensid, Paraffin und Mineralöl unterteilt werden. Silikonentschäumer, die auch als emulgierende Entschäumer bezeichnet werden, werden verwendet, indem Silikonharze mit Hilfe von Emulgatoren (Tensiden) in Wasser emulgiert und dann dem Abwasser zugesetzt werden. Siliciumdioxid-Feinpulver ist ein weiterer Typ von Silikonentschäumern mit hervorragenden Entschäumungseigenschaften. Tensid-Entschäumer sind eigentlich Emulgatoren, die durch ihre dispergierende Wirkung schäumende Substanzen in einem stabilen emulgierten Zustand im Wasser halten und so die Schaumbildung verhindern. Paraffinentschäumer werden durch Emulgieren und Dispergieren von Paraffin oder seinen Derivaten mit Emulgatoren hergestellt und werden ähnlich verwendet wie emulgierende Entschäumer mit Tensiden. Mineralöl ist der wichtigste Entschäumer, und um die Wirkung zu verstärken, werden manchmal Stoffe wie Metallseifen, Silikonöle und Kieselerde in Kombination verwendet. Außerdem werden verschiedene Tenside zugesetzt, um die Ausbreitung des Mineralöls an der Oberfläche der schäumenden Flüssigkeit zu erleichtern oder um die Metallseifen gleichmäßig im Mineralöl zu verteilen.
Die verschiedenen Arten von Entschäumern haben ihre eigenen Vor- und Nachteile. Organische Entschäumer wie Mineralöl, Amide, niedere Alkohole, Fettsäuren und Fettsäureester sowie Phosphate gehören zur ersten Generation der Entschäumer. Diese Entschäumer wurden relativ früh entwickelt und eingesetzt und haben den Vorteil, dass sie leicht zu beschaffende Rohstoffe, umweltfreundlich und kostengünstig in der Herstellung sind. Sie haben jedoch eine geringe Entschäumungseffizienz, sind sehr spezifisch und haben harte Einsatzbedingungen. Polyether-Entschäumer sind Entschäumer der zweiten Generation und umfassen hauptsächlich lineare Polyether, Polyether mit Alkoholen oder Aminen als Initiatoren und endständige Hydroxyl-Polyetherderivate. Ihr größter Vorteil ist ihre starke Entschäumungsfähigkeit, und einige von ihnen haben auch hervorragende Eigenschaften wie hohe Temperaturbeständigkeit und Beständigkeit gegen starke Säuren und Laugen. Ihre Anwendungsbedingungen sind jedoch durch die Temperatur stark eingeschränkt, und ihre Anwendungsbereiche sind relativ eng. Ihr Entschäumungsvermögen und ihre Blasenauflösungsrate müssen verbessert werden. Als Entschäumer der dritten Generation hat Silikonentschäumer starke Entschäumungseigenschaften, eine schnelle Blasenbildungsrate, eine geringe Flüchtigkeit, ist ungiftig für die Umwelt, physiologisch inert und hat eine breite Palette von Anwendungen. Die Anwendungsmöglichkeiten sind breit gefächert, und das Marktpotenzial ist enorm, aber die Entschäumungsleistung kann in einigen spezifischen Fällen noch verbessert werden. Polyether-modifizierte Polysiloxan-Entschäumer vereinen die Vorteile von Polyether-Entschäumern und Silikon-Entschäumern und sind der Entwicklungstrend bei Entschäumern. Manchmal können sie aufgrund ihrer umgekehrten Löslichkeit wiederverwendet werden, aber derzeit gibt es nur wenige Typen dieser Art von Entschäumern, und sie befinden sich noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase, so dass die Produktionskosten relativ hoch sind.
Bei der Auswahl eines Entschäumers ist eine Reihe von Faktoren zu berücksichtigen. Erstens sollte der Entschäumer in der schäumenden Flüssigkeit unlöslich oder schwer löslich sein. Da sich der Entschäumer konzentrieren und seine Wirkung auf den Schaumfilm ausüben muss, ist es wichtig, dass der Entschäumer diesen Zustand schnell erreicht und das Antischaummittel ihn jederzeit aufrechterhalten kann. Daher können nur unlösliche oder schwer lösliche Entschäumer leicht einen übersättigten Zustand in der schäumenden Flüssigkeit erreichen, so dass sie sich an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche anreichern und auf dem Blasenfilm konzentrieren können, um ihre Wirkung in einer niedrigeren Konzentration auszuüben. Bei Entschäumern, die in wässrigen Systemen eingesetzt werden, müssen die Wirkstoffmoleküle stark hydrophob und schwach hydrophil sein, und sie wirken am besten, wenn der HLB-Wert zwischen 1,5 und 3 liegt. Ist der Entschäumer beispielsweise bei der Herstellung von Farben auf Wasserbasis nicht gut löslich, kann er den Schaum nicht wirksam beseitigen und auch die Qualität und Leistung der Farbe beeinträchtigen. Zweitens muss die Oberflächenspannung des Entschäumers niedriger sein als die der schäumenden Flüssigkeit. Nur wenn die zwischenmolekularen Kräfte der Entschäumermoleküle schwach sind und die Oberflächenspannung niedriger ist als die der schäumenden Flüssigkeit, können die Entschäumerpartikel in den Schaumfilm eindringen und sich dort ausbreiten. Dabei ist zu beachten, dass die Oberflächenspannung der schäumenden Flüssigkeit nicht die Oberflächenspannung der Lösung ist, sondern die Oberflächenspannung im geschäumten Zustand. Außerdem müssen der Entschäumer und die schäumende Flüssigkeit eine gewisse Affinität aufweisen. Da der Entschäumungsprozess im Wesentlichen ein Wettstreit zwischen der Geschwindigkeit, mit der der Schaum zusammenbricht, und der Geschwindigkeit, mit der er erzeugt wird, ist, muss der Entschäumer in der Lage sein, sich schnell in der schäumenden Flüssigkeit zu dispergieren, um schnell und großflächig wirken zu können. Wenn der Wirkstoff des Entschäumers der schäumenden Flüssigkeit zu ähnlich ist, wird er sich auflösen. Ist er zu stark dispergiert, kann er seine Wirkung nur schwer entfalten. Die Wirkung wird nur dann gut sein, wenn die Affinität angemessen ist. Außerdem sollte der Entschäumer nicht chemisch mit der schäumenden Flüssigkeit reagieren, da er sonst einerseits seine entschäumende Wirkung verliert und andererseits schädliche Stoffe entstehen können, die das mikrobielle Wachstum beeinträchtigen usw. Schließlich sollte der Entschäumer eine geringe Flüchtigkeit und eine lange Wirkungsdauer haben. Bei der Bestimmung des Systems, in dem der Entschäumer eingesetzt wird, muss zwischen einem System auf Wasserbasis und einem System auf Ölbasis unterschieden werden. So sollten beispielsweise in der Fermentationsindustrie in der Regel Entschäumer auf Ölbasis wie polyethermodifizierte Silikonöle oder Polyether verwendet werden, während in der Farbenindustrie auf Wasserbasis Entschäumer auf Wasserbasis und Silikonentschäumer verwendet werden sollten. Gleichzeitig ist es notwendig, die Menge des zugesetzten Entschäumers zu vergleichen und den Preis zu berücksichtigen, um das am besten geeignete und wirtschaftlichste Entschäumerprodukt zu finden.
Die Wirksamkeit des Einsatzes von Entschäumern wird auch durch eine Reihe von Faktoren beeinflusst. Die Dispergierbarkeit des Entschäumers in der Lösung hat einen erheblichen Einfluss auf die Entschäumungsleistung. Der Entschäumer sollte einen angemessenen Dispersionsgrad haben, und eine zu große oder zu kleine Partikelgröße beeinträchtigt die Entschäumungsaktivität. Was die Kompatibilität im Schaumsystem betrifft, so neigt das Tensid, wenn es vollständig in der wässrigen Lösung gelöst ist, in der Regel dazu, den Schaum an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche des Schaums zu stabilisieren; wenn das Tensid jedoch unlöslich oder übersättigt ist, werden sich seine Teilchen in der Lösung dispergieren und sich auf dem Schaum ansammeln, wodurch es entschäumt. Die Umgebungstemperatur des schäumenden Systems sollte nicht außer Acht gelassen werden. Wenn die Temperatur der schäumenden Flüssigkeit hoch ist, muss ein spezieller Hochtemperaturentschäumer verwendet werden. Andernfalls wird nicht nur die entschäumende Wirkung gewöhnlicher Entschäumer stark reduziert, sondern es kann auch zur Demulgierung kommen. Während Verpackung, Lagerung und Transport sollten Entschäumer bei 5-35°C gelagert werden. Die Haltbarkeitsdauer beträgt im Allgemeinen 6 Monate. Sie sollten von Wärmequellen ferngehalten werden und nicht dem Sonnenlicht ausgesetzt sein. Nach dem Gebrauch sollten sie versiegelt werden, um einen Verfall zu verhindern. Das Zugabeverhältnis des Entschäumers ist ebenfalls sehr wichtig. Wenn der Entschäumer unverdünnt zugegeben wird, hat er eine andere Wirkung als wenn er verdünnt zugegeben wird. Aufgrund der geringen Tensidkonzentration ist die Entschäumeremulsion nach der Verdünnung extrem instabil und trennt sich schnell in Schichten. Sie hat eine schlechte Entschäumungsleistung und ist nicht für eine langfristige Lagerung geeignet. Es wird empfohlen, den Entschäumer sofort nach der Verdünnung zu verwenden. Das Zugabeverhältnis sollte durch Tests vor Ort ermittelt werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen, und es sollte nicht zu viel zugegeben werden.