A hab megszüntetése: Hogyan válasszunk habzásgátlót?
A habképződés gyakran okoz kellemetlenségeket és problémákat az ipari termelésben és a mindennapi életben, ezért a hatékony habtelenítési módszer megtalálása kulcsfontosságúvá vált.
A habtelenítés módszerei két kategóriába sorolhatók: fizikai és kémiai módszerek.
Fizikai szempontból számos módszer alkalmazható a hab eltávolítására. Például terelőlapok vagy szűrők használhatók a hab kialakulásának és túlélésének mechanikai megakadályozására; mechanikus keverés használható a hab stabilitásának külső erőkkel történő megtörésére; elektrosztatikus hatások megváltoztathatják a hab töltéseloszlását és elősegíthetik annak felszakadását; a fagyasztás és a melegítés a hőmérséklet-változás szempontjából befolyásolhatja a hab fizikai tulajdonságait, illetve tönkreteheti a habfilm stabilitását; a gőz , a sugárzás, a nagy sebességű centrifugálás, a nyomás alá helyezés és nyomáscsökkentés, a nagyfrekvenciás rezgés, a pillanatnyi kisülés és az ultrahang (hanghullámos folyadékszabályozás) különböző mértékben növelheti a gázáteresztő képességet a folyadékfilm mindkét végén, felgyorsíthatja a buborékfilm kilökődését, és a hab stabilitási együtthatója alacsonyabb lesz, mint a csillapítási együtthatója, ezáltal fokozatosan csökkentve a hab mennyiségét. Ezeket a fizikai módszereket azonban egyértelműen korlátozzák a környezeti tényezők, és nehéz magas szintű habtelenítési hatékonyságot elérni. Előnyük azonban, hogy környezetbarátok, és magas az újrahasznosítási arányuk, így még mindig értékesek bizonyos forgatókönyvekben, ahol a környezetvédelmi követelmények szigorúak.
A kémiai habtelenítési módszerek közé elsősorban a kémiai reakciómódszerek és a habzásgátló hozzáadásának módszerei tartoznak. A kémiai reakciómódszerek során a habosítószerrel kémiai reakciót kiváltó, vízben oldhatatlan anyagokat előidéző speciális reagenseket adnak a habosító rendszerhez, ezáltal csökkentik a felületaktív anyag koncentrációját a folyékony filmben, és végül a hab felszakadását okozzák. Ez a módszer azonban azzal a dilemmával szembesül, hogy nehéz meghatározni a habképző szer összetételét, és a keletkező oldhatatlan anyagok károsíthatják a rendszer berendezéseit. Napjainkban a különböző iparágakban a habzásgátlók hozzáadása a legelterjedtebb habosítási mód. Legnagyobb előnye a magas habzásgátlási hatékonyság és a rendkívül egyszerű használat, de a kulcs a megfelelő és rendkívül hatékony habzásgátló termék megtalálása.
A habzásgátlók működési elve különböző formákat ölthet. Az egyik mód a hab helyi felületi feszültségének csökkentése. Például a nagy minőségű alkoholok vagy növényi olajok habba permetezése, amikor azok a habfolyadékban feloldódnak, jelentősen csökkenthetik a helyi felületi feszültséget. Mivel ezen anyagok vízben való oldhatósága alacsony, a felületi feszültség csökkenése a hab helyi területére korlátozódik, és a körülötte lévő felületi feszültség szinte változatlan marad. A felületi feszültség csökkentett része erősen a környezet felé húzódik, és addig tágul, amíg a hab meg nem szakad. Vegyünk példának néhány reakcióedényt a vegyipari termelésben. A reakció során nagy mennyiségű hab keletkezik. Ha mérsékelt mennyiségű, kiváló minőségű alkoholos habzásgátlót adunk hozzá, a hab stabilitása hatékonyan megsemmisíthető, így a reakció zökkenőmentesen folytatódhat. Másodszor, miután a habzásgátlót hozzáadják a habrendszerhez, az a gáz-folyadék határfelületre terjed, és megsemmisíti a habstabilitással rendelkező felületaktív anyag azon képességét, hogy helyreállítsa a film rugalmasságát, így a buborékok felszakadnak. Harmadszor, a habzásgátlók elősegíthetik a folyékony filmek kisülését. A hab kiürülési sebessége szorosan összefügg a habstabilitással. Azok az anyagok, amelyek képesek felgyorsítani a habkisülést, habmentesítő hatással is rendelkezhetnek. Negyedszer, a buborékok felületére hozzáadott hidrofób szilárd részecskék vonzzák a felületaktív anyagok hidrofób végeit, hidrofób részecskék hidrofilekké válnak, és belépnek a vizes fázisba, ezáltal felszakítva a buborékokat. Ez az elv alkalmazható egyes szennyvíztisztítási eljárásokban a habképződés megszüntetésére specifikus hidrofób szilárd részecskék hozzáadásával. Ötödször, néhány alacsony molekulájú anyag, amely teljesen elkeveredhet az oldattal, mint például az alkoholok, mint az oktanol, az etanol és a propanol, feloldhatják a felületaktív anyagot a buborék felületén, csökkentve annak hatékony koncentrációját. Nemcsak a felületaktív anyag koncentrációját csökkenthetik a felületi rétegben, hanem a felületaktív anyag adszorpciós rétegében is feloldódhatnak, gyengítve a hab stabilitását. Hatodszor, a habképző folyadékok esetében, amelyek a tenzid kettős elektromos rétegének kölcsönhatására támaszkodnak a habban a stabilitás előállítása érdekében, egy közös elektrolit hozzáadása elpusztíthatja a tenzid kettős elektromos rétegét a habmentesítés céljának elérése érdekében.
A szokásos habzásgátlók összetételük alapján szilikon (gyanta), felületaktív anyag, paraffin és ásványi olaj csoportba sorolhatók. A szilikon habzásgátlók, más néven emulgeáló habzásgátlók, a szilikongyanták vízben emulgeálószerek (felületaktív anyagok) segítségével történő emulgeálásával, majd a szennyvízhez való hozzáadásával készülnek. A szilícium-dioxid finom por egy másik típusú szilikon habzásgátló, amely kiváló habzásgátló tulajdonságokkal rendelkezik. A felületaktív habzásgátlók tulajdonképpen emulgeálószerek, amelyek diszpergáló hatásukat arra használják, hogy a habzó anyagokat stabilan emulgeált állapotban tartsák a vízben, ezáltal megakadályozzák a habképződést. A paraffinos habzásgátlókat paraffin vagy annak származékai emulgeálószerekkel történő emulgeálásával és diszpergálásával állítják elő, és felhasználásuk hasonló a felületaktív anyagokkal emulgeáló habzásgátlókéhoz. Az ásványi olaj a fő habzásgátló összetevő, és a hatás fokozása érdekében néha olyan anyagokat használnak kombinációban, mint a fémszappanok, szilikonolajok és szilícium-dioxid. Ezenkívül különböző felületaktív anyagokat adnak hozzá, hogy az ásványi olaj könnyebben elterjedjen a habosító folyadék felületén, vagy hogy a fémszappanok egyenletesen eloszoljanak az ásványi olajban.
A különböző típusú habzásgátlóknak megvannak a maguk előnyei és hátrányai. A szerves habzásgátlók, mint például az ásványolaj, az amidok, az alacsonyabb alkoholok, a zsírsavak és zsírsavészterek, valamint a foszfátok a habzásgátlók első generációjához tartoznak. Ezeket a habzásgátlókat viszonylag korán kifejlesztették és alkalmazták, és előnyük, hogy könnyen beszerezhető nyersanyagok, környezetbarátok és alacsonyak az előállítási költségeik. Ugyanakkor alacsony a habzásgátlási hatékonyságuk, nagyon specifikusak, és kemény felhasználási feltételekhez kötöttek. A poliéter habzásgátlók második generációs habzásgátlók, és főként lineáris poliétereket, alkoholokat vagy aminokat iniciátorként tartalmazó poliétereket és terminális hidroxil-poliéterszármazékokat tartalmaznak. Legnagyobb előnyük az erős habzásgátló képességük, és egyesek kiváló tulajdonságokkal is rendelkeznek, mint például a magas hőmérsékletnek való ellenállás és az erős savakkal és lúgokkal szembeni ellenállás. Alkalmazási körülményeiket azonban jelentősen korlátozza a hőmérséklet, és alkalmazási területük viszonylag szűk. Habmentesítő képességük és buborékbontó képességük javításra szorul. Harmadik generációs habzásgátlóként a szilikon habzásgátló erős habzásgátló tulajdonságokkal, gyors buborékbontási sebességgel, alacsony illékonysággal rendelkezik, nem mérgező a környezetre, fiziológiailag inert, és széles alkalmazási területtel rendelkezik. Széleskörű alkalmazási kilátásokkal és hatalmas piaci potenciállal rendelkezik, de a habzásgátló teljesítménye néhány konkrét esetben még javításra szorul. A poliéter-módosított polisziloxán habzásgátló egyesíti a poliéter habzásgátló és a szilikon habzásgátló előnyeit, és ez a habzásgátlók fejlődési iránya. Néha a fordított oldhatóságuk alapján újra felhasználhatók, de jelenleg kevés ilyen típusú habzásgátló létezik, és még mindig a kutatási és fejlesztési szakaszban vannak, így az előállítási költség viszonylag magas.
A habzásgátló kiválasztásakor számos tényezőt kell figyelembe venni. Először is, a habzásgátlónak oldhatatlannak vagy rosszul oldódónak kell lennie a habosító folyadékban. Mivel a habzásgátlónak koncentrálódnia kell, és ki kell fejtenie hatását a habfilmre, fontos, hogy a habzásgátló gyorsan elérje ezt az állapotot, és a habzásgátló szer folyamatosan fenntartsa azt. Ezért csak az oldhatatlan vagy rosszul oldódó habzásgátlók érhetik el könnyen a habosító folyadékban a túltelített állapotot, hogy a gáz-folyadék határfelületen felhalmozódhassanak, és a buborékfilmre koncentrálódva alacsonyabb koncentrációban fejthessék ki hatásukat. A vizes rendszerekben használt habzásgátlók esetében a hatóanyagmolekuláknak erősen hidrofóbnak és gyengén hidrofilnek kell lenniük, és akkor működnek a legjobban, ha a HLB-érték 1,5 és 3 között van. Például a vízbázisú festékek gyártásakor, ha a habzásgátló nem megfelelően oldódik, nem lesz képes hatékonyan megszüntetni a habot, és a festék minőségét és teljesítményét is befolyásolhatja. Másodszor, a habzásgátló felületi feszültségének kisebbnek kell lennie, mint a habzó folyadéké. Csak akkor tudnak a habzásgátló részecskék behatolni és kiterjedni a habfilmre, ha a habzásgátló molekulák intermolekuláris erői gyengék, és a felületi feszültség alacsonyabb, mint a habosító folyadéké. Itt meg kell jegyezni, hogy a habosító folyadék felületi feszültsége nem az oldat felületi feszültsége, hanem kifejezetten a habosított állapotban lévő felületi feszültség. Továbbá a habzásgátlónak és a habosító folyadéknak bizonyos affinitással kell rendelkeznie. Mivel a habtelenítési folyamat lényegében a hab összeomlásának sebessége és a hab keletkezésének sebessége közötti verseny, a habzásgátlónak gyorsan kell tudnia diszpergálódni a habzó folyadékban, hogy széles területen gyors hatást fejtsen ki. Ha a habzásgátló hatóanyaga túlságosan hasonlít a habzó folyadékhoz, akkor feloldódik. Ha túlságosan diszpergált, akkor nehezen fejti ki hatását. A hatás csak akkor lesz jó, ha az affinitás megfelelő. Ezenkívül a habzásgátlónak nem szabad kémiai reakcióba lépnie a habosító folyadékkal, különben egyrészt elveszíti habosító hatását, másrészt káros anyagok keletkezhetnek, amelyek befolyásolhatják a mikrobák növekedését stb. Végül a habzásgátlónak alacsony illékonyságúnak és hosszú hatástartamúnak kell lennie. A habzásgátló használatára szolgáló rendszer meghatározásakor különbséget kell tenni a vízalapú és az olajalapú rendszer között. Például az erjesztőiparban általában olajbázisú habzásgátlókat, például poliéter-módosított szilikonolajokat vagy poliétereket kell használni, míg a vízbázisú festékiparban vízbázisú habzásgátlókat és szilikonhabosítókat kell használni. Ugyanakkor a hozzáadott habzásgátló mennyiségét is össze kell hasonlítani, és az árra kell hivatkozni a legmegfelelőbb és leggazdaságosabb habzásgátló termék kiválasztása érdekében.
A habzásgátlók használatának hatékonyságát számos tényező is befolyásolja. A habzásgátló oldatban való diszpergálhatósága jelentős hatással van a habzásgátlási teljesítményre. Megfelelő mértékű diszpergáltsággal kell rendelkeznie, és a túl nagy vagy túl kicsi részecskeméret befolyásolja a habzásgátló aktivitást. A habrendszerben való kompatibilitás szempontjából, ha a felületaktív anyag teljesen feloldódik a vizes oldatban, általában hajlamos a habot a hab gáz-folyadék határfelületén stabilizálni; míg ha a felületaktív anyag oldhatatlan vagy túltelített, részecskéi diszpergálódnak az oldatban és felhalmozódnak a habon, így habmentesítenek. Nem szabad figyelmen kívül hagyni a habképző rendszer környezeti hőmérsékletét. Ha a habosító folyadék hőmérséklete magas, speciális magas hőmérsékletű habzásgátlót kell használni. Ellenkező esetben nemcsak a közönséges habfixálószerek habmentesítő hatása csökken nagymértékben, hanem demulgeálódás is bekövetkezhet. A csomagolás, tárolás és szállítás során a habzásgátlókat 5-35 °C-on kell tárolni. Az eltarthatósági idő általában 6 hónap. Hőforrásoktól és napfénytől távol kell tartani őket. Használat után le kell zárni őket, hogy megakadályozzák a romlást. A habzásgátló hozzáadási aránya is nagyon fontos. A habzásgátló hígítatlan hozzáadása más hatást vált ki, mint a hígítás utáni hozzáadása. A felületaktív anyag alacsony koncentrációja miatt a hígítás utáni habzásgátló emulzió rendkívül instabil, gyorsan rétegekre válik szét. Gyenge habzásgátló teljesítménye van, és nem alkalmas hosszú távú tárolásra. Javasoljuk, hogy a habzásgátlót hígítás után azonnal használja fel. Az adagolási arányt helyszíni teszteléssel kell meghatározni a kívánt hatás elérése érdekében, és nem szabad túladagolni.