Köpüğün Giderilmesi: Köpük önleyici madde nasıl seçilir?
Köpük oluşumu genellikle endüstriyel üretimde ve günlük yaşamda rahatsızlık ve sorunlara neden olur, bu nedenle etkili bir köpük giderme yöntemi bulmak anahtar haline gelmiştir.
Köpük giderme yöntemleri iki kategoriye ayrılabilir: fiziksel ve kimyasal.
Fiziksel bir perspektiften bakıldığında, köpüğü ortadan kaldırmak için birçok yöntem kullanılabilir. Örneğin, köpük oluşumunu ve hayatta kalmasını mekanik olarak önlemek için bölmeler veya filtreler kullanılabilir; dış kuvvetlerle köpüğün stabilitesini bozmak için mekanik çalkalama kullanılabilir; elektrostatik etkiler köpüğün yük dağılımını değiştirebilir ve kopmasını teşvik edebilir; dondurma ve ısıtma, sırasıyla sıcaklık değişiklikleri açısından köpüğün fiziksel özelliklerini etkileyerek köpük filminin stabilitesini bozabilir; buhar, radyasyon, yüksek hızlı santrifüjleme, basınçlandırma ve basınçsızlaştırma, yüksek frekanslı titreşim, anlık deşarj ve ultrason (ses dalgası sıvı kontrolü), sıvı filmin her iki ucundaki gaz geçirgenliğini değişen derecelerde artırabilir, kabarcık filminin dışarı atılmasını hızlandırabilir ve köpüğün stabilite katsayısının zayıflama katsayısından daha düşük olmasına neden olarak köpük miktarını kademeli olarak azaltabilir. Bununla birlikte, bu fiziksel yöntemler çevresel faktörlerle açıkça sınırlıdır ve yüksek düzeyde köpük giderme verimliliği elde etmek zordur. Bununla birlikte, çevre dostu olma ve yüksek geri dönüşüm oranına sahip olma avantajına sahiptirler, bu nedenle çevresel gereksinimlerin katı olduğu bazı senaryolarda hala değerlidirler.
Kimyasal köpük giderme yöntemleri temel olarak kimyasal reaksiyon yöntemlerini ve köpük giderici ekleme yöntemlerini içerir. Kimyasal reaksiyon yöntemleri köpük sistemine belirli reaktiflerin eklenerek köpürtücü madde ile kimyasal reaksiyona girmesini, suda çözünmeyen maddeler üretilmesini, böylece sıvı filmdeki yüzey aktif madde konsantrasyonunun azaltılmasını ve nihayetinde köpüğün kırılmasına neden olunmasını içerir. Ancak bu yöntem, köpürtücü maddenin bileşimini belirlemede zorluk ikilemiyle karşı karşıyadır ve üretilen çözünmeyen maddeler sistem ekipmanına zarar verebilir. Günümüzde çeşitli endüstrilerde köpük giderici ilavesi en yaygın kullanılan köpük giderme yöntemidir. En büyük avantajı yüksek köpük giderme verimliliği ve son derece kolay kullanımıdır, ancak önemli olan uygun ve son derece etkili bir köpük giderici ürün bulmaktır.
Köpük gidericilerin çalışma prensibi çeşitli şekillerde olabilir. Bunun bir yolu köpüğün yerel yüzey gerilimini azaltmaktır. Örneğin, köpük sıvısı içinde çözündüklerinde köpüğe yüksek dereceli alkoller veya bitkisel yağlar püskürtmek yerel yüzey gerilimini önemli ölçüde azaltabilir. Bu maddeler suda düşük çözünürlüğe sahip olduğundan, yüzey gerilimindeki azalma köpüğün yerel alanıyla sınırlıdır ve etrafındaki yüzey gerilimi neredeyse değişmeden kalır. Yüzey geriliminin azaltılan kısmı güçlü bir şekilde çevreye doğru çekilir ve köpük kırılana kadar genişler. Örnek olarak kimyasal üretimdeki bazı reaksiyon kaplarını ele alalım. Reaksiyon sırasında büyük miktarda köpük oluşur. Orta miktarda yüksek dereceli alkol köpük giderici eklenirse, köpüğün stabilitesi etkili bir şekilde yok edilebilir, böylece reaksiyon sorunsuz bir şekilde ilerleyebilir. İkinci olarak, köpük giderici köpük sistemine eklendikten sonra, gaz-sıvı arayüzüne yayılacak ve köpük stabilitesine sahip yüzey aktif maddenin filmin esnekliğini geri kazanma yeteneğini yok ederek kabarcıkların kırılmasına neden olacaktır. Üçüncü olarak, köpük gidericiler sıvı filmlerin boşalmasını teşvik edebilir. Köpüğün boşalma hızı köpük stabilitesi ile yakından ilişkilidir. Köpük boşalmasını hızlandırabilen maddeler aynı zamanda köpük giderici etkiye de sahip olabilir. Dördüncüsü, kabarcıkların yüzeyine eklenen hidrofobik katı partiküller yüzey aktif maddelerin hidrofobik uçlarını çekerek hidrofobik partikülleri hidrofilik hale getirecek ve sulu faza girerek kabarcıkları patlatacaktır. Bu prensip bazı kanalizasyon arıtma proseslerinde spesifik hidrofobik katı partiküller ekleyerek köpüğü ortadan kaldırmak için kullanılabilir. Beşinci olarak, oktanol, etanol ve propanol gibi alkoller gibi çözelti ile tamamen karışabilen bazı düşük moleküllü maddeler, kabarcık yüzeyindeki yüzey aktif maddeyi çözerek etkili konsantrasyonunu azaltabilir. Sadece yüzey katmanındaki yüzey aktif madde konsantrasyonunu azaltmakla kalmaz, aynı zamanda yüzey aktif madde adsorpsiyon katmanında çözünerek köpüğün stabilitesini zayıflatabilirler. Altıncı olarak, stabilite üretmek için yüzey aktif maddenin köpükteki çift elektrik tabakasının etkileşimine dayanan köpüren sıvılar için, ortak bir elektrolit eklemek, köpük giderme amacına ulaşmak için yüzey aktif maddenin çift elektrik tabakasını yok edebilir.
Yaygın köpük kesiciler, bileşimlerine göre silikon (reçine), yüzey aktif madde, parafin ve mineral yağ olarak ayrılabilir. Emülsifiye edici köpük kesiciler olarak da bilinen silikon köpük kesiciler, silikon reçinelerin emülgatörler (yüzey aktif maddeler) yardımıyla suda emülsifiye edilmesi ve ardından atık suya ilave edilmesiyle kullanılır. Silika ince toz, mükemmel köpük giderici özelliklere sahip başka bir silikon köpük giderici türüdür. Yüzey aktif köpük gidericiler aslında köpüren maddeleri suda sabit bir emülsifiye halde tutmak için dağıtıcı etkilerini kullanan ve böylece köpüğün oluşmasını önleyen emülgatörlerdir. Parafin köpük gidericiler, parafin veya türevlerinin emülsiyonlaştırıcılar ile emülsiyonlaştırılması ve dağıtılmasıyla yapılır ve kullanımları yüzey aktif maddeler ile emülsiyonlaştırıcı köpük gidericilere benzer. Mineral yağ ana köpük giderici bileşendir ve etkiyi arttırmak için bazen metal sabunları, silikon yağları ve silika gibi maddeler birlikte kullanılır. Buna ek olarak, mineral yağın köpüren sıvının yüzeyine yayılmasını kolaylaştırmak veya metal sabunları mineral yağ içinde eşit olarak dağıtmak için çeşitli yüzey aktif maddeler eklenir.
Farklı köpük kesici türlerinin kendi avantajları ve dezavantajları vardır. Mineral yağ, amidler, düşük alkoller, yağ asitleri ve yağ asidi esterleri ve fosfatlar gibi organik köpük gidericiler ilk nesil köpük gidericilere aittir. Bu köpük kesiciler nispeten erken geliştirilmiş ve uygulanmıştır ve hammadde elde etmenin kolay, çevre dostu ve üretim maliyetlerinin düşük olması gibi avantajlara sahiptir. Ancak köpük giderme verimleri düşüktür, yüksek oranda spesifiktirler ve zorlu kullanım koşullarına sahiptirler. Polieter köpük gidericiler ikinci nesil köpük gidericilerdir ve esas olarak lineer polieterleri, başlatıcı olarak alkol veya amin içeren polieterleri ve terminal hidroksil polieter türevlerini içerir. En büyük avantajları güçlü köpük giderme kabiliyetleridir ve bazıları ayrıca yüksek sıcaklık direnci ve güçlü asitlere ve alkalilere karşı direnç gibi mükemmel özelliklere sahiptir. Bununla birlikte, uygulama koşulları sıcaklıkla önemli ölçüde sınırlıdır ve uygulama alanları nispeten dardır. Köpük giderme kabiliyetlerinin ve kabarcık kırma oranlarının iyileştirilmesi gerekmektedir. Üçüncü nesil bir köpük giderici olarak silikon köpük giderici, güçlü köpük giderici özelliklere, hızlı kabarcık kırma oranına, düşük uçuculuğa sahiptir, çevre için toksik değildir, fizyolojik olarak inerttir ve geniş bir uygulama alanına sahiptir. Geniş uygulama olanaklarına ve büyük pazar potansiyeline sahiptir, ancak bazı özel senaryolarda köpük giderme performansında hala iyileştirme için yer vardır. Polieter modifiye polisiloksan köpük kesici, polieter köpük kesici ve silikon köpük kesicinin avantajlarını birleştirir ve köpük kesicilerin gelişim trendidir. Bazen ters çözünürlüklerine bağlı olarak yeniden kullanılabilirler, ancak şu anda bu tür köpük kesicilerin birkaç türü vardır ve bunlar hala araştırma ve geliştirme aşamasındadır, bu nedenle üretim maliyeti nispeten yüksektir.
Köpük kesici seçerken bir dizi faktörün göz önünde bulundurulması gerekir. İlk olarak, köpük kesici köpüren sıvı içinde çözünmemeli veya çok az çözünmelidir. Köpük gidericinin konsantre olması ve köpük filmi üzerinde etkisini göstermesi gerektiğinden, köpük gidericinin bu duruma hızlı bir şekilde ulaşabilmesi ve köpük önleyici maddenin bunu her zaman koruyabilmesi önemlidir. Bu nedenle, sadece çözünmeyen veya az çözünen köpük kesiciler köpük sıvısında kolayca aşırı doymuş bir duruma ulaşabilir, böylece gaz-sıvı arayüzünde birikebilir ve daha düşük bir konsantrasyonda etkilerini göstermek için kabarcık filmine konsantre olabilirler. Sulu sistemlerde kullanılan köpük gidericiler için, aktif bileşen moleküllerinin güçlü hidrofobik ve zayıf hidrofilik olması gerekir ve HLB değeri 1,5 ile 3 arasında olduğunda en iyi sonucu verirler. Örneğin, su bazlı boyaların üretiminde, köpük kesici uygun şekilde çözünmezse, köpüğü etkili bir şekilde ortadan kaldıramaz ve ayrıca boyanın kalitesini ve performansını da etkileyebilir. İkinci olarak, köpük kesicinin yüzey gerilimi köpüren sıvınınkinden daha düşük olmalıdır. Sadece köpük kesici moleküllerinin moleküller arası kuvvetleri zayıf olduğunda ve yüzey gerilimi köpüren sıvınınkinden daha düşük olduğunda, köpük kesici partikülleri köpük filmine nüfuz edebilir ve genişleyebilir. Burada köpüren sıvının yüzey geriliminin çözeltinin yüzey gerilimi değil, özellikle köpük halindeki yüzey gerilimi olduğuna dikkat edilmelidir. Ayrıca, köpük giderici ve köpüren sıvı belirli bir afiniteye sahip olmalıdır. Köpük giderme işlemi esasen köpüğün çökme hızı ile oluşma hızı arasındaki bir rekabet olduğundan, köpük gidericinin geniş bir alanda hızlı bir etkiye sahip olabilmesi için köpüren sıvı içinde hızla dağılabilmesi gerekir. Köpük kesicinin aktif bileşeni köpüren sıvıya çok benzerse çözülür. Çok fazla dağılırsa, etkili olması zorlaşacaktır. Etki sadece afinite uygun olduğunda iyi olacaktır. Ek olarak, köpük giderici köpüren sıvı ile kimyasal olarak reaksiyona girmemelidir, aksi takdirde bir yandan köpük giderici etkisini kaybedecek, diğer yandan mikrobiyal büyümeyi vb. etkileyen zararlı maddeler üretilebilecektir. Son olarak, köpük giderici düşük uçuculuğa ve uzun bir etki süresine sahip olmalıdır. Köpük gidericinin kullanılacağı sistemi belirlerken, su bazlı bir sistem ile yağ bazlı bir sistem arasında ayrım yapmak gerekir. Örneğin, fermantasyon endüstrisinde genellikle polieter modifiye silikon yağları veya polieterler gibi yağ bazlı köpük gidericiler kullanılırken, su bazlı boya endüstrisinde su bazlı köpük gidericiler ve silikon köpük gidericiler kullanılmalıdır. Aynı zamanda en uygun ve ekonomik köpük kesici ürünü elde edebilmek için eklenen köpük kesici miktarını karşılaştırmak ve fiyatına bakmak da gerekmektedir.
Köpük kesici kullanımının etkinliği de çeşitli faktörlerden etkilenir. Çözeltideki köpük gidericinin dağılabilirliği köpük giderme performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Uygun bir dağılım derecesine sahip olmalıdır ve çok büyük veya çok küçük bir partikül boyutu köpük giderme aktivitesini etkileyecektir. Köpük sistemindeki uyumluluk açısından, yüzey aktif madde sulu çözelti içinde tamamen çözündüğünde, genellikle köpüğün gaz-sıvı arayüzünde köpüğü stabilize etme eğilimindedir; yüzey aktif madde çözünmediğinde veya aşırı doygun olduğunda, partikülleri çözelti içinde dağılacak ve köpük üzerinde birikecek ve böylece köpük giderilecektir. Köpüren sistemin ortam sıcaklığı göz ardı edilmemelidir. Köpüren sıvının sıcaklığı yüksek olduğunda, özel bir yüksek sıcaklık köpük giderici kullanılmalıdır. Aksi takdirde, sıradan köpük gidericilerin köpük giderici etkisi büyük ölçüde azalmakla kalmaz, aynı zamanda demülsifikasyon da meydana gelebilir. Paketleme, depolama ve nakliye sırasında köpük kesiciler 5-35°C'de saklanmalıdır. Raf ömrü genellikle 6 aydır. Isı kaynaklarından uzak tutulmalı ve güneş ışığına maruz bırakılmamalıdır. Kullanımdan sonra bozulmayı önlemek için mühürlenmelidir. Köpük kesicinin eklenme oranı da çok önemlidir. Köpük kesicinin seyreltilmeden eklenmesinin etkisi, seyreltildikten sonra eklenmesinden farklıdır. Düşük yüzey aktif madde konsantrasyonu nedeniyle, seyreltme sonrası köpük kesici emülsiyonu son derece kararsızdır ve hızla katmanlara ayrılır. Zayıf köpük giderme performansına sahiptir ve uzun süreli depolama için uygun değildir. Köpük kesicinin seyreltildikten hemen sonra kullanılması tavsiye edilir. İstenen etkiyi sağlamak için ekleme oranı yerinde testlerle belirlenmeli ve aşırı eklenmemelidir.