Spiegazione dell'antischiuma liquido: come controlla la formazione di schiuma nelle applicazioni industriali

Punti di forza

Comprendere il funzionamento degli antischiuma liquidi può evitare alle vostre attività industriali costosi danni alle attrezzature e perdite di produzione causati da un accumulo incontrollato di schiuma.

- Gli antischiuma liquidi si basano sull'azione combinata di tre componenti: materiali idrofobici (come la silice o le cere), veicoli veicolanti (oli o acqua) e una quantità minima di emulsionanti per favorire una rapida diffusione e destabilizzare la schiuma all’interfaccia aria-liquido.

- Esistono quattro tipi principali di antischiuma, ciascuno dei quali risponde a esigenze diverse: a base di olio per il controllo della schiuma superficiale, a base acquosa per il rilascio dell’aria intrappolata, a base di silicone per prestazioni a doppia funzione e copolimeri EO/PO per applicazioni sensibili alla temperatura.

- Il controllo della schiuma avviene attraverso tre meccanismi: destabilizzare le lamelle di schiuma spostando i tensioattivi, rompere le bolle tramite la formazione di ponti e il distacco, e favorire la coalescenza delle bolle per liberare rapidamente l’aria intrappolata.

- La scelta del giusto antischiuma previene i guasti alle apparecchiature: Nelle apparecchiature di estrazione, la schiuma può ridurre la capacità del serbatoio di 33% e causare la corrosione del motore a vuoto, mentre nella lavorazione dei metalli ostacola le funzioni di raffreddamento e lubrificazione.

- Il dosaggio varia a seconda dell'applicazione: Le concentrazioni tipiche variano da 0,1 a 0,31 TP3T nelle vernici al lattice, da 10 a 30 ppm nella separazione olio-gas e da 10 a 200 ppm nel trattamento delle acque reflue, a seconda dell’entità della formazione di schiuma e delle condizioni di processo.

Il giusto antischiuma liquido, adatto al vostro specifico processo industriale, garantisce la durata delle attrezzature, mantiene l'efficienza operativa ed elimina i colli di bottiglia nella produzione causati da problemi legati alla formazione di schiuma.

L'accumulo di schiuma può danneggiare gravemente le vostre attrezzature. La schiuma ricca di detergente, mescolata a sporco e lanugine, viene aspirata nei motori degli aspirapolvere e ostruisce i condotti dell'aria, corrode le parti interne e riduce la potenza di aspirazione. Un antischiuma liquido è un additivo chimico che riduce e previene la formazione di schiuma nei liquidi utilizzati nei processi industriali. I processi industriali devono affrontare gravi problemi causati dalla schiuma, che crea difetti sui rivestimenti superficiali e impedisce un riempimento efficiente dei contenitori. Questi problemi si riscontrano più spesso nei serbatoi di recupero delle macchine di estrazione e delle lavapavimenti automatiche, dove il controllo della schiuma diventa fondamentale. Tra gli agenti antischiuma più comuni figurano gli oli insolubili, i composti antischiuma a base di silicone come i polidimetilsilossani e alcuni alcoli. In questo articolo esploreremo il funzionamento degli antischiuma liquidi, le loro diverse tipologie e le loro applicazioni nelle operazioni industriali.

Cosa sono gli antischiuma liquidi e quali sono le loro proprietà principali

Un antischiuma liquido è costituito da tre componenti distinti che agiscono in sinergia per controllare la formazione di schiuma. L'ingrediente principale è un materiale idrofobo che funge da elemento attivo. Tra i materiali idrofobici figurano la silice trattata, le cere (sintetiche o naturali) e i siliconi o i loro derivati. Questi agenti idrofobici possono essere utilizzati da soli o in combinazione tra loro per migliorare le prestazioni.

La seconda componente è una veicolo di trasporto che trasferisce i principi attivi idrofobici nel sistema idrofilo che trattiene l’aria. I veicoli vettori includono oli minerali, oli vegetali e oli siliconici. Il fluido vettore presenta solitamente una tensione superficiale inferiore rispetto al liquido schiumogeno. La stabilità a lungo termine del vettore nel liquido originale determina l’efficacia del controllo della schiuma nei prodotti con una durata di conservazione prolungata.

La terza componente, un emulsionante, garantirà una distribuzione ottimale della componente idrofobica nel veicolo, facilitando al contempo la diffusione dell’agente antischiuma in tutto il liquido. Tra gli emulsionanti utilizzati figurano gli alchilfenoli etossilati e gli esteri di sorbitano. Riduciamo al minimo la quantità di emulsionante poiché questi composti possono a loro volta contribuire alla formazione di schiuma.

Composizione chimica e attività superficiale

Gli agenti antischiuma agiscono in modo più efficace quando la tensione superficiale o la tensione interfacciale diminuiscono. Un antischiuma a base di silicone contiene componenti tensioattivi che riducono la tensione superficiale del liquido a tal punto da provocare il collasso delle bolle d’aria presenti nella schiuma. Questa riduzione della tensione superficiale consente all’antischiuma di diffondersi più rapidamente lungo l’interfaccia della schiuma.

Requisiti di viscosità per una rapida stesura

La bassa viscosità favorisce la penetrazione e la diffusione. L'antischiuma liquido deve avere un coefficiente di diffusione elevato, in modo da diffondersi uniformemente nel mezzo. Senza questa caratteristica di bassa viscosità, l'antischiuma non è in grado di raggiungere l'interfaccia aria-liquido con la rapidità necessaria affinché la stabilizzazione della schiuma avvenga in tempo utile.

Insolubilità in un mezzo schiumogeno

L'antischiuma deve essere insolubile nel mezzo schiumogeno. La fase liquida dell'antischiuma deve presentare un certo grado di incompatibilità o insolubilità con il mezzo in cui viene immessa. Tale incompatibilità consente all'antischiuma di formare goccioline che salgono in superficie e si diffondono bene, facendo scoppiare le bolle senza contribuire alla formazione di ulteriore schiuma.

Tipi di antischiuma liquidi

I formulatori scelgono tra quattro categorie principali di antischiuma liquidi in base al sistema vettore e alla composizione chimica attiva richiesti per le specifiche condizioni di processo.

Antischiuma a base di olio con vettori di tipo minerale o vegetale

Le formulazioni a base di olio utilizzano olio minerale, olio vegetale o olio bianco come veicolo. Questi composti contengono cera o silice idrofobica per potenziarne le prestazioni. Le varianti a base di olio minerale garantiscono un’eccellente soppressione della schiuma nei sistemi a base acquosa. Le alternative a base di olio vegetale offrono un contenuto attivo di 100% con efficacia compresa tra 0,1 e 0,3% p/p nei sistemi di vernici al lattice. Le formulazioni a base di olio vegetale eliminano i rischi di contaminazione da silicone che causano craterizzazione, effetto "occhio di pesce" e problemi di adesione tra gli strati nei sistemi acrilici e a base di acetato di vinile. Questi antischiuma sono particolarmente efficaci nell’abbattere la schiuma superficiale.

Antischiuma a base acquosa per l'eliminazione dell'aria intrappolata

Le formulazioni a base acquosa disperdono vari oli e cere in un veicolo acquoso. Gli oli possono essere di tipo minerale o vegetale, mentre le cere sono costituite da alcoli grassi a catena lunga, saponi di acidi grassi o esteri. Gli antischiuma a base acquosa fungono da disaeratori e liberano l’aria intrappolata dai liquidi di processo, a differenza delle varianti a base oleosa. Questa loro specificità li rende ideali per applicazioni in cui la rimozione dell’aria intrappolata è più importante del controllo della schiuma superficiale.

Composti antischiuma a base di silicone

Le formulazioni a base di silicone contengono polimeri con catene principali di silicio, disponibili sotto forma di oli o emulsioni a base acquosa. Una tipica emulsione antischiuma a base di silicone è costituita da polidimetilsilossano 30% in acqua con componenti inorganici modificati. Questi composti disperdono la silice idrofobica nell’olio di silicone. Le varianti a base di silicone svolgono una doppia funzione: abbattono la schiuma superficiale e liberano l’aria intrappolata. Sono adatte anche per sistemi schiumogeni non acquosi, tra cui quelli utilizzati nelle operazioni di estrazione del petrolio greggio e di raffinazione.

Antischiuma a base di copolimeri EO/PO

I copolimeri a blocchi di ossido di etilene/ossido di propilene agiscono attraverso un meccanismo di solubilità inversa. Questi tensioattivi non ionici rimangono solubili in acqua a basse temperature, ma precipitano e si distribuiscono all’interfaccia della schiuma quando la temperatura di processo supera il loro punto di intorbidamento. L’antischiuma dipende dal rapporto tra il punto di intorbidamento del tensioattivo e la temperatura di applicazione. I formulatori dovrebbero selezionare copolimeri a blocchi il cui punto di intorbidamento sia inferiore alla temperatura di utilizzo prevista. Questi agenti attivi 100%, privi di silicone, offrono inerzia biologica. Ciò li rende sicuri da utilizzare nei sistemi di fermentazione.

In che modo gli antischiuma liquidi controllano la formazione della schiuma

“modalità di propagazione dovuta al fatto che il film della bolla scoppiata viene assorbito dal film liquido circostante” — Rei Kurita, Professore associato, Università Metropolitana di Tokyo

Sono tre i meccanismi che regolano il controllo della schiuma dopo l'aggiunta di un antischiuma liquido ai fluidi di processo. Questi meccanismi agiscono in sinergia per eliminare la schiuma superficiale e le bolle d'aria intrappolate.

Destabilizzazione delle lamelle di schiuma all’interfaccia aria-liquido

L'azione di diffusione provoca uno shock meccanico sulla superficie della schiuma e ne destabilizza la struttura. L'antischiuma si diffonde più rapidamente sulla superficie della schiuma, penetra nelle lamelle e compromette la coesione della schiuma. Il componente idrofobo sostituisce i tensioattivi stabilizzanti all’interfaccia aria-liquido. Questa affinità per la superficie aria-liquido fa rompere le bolle d’aria e distrugge la schiuma superficiale.

Rottura delle bolle d'aria per diffusione superficiale

L’antischiuma penetra nella parete della bolla e rompe la struttura del film attraverso un meccanismo di ponte. Le goccioline di antischiuma a bassa tensione superficiale si estendono lungo la lamella e formano ponti instabili. Una particella idrofobica o una gocciolina d’olio con un angolo di contatto superiore a 90° provoca il distacco del liquido al contatto con entrambi i lati di una lamella. Il liquido a contatto con la particella si incurva verso l’interno finché entrambi i lati del film non si toccano e si rompono. La lamella si svuota man mano che si forma il ponte e raggiunge un punto critico in cui si rompe, rilasciando l’aria intrappolata.

Agglomerazione e risalita delle bolle d’aria trascinate

Le bolle d’aria intrappolate si agglomerano e formano bolle più grandi che salgono in superficie più rapidamente. Numerose piccole bolle si uniscono e fuoriescono dalla miscela attraverso il processo di coalescenza. L’antischiuma riduce i gradienti di tensione superficiale. Le pellicole di bolle si assottigliano e si rompono in punti specifici, rilasciando il gas contenuto al loro interno. Questo processo di coalescenza elimina le grandi bolle d’aria intrappolate grazie a metodi di miscelazione adeguati.

Applicazioni industriali e risoluzione dei problemi

“Le nostre tecnologie a base di silice consentono di ridurre il contenuto di olio e di ottenere un dosaggio più economico, grazie ai loro potenti effetti potenzianti che accelerano la disgregazione della schiuma e migliorano l’efficienza della formulazione.” — Evonik, Azienda leader nel settore dei prodotti chimici speciali

Gli operatori del settore industriale devono affrontare perdite di produzione legate alla formazione di schiuma in diversi settori. Ciascuno di essi richiede soluzioni antischiuma liquide mirate, adatte alle specifiche condizioni di processo.

Controllo della schiuma nel serbatoio di recupero delle apparecchiature di estrazione

La schiuma presente nei serbatoi di recupero delle macchine per la pulizia dei tappeti provoca la chiusura prematura del meccanismo a galleggiante e riduce la capacità del serbatoio fino a 33%. Il funzionamento del galleggiante viene compromesso quando la schiuma lo ostacola, e la soluzione sporca viene aspirata nel motore di aspirazione. Ciò provoca corrosione e guasti prematuri. Aggiungiamo un antischiuma diluito attraverso il tubo di recupero per trattare l’intero sistema di aspirazione e manteniamo poi un livello compreso tra 0,5 e 1,0 once per gallone di capacità del serbatoio.

Gestione della schiuma nei fluidi di raffreddamento e nei liquidi di processo

La schiuma presente nei fluidi di raffreddamento per la lavorazione dei metalli compromette le funzioni di lubrificazione e raffreddamento. Inoltre, aumenta il volume del sistema. Un’oncia di antischiuma concentrato è sufficiente per trattare 50 galloni di fluido diluito. Le operazioni CNC ad alta pressione superiori a 800 psi richiedono formulazioni specializzate a bassa schiumosità.

Cartiera e lavorazione della pasta di legno

Le emulsioni siliconiche mantengono la loro efficacia in presenza di temperature elevate e in condizioni alcaline. Tali condizioni si verificano nelle fasi di lavaggio della pasta di cellulosa, di evaporazione e di sbiancamento. Queste formulazioni eliminano l’aria intrappolata e riducono la tensione superficiale nei liquidi di processo. Il lavaggio della pasta grezza con composti organosiliconici modificati riduce il trascinamento di sostanze chimiche e i costi di sbiancamento.

Attività di trasformazione alimentare e di raffinazione del petrolio

Gli antischiuma per uso alimentare controllano la formazione di schiuma nei processi di produzione della birra, nella lavorazione dei succhi e nelle attività casearie, nel rispetto delle normative FDA. Gli antischiuma a base di silicone eliminano la schiuma con un dosaggio compreso tra 10 e 30 ppm nella separazione olio-gas e impediscono il trascinamento di liquido.

Trattamento delle acque reflue e sistemi idraulici

I antischiuma per acque reflue vengono dosati a una concentrazione compresa tra 10 e 200 ppm, a seconda dell'entità della formazione di schiuma. Gli antischiuma idraulici prevengono i danni da cavitazione e garantiscono l'efficienza dell'impianto e la durata dei componenti.

Conclusione

Abbiamo visto come gli antischiuma liquidi riducano la formazione di schiuma attraverso tre meccanismi fondamentali: destabilizzazione delle lamelle di schiuma, rottura delle bolle d’aria e promozione della coalescenza delle bolle. I requisiti specifici del processo determinano la scelta tra formulazioni a base di olio, a base acquosa, al silicone o a base di copolimeri EO/PO. Questi composti proteggono le apparecchiature critiche nei sistemi di estrazione, nelle operazioni di lavorazione dei metalli, nelle cartiere e negli impianti di trattamento delle acque reflue. La scelta e il dosaggio corretti dell’antischiuma prevengono danni alle apparecchiature che possono rivelarsi costosi. Inoltre, migliorano le prestazioni di processo ed eliminano le perdite di produzione causate dalla schiuma incontrollata.