Novinky z oboru
Přehled výroby
Uvnitř výroby silikonového odpěňovače: Od surového silikonového oleje po hotové složení
Každá várka silikonový odpěňovač vyráběný na našich linkách začíná jako surový methylsilikonový olej dlouho předtím, než se stane stabilní kapalinou připravenou k použití. Cesta od základního oleje k hotovému odpěňovači na bázi silikonu zahrnuje několik řízených fází, z nichž každá přímo ovlivňuje, jak rychle produkt srazí pěnu, jak dlouho zabrání návratu pěny a jak dobře vydrží při různých pracovních teplotách a podmínkách pH. Pochopení tohoto procesu pomáhá vysvětlit, proč na detailech složení záleží stejně jako na samotné aktivní složce a proč se dva produkty označené jako silikonový odpěňovač mohou chovat velmi odlišně, jakmile jsou dávkovány do skutečné procesní kapaliny. Níže uvedené oddíly procházejí výrobními fázemi, rozsahem specifikací v různých jakostech, skutečnými údaji o výkonu shromážděnými z testování pěnové kolony a pokyny pro dávkování organizované průmyslem, takže formulace může být přizpůsobena konkrétnímu procesu, nikoli pouze podle vzhledu.
Výběr surovin
Základní silikonový olej se vybírá v rozmezí viskozity zhruba 350 až 1000 centistokes. Olej s nižší viskozitou se rychleji šíří po pěnovém filmu, ale ztrácí účinnost dříve, zatímco olej s vyšší viskozitou si svou pozici drží déle, ale rozptyluje se pomaleji, takže výběr závisí na cílové aplikaci.
Hydrofobní úprava oxidu křemičitého
Mikronizovaný oxid křemičitý je povrchově ošetřen silanovými vazebnými činidly, aby byl hydrofobní, než se přimíchá do silikonového oleje. Tento upravený oxid křemičitý dává hotovému silikonovému odpěňovacímu prostředku jeho rozšířené okno potlačující pěnu, spíše než jediné rychlé sražení.
Emulgace a homogenizace
Směs oleje a oxidu křemičitého se disperguje ve vodě za použití neiontových emulgátorů za vysokosmykového míchání, přičemž se vytvoří kapičky o velikosti typicky mezi 1 a 5 mikrony. Kapky mimo tento rozsah se buď oddělí při stání, nebo se nerozšíří dostatečně rychle, jakmile jsou přidány do pěnového systému.
Dokončení stability
Zahušťovadla a konzervační látky se přidávají v posledním mísícím průchodu, takže emulze odolává separaci fází, stresu z mrazu a tání a mikrobiálnímu růstu během skladování, přičemž silikonový odpěňovač funguje konzistentně od prvního litru sudu do posledního.
Proč se v průmyslových kapalinách tvoří pěna
Pěna se objeví vždy, když se plyn zachytí uvnitř kapaliny filmem, který je dostatečně silný, aby odolal kolapsu sám o sobě. Povrchově aktivní látky, proteiny a určité polymery, které se běžně vyskytují v rozvlákňovacím louhu, barvicích lázních, nátěrech a biologických bujónech snižují povrchové napětí kapaliny a stabilizují stěny každé bubliny, což je důvod, proč procesy, které míchají, míchají, pumpují nebo provzdušňují kapalinu, mají tendenci vytvářet nejvíce pěny. Odpěňovač funguje tak, že zavádí materiál s ještě nižším povrchovým napětím než má film povrchově aktivní látky, vstupuje do stěny bubliny a protrhává ji. To je důvod, proč musí být účinný odpěňovač dostatečně nerozpustný v základní kapalině, aby zůstal koncentrovaný na povrchu bubliny, spíše než aby se rozpouštěl do objemové kapaliny, přičemž je stále dostatečně dispergovatelný, aby se rychle rozprostřel po velkém povrchu pěny. Silikonový olej splňuje obě podmínky neobvykle dobře, což je základní důvod, proč silikonový odpěňovač funguje rychleji a konzistentněji než mnoho alternativních chemikálií v širokém rozsahu procesních podmínek.
Rozsah technických specifikací napříč výrobními třídami
Protože žádná jednotlivá formulace nefunguje optimálně v každém procesu, je výroba organizována do několika tříd silikonového odpěňovače, z nichž každý je vyladěn pro jinou kombinaci teploty, citlivosti na dávkování a regulačních požadavků. Níže uvedená tabulka uvádí běžně vyráběné specifikace.
| Parametr | Obecná třída | Vysokoteplotní stupeň | Stupeň pro styk s potravinami | Koncentrovaný stupeň |
|---|---|---|---|---|
| Vzhled | Bílá emulze | Mléčně bílá emulze | Bílá emulze, low odor | Špinavě bílá viskózní pasta |
| Aktivní obsah | 12 % – 15 % | 18 % – 22 % | 10 % – 12 % | 28 % – 32 % |
| Viskozita (25 °C) | 200 – 500 mPa·s | 400 – 900 mPa·s | 150 – 400 mPa·s | 1500 – 3000 mPa·s |
| Hodnota pH | 6,0 – 7,5 | 6,5 – 8,0 | 6,0 – 7,0 | 6,5 – 7,5 |
| Iontový typ | Neiontové | Neiontové | Neiontové | Neiontové |
| Pracovní teplota | Až 90°C | Až 200°C | Do 100°C | Až 180°C |
| Ředicí poměr | 1:5 až 1:20 | 1:10 až 1:30 | 1:5 až 1:15 | 1:20 až 1:50 |
| Stabilita skladování | 12 měsíců | 12 měsíců | 9 měsíců | 18 měsíců |
Údaje o účinnosti potlačení pěny
Silikonový odpěňovač je často srovnáván s typy odpěňovačů na bázi minerálních olejů a polyetherů na základě dvou měřítek: jak rychle sráží stávající pěnu a jak dlouho zabraňuje opětovnému vytvoření pěny. Interní testování na standardním pěnícím roztoku při 25 °C poskytlo následující srovnání doby snížení.
Průměrná doba srážení pěny (sekundy, nižší je rychlejší)
Za vyšších teplot se mezera zvětší. Odpěňovač na bázi minerálního oleje má tendenci ztrácet viskozitu a kontrolu roztírání nad 80 °C, zatímco správně formulovaný odpěňovač na bázi silikonu si zachovává rychlost srážení až do 200 °C ve vysokoteplotní třídě, a proto zůstává preferovanou volbou pro horké procesní lázně při barvení, papírenském černém louhu a úpravě kotlové vody.
Snížení výšky pěny v průběhu času při různých úrovních dávkování
Při dávce 0,05 % klesne výška pěny v testovací koloně o více než 80 % během prvních deseti minut a zůstane potlačena po zbytek doby pozorování. Při nižší dávce 0,02 % je počáteční snížení pomalejší a určitá regenerace pěny je viditelná po dvaceti minutách, což je důvod, proč jsou doporučení ohledně dávkování vždy uváděna jako rozsah, nikoli jako jediné pevné číslo – správný bod v tomto rozsahu závisí na tom, jak agresivně základní kapalina pění.
Doporučené dávkování podle aplikačního průmyslu
Dávkování není v různých odvětvích jednotné, protože tendence k pěnění, viskozita kapaliny a teplota zpracování se všechny liší. Následující rozsahy odrážejí typické výchozí body používané před doladěním na konkrétní procesní linku. Počínaje spodním koncem rozsahu a postupným zvyšováním v malých krocích při sledování výšky pěny je obecně spolehlivější než začátek na horní hranici, protože předávkování může příležitostně destabilizovat přípravek nebo zanechat viditelný zbytek na povrchu hotového produktu.
| Průmysl | Doporučené dávkování | Pracovní teplota | Metoda sčítání |
|---|---|---|---|
| Výroba papíru a buničiny | 0,02 % – 0,08 % | 20 °C – 60 °C | Přímé přidávání během šlehání nebo míchání povlaku |
| Barvení a potisk textilu | 0,03 % – 0,10 % | Až 130°C | Odměřené dávkování do barvicí lázně nebo vycpávkového žlabu |
| Nátěry a inkousty na vodní bázi | 0,10 % – 0,50 % | Pokojová teplota | Přidává se během fází broušení a spouštění |
| Nádrže na odpadní vodu a provzdušňování | 0,01 % – 0,05 % | Okolní | Odkapávání krmiva v místě provzdušňování |
| Fermentační procesy | 0,01 % – 0,03 % | 28 °C – 40 °C | Sterilní přidávání přes přívodní potrubí |
| Zpracování potravin | Pod regulačním limitem, obvykle pod 0,01 % | Závisí na procesu | Řízené dávkování podle pokynů pro bezpečnost potravin |
| Výroba lepidel a tmelů | 0,05 % – 0,30 % | Pokojová teplota | Přidává se během vysokorychlostní disperze |
| Kovoobráběcí kapaliny | 0,05 % – 0,20 % | Do 60°C | Před zředěním smíchán do koncentrátu |
Kde je každá formulace skutečně aplikována
Výroba papíru
Pěna vznikající během rozvlákňování, klížení a potahování narušuje tvorbu listu a zanechává povrchové defekty. Silikonový odpěňovač s rychlým srážením zabraňuje vzniku dírek a šmouh na hotovém povrchu papíru a zároveň odolává alkalickým podmínkám obvyklým při zpracování buničiny.
Čištění odpadních vod
Provzdušňovací nádrže vytvářejí trvalou povrchovou pěnu, která může přetékat stěnami nádrže. Silikonový odpěňovač dávkovaný v místě provzdušňování kontroluje výšku pěny bez narušení biologické aktivity procesu aktivovaného kalu.
Fermentace
Vývoj plynu během růstu mikrobů vytváří pěnu, která snižuje využitelný objem nádrže. Nízkodávkované silikonové odpěňovací činidlo kontroluje tuto pěnovou vrstvu, přičemž zůstává kompatibilní s biologickým systémem a zabraňuje interferenci s výtěžkem nebo následnou separací.
Nátěry a inkousty
Vzduch stržený během vysokorychlostní disperze vytváří na povrchu krátery a snižuje lesk. Odpěňovač na silikonové bázi přidaný ve správné fázi procesu broušení odstraňuje mikrobubliny dříve, než se zafixují defekty v zaschlém filmu.
Textilní zpracování
Povrchově aktivní látky používané v pracích, barvicích a pracích lázních při procesní teplotě silně pění. Tepelně stabilní silikonový odpěňovač udržuje povrch vany čistý, takže válečky a vodítka běží bez rušení pěny.
Zpracování potravin
Tam, kde je v procesech přicházejících do styku s potravinami potřeba kontrola pěny, silikonový odpěňovač pro styk s potravinami formulovaný v rámci povolených limitů dávkování kontroluje pěnu během kroků vaření, fermentace nebo mytí, aniž by ovlivnil chuť nebo vzhled produktu.
Postupy kontroly kvality během výroby
Konzistence mezi šaržemi je udržována prostřednictvím pevné sekvence kontrol spíše než jediné závěrečné kontroly.
Kontrola vstupních surovin
Viskozita silikonového oleje, velikost částic hydrofobního oxidu křemičitého a čistota emulgátoru jsou ověřeny podle interních specifikačních listů předtím, než jakákoli šarže vstoupí do fáze míchání.
Monitorování viskozity během procesu
Odečty viskozity se odečítají v definovaných intervalech během emulgace, aby se potvrdilo, že tvorba kapiček probíhá v rozmezí cílové velikosti částic.
Testování potlačení pěny
Každá hotová šarže je testována ve standardizované pěnové koloně s použitím referenčního roztoku povrchově aktivní látky, aby se potvrdilo, že doba odstavení a trvání potlačení splňují specifikaci jakosti.
Testování stability a trvanlivosti
Vzorky se uchovávají ve zrychlených cyklech zmrazování a rozmrazování a skladování při zvýšené teplotě, aby se potvrdilo, že se emulze neoddělí, než se dostane ke konečnému uživateli.
Výkon v podmínkách pH
Procesní kapaliny se velmi liší v pH, od kyselých kapalin pro obrábění kovů až po silně alkalické rozvlákňovací louhy, a odpěňovač, který funguje dobře v jednom rozsahu, může ztrácet účinnost v jiném. Odpěňovač na bázi silikonu je formulován s neiontovými emulgátory speciálně proto, že neiontové systémy zůstávají stabilní v širokém rozsahu pH, na rozdíl od systémů aniontových emulgátorů, které se mohou rozkládat ve vysoce kyselých nebo vysoce alkalických kapalinách.
Relativní účinnost potlačení pěny v celém rozsahu pH
Účinnost potlačení pro odpěňovač na bázi silikonu zůstává relativně plochá v rozsahu pH 2 až pH 12 uvedeném výše, s pouze mírným poklesem na extrémních koncích, zatímco odpěňovač na bázi minerálního oleje vykazuje stabilnější pokles, když se pH vzdaluje od neutrální hodnoty. Tato stabilita je hlavním důvodem, proč je silikonové odpěňovací činidlo zvoleno pro rozvlákňovací louh, který je typicky silně alkalický, a pro určité lázně pro úpravu kovů, které jsou kyselé.
Odstraňování běžných problémů s kontrolou pěny
Pěna se vrací krátce po dávkování
To obvykle naznačuje, že dávka je pod prahem potlačení pro tuto kapalinu, spíše než selhání produktu. Postupné zvyšování dávky v doporučeném rozsahu nebo přechod na vyšší stupeň aktivního obsahu obvykle řeší opakování.
Emulze se při skladování odděluje
Separace je nejčastěji způsobena vystavením mrazu nebo skladováním nad doporučeným teplotním stropem. Šetrné opětovné promíchání může někdy obnovit použitelnost, ale nádoby, které zmrzly pevné látky, by měly být před použitím vyhodnoceny.
V potahované fólii se objevují povrchové vady
Předávkování silikonovým odpěňovačem v nátěrové směsi může způsobit tvorbu kráterů, spíše než je vyřešit. Mírné snížení dávky a potvrzení bodu přidání nastává dříve, než to obvykle napraví fáze konečného mletí.
Snížená účinnost při vyšších teplotách
Ztráta účinnosti třídy pro všeobecné použití s rostoucí teplotou lázně je známkou toho, že se proces posunul za hranici své pracovní teploty, což vyžaduje spíše zvýšení na vysokou teplotu než další zvyšování dávkování.
Možnosti přizpůsobení pro konkrétní formulace
Protože se podmínky procesu na jednotlivých výrobních linkách liší, mohou být formulace upraveny na několika osách, spíše než se spoléhat na jediný fixní produkt. Aktivní obsah lze zvednout nebo snížit tak, aby odpovídal dávkovacímu zařízení již nainstalovanému na procesní lince. Viskozitu lze upravit mezi řídkými, volně tekoucími emulzemi vhodnými pro automatická dávkovací čerpadla a hustšími, koncentrovanými pastami vhodnými pro ruční dávkování v menších dávkových nádržích. Výběr emulgátoru lze posunout směrem k systémům, které zůstávají stabilní v tvrdé vodě nebo v přítomnosti specifických elektrolytů nacházejících se v konkrétní procesní lázni. Tam, kde formulace musí splňovat požadavky na styk s potravinami, jsou aktivní složky a stropy dávkování vybrány tak, aby zůstaly v rámci platného regulačního limitu pro daný případ použití. Balení může být uspořádáno do sudů, IBC přepravek nebo menších kbelíků v závislosti na objemu, který zařízení spotřebuje na výrobní cyklus, a pro zařízení, která preferují vlastní označení na kontejneru, je k dispozici soukromé značení obalů.
Pokyny pro balení a skladování
| Velikost balení | Typ kontejneru | Skladovací teplota | Doba použitelnosti |
|---|---|---|---|
| 25 kg | Plastová nádoba | 5 °C – 35 °C | 9 – 12 měsíců |
| 200 kg | Ocelový nebo plastový buben | 5 °C – 35 °C | 9 – 12 měsíců |
| 1000 kg | Taška IBC | 5 °C – 35 °C | 9 – 12 měsíců |
Je třeba se vyvarovat zmrazování, protože opakované cykly zmrazování a rozmrazování mohou rozbít emulzi a způsobit nevratné oddělení. Nádoby by měly být ihned po použití znovu uzavřeny a skladovány mimo přímé sluneční světlo, protože dlouhodobé vystavení UV záření může postupně degradovat emulgátorový systém a zkrátit účinnou dobu skladování.
Často kladené otázky o silikonovém odpěňovači
Jak vyrobit silikonový odpěňovač ve výrobním měřítku
Ve výrobním měřítku začíná výroba silikonového odpěňovače výběrem základního silikonového oleje s cílovou viskozitou a poté přimícháním hydrofobního oxidu křemičitého s povrchově upraveným povrchem pro vytvoření dlouhodobého potlačení pěny. Tato směs se disperguje do vody za použití neiontových emulgátorů za vysokosmykového míchání za vzniku stabilní emulze s velikostí kapiček v rozmezí 1 až 5 mikronů. Zahušťovadla a konzervační látky se přidávají v posledním průchodu, aby se emulze chránila během skladování a přepravy, následuje testování pěnové kolony před uvolněním šarže k balení.
K čemu slouží silikonový odpěňovač
Silikonový odpěňovač se používá ke kontrole nežádoucí pěny v kapalných procesech, kde by povrchově aktivní látky, míchání nebo tvorba plynu jinak vytvořily pěnovou vrstvu. Mezi běžné použití patří papírenská buničina a nátěry, barvicí lázně na textil, nátěry a inkousty na bázi vody, nádrže na provzdušňování odpadních vod, fermentační procesy, výroba lepidel a systémy kapalin pro obrábění kovů. V každém případě se přidává v nízké dávce vzhledem k celkovému objemu kapaliny, protože je potřeba pouze malé množství k narušení povrchového napětí, které drží bubliny pěny pohromadě.
Co lze kromě silikonu použít jako odpěňovač
V závislosti na procesu lze jako odpěňovač použít několik materiálů. Odpěňovač na bázi minerálního oleje je levnější varianta vhodná do mírných teplotních podmínek. Odpěňovač polyetherového typu nabízí dobrou rozpustnost ve vodě a často se volí pro systémy na bázi vody s požadavky na biologickou odbouratelnost. Odpěňovač na bázi esterů mastných kyselin je běžný ve formulacích souvisejících s potravinami. Odpěňovač na bázi práškového oxidu křemičitého se používá tam, kde je potřeba spíše pevný nosič než kapalná emulze. Každý typ se liší rychlostí srážení, trváním potlačení a teplotní tolerancí, což je důvod, proč výběr složení závisí na konkrétním kapalném systému, který je upravován.
Lze silikon použít jako prostředek proti pěnění
Ano, silikon je jedním z nejúčinnějších materiálů dostupných pro použití jako odpěňovač. Jeho nízké povrchové napětí mu umožňuje rychle se šířit přes pěnový film a protrhnout strukturu bublin, zatímco jeho chemická stabilita mu umožňuje pracovat v širokém rozsahu pH a teplot ve srovnání s mnoha alternativními chemikáliemi. Silikon může být použit samostatně jako aktivní odpěňovací činidlo nebo ve směsi s jinými složkami, jako jsou polyethery nebo estery mastných kyselin, aby se doladila kompatibilita se specifickým kapalným systémem.
Jaký je nejběžnější průmyslově používaný odpěňovač
Odpěňovače na bázi silikonu a odpěňovače na bázi polyetherů jsou dva nejrozšířenější typy v průmyslových procesech. Silikonové formulace jsou obecně upřednostňovány tam, kde je vyžadováno rychlé srážení, nízké dávkování a tolerance vysoké teploty nebo širokého pH, jako je výroba papíru, nátěry a čištění odpadních vod. Polyetherové formulace jsou často vybírány tam, kde je prioritou rozpustnost ve vodě a biologická odbouratelnost, jako například v určitých aplikacích při zpracování potravin a v aplikacích citlivých na životní prostředí. Volba mezi nimi obvykle závisí na teplotě, pH a profilu viskozity upravované kapaliny.
Jaký je rozdíl mezi odpěňovačem na silikonové bázi a silikonovým odpěňovačem
Tyto dva termíny se obecně používají zaměnitelně k popisu stejné třídy produktu, ačkoli „odpěňovač na bázi silikonu“ častěji označuje hotový emulzní produkt připravený k dávkování, zatímco „silikonové odpěňovací činidlo“ může také popisovat aktivní silikonovou složku v rámci širší formulace, která může obsahovat další přísady. V praxi se oba vztahují k formulaci postavené na silikonovém oleji a hydrofobním oxidu křemičitém jako aktivním mechanismu kontroly pěny.
Jak se má silikonový odpěňovač skladovat a před použitím znovu promíchat
Silikonový odpěňovač by měl být skladován při teplotě přibližně 5 °C až 35 °C, uzavřený a chráněný před přímým slunečním zářením a mrazem. Vzhledem k tomu, že se jedná o emulzi, může během dlouhého skladování přirozeně docházet k menšímu usazování, takže jemné promíchání nebo převalování bubnu před dávkováním je dobrou praxí, i když se produkt jeví jako jednotný. Pokud byla nádoba vystavena mrazu a vykazuje viditelné oddělení, pomalé zahřívání v kombinaci s mícháním s nízkým střihem může někdy obnovit použitelnost, ale šarže by měla být před dávkováním do plného výrobního cyklu zkontrolována v malém pěnovém testu, aby se potvrdilo, že výkon nebyl ovlivněn.
Přizpůsobení receptury konkrétní procesní lince
Výběr správné třídy silikonového odpěňovače začíná identifikací pracovní teploty kapaliny, rozsahu pH, ve kterém působí, a toho, jak agresivně základní roztok pění při běžném provozním míchání. Proces běžící pod 90 °C s mírným pěněním obvykle funguje dobře na jakosti pro všeobecné použití, zatímco nepřetržitý provoz nad 100 °C, jako jsou barvicí lázně nebo systémy horké buničiny, vyžaduje vysokoteplotní třídu formulovanou s vyšším podílem tepelně stabilního silikonového oleje. Tam, kde se hotová kapalina dostane do kontaktu s potravinou nebo regulovaným produktem, třída určená pro styk s potravinami udržuje aktivní obsah a dávkování v povolených mezích, přičemž stále poskytuje účinné snížení. Testování kompatibility na malém vzorku skutečné procesní kapaliny před dávkováním v plném rozsahu je nejspolehlivějším způsobem, jak potvrdit rychlost dávkování a bod přidání, protože dvě kapaliny s podobným vzhledem mohou pěnit velmi odlišně v závislosti na obsahu povrchově aktivní látky a obsahu minerálů.
Manipulace a ohleduplnost k životnímu prostředí
Se silikonovými odpěňovacími emulzemi se obecně zachází jako s materiály s nízkým rizikem, ale několik praktických opatření udržuje produkt i pracovní prostředí v dobrém stavu. Nádoby by měly být udržovány utěsněné, když se nepoužívají, aby se zabránilo tvorbě kůže na povrchu emulze a aby se do nich nedostaly kontaminanty, které by mohly způsobit růst mikrobů. Dávkovací zařízení, jako jsou čerpadla, kapací podavače a dávkovací ventily, by se měly pravidelně proplachovat, protože zaschlé zbytky silikonové emulze mohou postupně zužovat přívodní potrubí a zpomalit přesnost dávkování v průběhu času. Vzhledem k tomu, že silikonový odpěňovač je účinný při velmi nízkých koncentracích, je typicky vypouštěn pouze malý objem vzhledem k celkovému průtoku kapaliny procesní linkou a formulace v kvalitě určené pro styk s potravinami jsou speciálně navrženy tak, aby zůstaly v povolených zbytkových limitech pro jejich zamýšlené použití. Rozlité kapaliny na tvrdé podlaze mohou způsobit nebezpečí uklouznutí kvůli nízkému povrchovému napětí materiálu, takže standardní postupy zadržování a čištění používané pro jiné kapalné pomocné látky platí i zde.
