Органический силикон или полиэфир? Логика выбора антипеновых средств в разных отраслях полностью различается.

Основные принципы и ориентирующие критерии выбора антипеновых средств для всей отрасли

На фабриках по производству красок важно избежать образования пор; на ферментах — подавление бактериального роста; в производстве бумаги и целлюлозы материал должен быть устойчивым к щелочам, а системы очистки сточных вод — эффективными и долговечными. Как велики потери от неправильного выбора технологий в вашей отрасли?

Все антипеновые средства по своей сути выполняют две основные функции: разрушение пеновых бульбашек и подавление их образования.

Разрыв пены: быстро разрушают уже образовавшуюся пена; реакция аналогична проколу воздушного шарика иглой.

Ингибирование образования пены: подавление появления новой пены и предотвращение её постоянного образования в системе.

У различных антипеногенов разные преимущества. Вопрос в том не в том, какой из них лучше — силикон или полиэфир — а в том, какие условия эксплуатации определяют правильный выбор.

Детальный анализ различий между супрессорами пены на основе силиконов и полиэфиров

Органиосиликоновые против пенобразующих веществ

Силиконовые антипеногены являются наиболее распространённым типом средств на современном рынке. Их основными компонентами являются полидиметилсилоксаны и их модифицированные формы. Благодаря крайне низкому поверхностному натяжению они быстро распределяются по плёнке пеной и проникают в неё, вызывая мгновенное лопание пузырьков. При этом требуется очень малая доза — всего одна часть на миллион массы пеногенного средства (1 ppm) для достижения антипеногенного эффекта.

✅ Преимущества:

Обладает исключительно высокой способностью к подавлению пены и способен мгновенно разрушать пузыри;

Высокая термостойкость: стандартные оргосиликоновые противемкучители стабильно функционируют при температурах от 100 до 150 °C; специальные модифицированные виды могут работать при ещё более высоких температурах и временно выдерживать условия до 200–300 °C.

Высокая химическая стабильность, широкий диапазон допустимых значений pH; применим в условиях сильных кислот, сильных основ и присутствия солей.

Низкий расход материала и высокий уровень контроля затрат;

Высокая стойкость; безопасен и нетоксичен.

⚠ Недостатки:

Требования к совместимости высоки: силиконовое масло плохо сочетается с водными системами; при плохой эмульгации или использовании несоответствующего типа масла могут возникать выплавка масла, образование пор и оранжевый налет.

Может повлиять на повторное покрытие или приклеивание: остатки силиконового масла могут привести к неудаче нанесения краски, нанесения пленки или процесса приклеивания.

Если в процессе производства образуется большое количество интенсивных и взрывоопасных пузырьков, при этом допускается незначительное присутствие антипеногена без влияния на характеристики продукта, то оргосиликоновые антипеногены являются идеальным выбором.

Полиэфирные антипеногены

Полиэфирные антипеногены существенно отличаются от органических силиконов. Их основным компонентом является блочное кополимерное соединение эпоксидного этилена (EO) и эпоксидного пропилена (PO). Эти вещества хорошо совместимы при средних температурах как в водных, так и в неподвижных средах. В отличие от органических силиконов, способность полиэфиров к подавлению пены относительно слабая, однако их способность подавлять уже образовавшиеся пузыри очень высока. При низких температурах они растворяются в системе и лишь незаметно подавляют пена; только при повышении температуры до определённой точки мутности молекулы начинают оседать в виде частиц, разрушая уже образованные пузыри.

✅ Преимущества:

Выдающаяся способность подавлять образование пены, позволяет постоянно предотвращать её возникновение; подходит для процессов с непрерывным генерированием пены (например, ферментация, циркулирующая вода, белая вода при производстве бумаги).

Высокая совместимость; отличная совместимость в водно-жировой системе; не наблюдается разделение слоёв, не образуется масляный слой и отсутствуют следы порирования или остатки материала.

Обладает высокой биоразлагаемостью, не токсичен, не вредит ферментирующим штаммам и не загрязняет биохимическую систему сточных вод.

Отсутствие остаточных рисков: не влияет на последующую покраску и приклеивание.

⚠ Недостатки:

Скорость образования пеной относительно низкая; при слишком интенсивном взрыве пены необходимо применять механическое подавление или добавлять компонент заранее.

Продукт чувствителен к температуре и демонстрирует оптимальную эффективность только при температуре выше точки мутности; при использовании в системах с низкими температурами (<30 °C) выбор модели должен осуществляться с особой осторожностью.

Для массовых применений с относительно большим объёмом использования и высокой чувствительностью к затратам необходимо провести расчёт.

Подходит для практически всех процессов биологической ферментации, очистки сточных вод, производства бумаги из сырой воды, а также для водных систем, не допускающих никаких дефектов продукции.

Агент против пены на основе полиэфирно-модифицированного оргосиликона

Сегменты силиоксана и полиэфира химически соединены между собой, что позволяет сочетать преимущества как силиконовых, так и полиэфирных антипеногенов; однако этот подход не является универсальным. Скорость разрушения пузырей у него ниже, чем у чистых силиконовых антипеногенов, а длительность подавления пена — ниже, чем у чистых полиэфирных (в некоторых системах). Тем не менее он решает наиболее острую проблему совместимости, является безопасным для биологических процессов ферментации и высокотемпературных условий, представляет собой наиболее сбалансированный вариант и сегодня становится основным направлением применения в средних и высоких технологических областях — таких как биологическая ферментация, точная очистка и высококачественные покрытия.

Руководство по выбору подходящего решения в зависимости от отрасли

Водные краски, чернила и клеи — обратите внимание на дефекты усадки пор.

Предпочтительный полиэфирно-модифицированный органосиликон: особенно подходит для систем с высоким блеском или прозрачностью, процессов обработки при высоких значениях сдвига и отверждения при высоких температурах.

Вторичный полиэфир: отличается хорошей совместимостью и отсутствием образования пор. Недостаток — медленная скорость устранения пузырьков; его необходимо добавлять заранее или использовать в сочетании с механическим противопузырьковым средством.

Рекомендуется использовать только специализированный эмульсионный состав на основе органического силикона. Он чувствителен к совместимости; системы с высоким содержанием красителей и наполнителей склонны к образованию пор и выпадению масла, что может негативно сказаться на повторной нанесении покрытия.

Методы проверки: наблюдение за отверстиями при использовании лопатки, испытание на тонкость и т. д.

[Биологическая ферментация / фармацевтика / пищевая промышленность] — антипенящие средства влияют на деятельность ферментирующих бактерий

Предпочтительны полиэфирные соединения (пищевого или фармацевтического класса), которые подходят для использования в подавляющем большинстве процессов биологической ферментации (производство антибиотиков, квасцов, органических кислот), пищевой промышленности и фармацевтики.

[Производство бумаги (получение целлюлозы и изготовление бумаги)] — два производственных этапа, две различные логические последовательности процесса

Отдел пульпирования (черная жидкость, промывка пульпы):

Органический силикон, модифицированный полиэфиром. Требуется устойчивость к высоким температурам и сильным щелочам, а также быстрая способность разрушать пузырьки. Обычные полиэфиры в таких условиях могут подвергаться сапонизации и терять свои свойства; обычные эмульсии на основе силиконового масла могут демилкатьироваться и испаряться в среде сильных щелочей.

Этап изготовления бумаги (циркуляция белой воды):

Полиэфир или модифицированный силикон на основе полиэфира. Поскольку система производства бумаги не допускает присутствия масляных пятен, остатки оргосиликонов могут вызывать поражения бумаги; при этом температура белой воды находится в оптимальном диапазоне, а точка мутности полиэфира — идеально подходящей. Эффект подавления пеноподвижности сохраняется долго, что позволяет снизить частоту дополнительного добавления реагентов.

[Обработка сточных вод] — не допускается вымывание масла и повреждение ила

Силиконовые противемастильные средства подходят для использования в обычных условиях — при обработке коммунальных сточных вод и стандартных промышленных сточных вод, а также в средах с сильно кислыми или щелочными растворами и высокими температурами; они особенно эффективны в случаях внезапного возникновения пены и при необходимости обеспечить высокое соотношение цены и качества.

Полиэфирные антипеногены подходят для сточных вод, требующих строгих экологических или условий повторного использования, а также для систем с мембранами; оргосиликоновые аналоги же могут вызывать постоянное засорение и загрязнение мембранных компонентов. Биохимические системы очистки (аэрационные бассейны, метод активного ила) также рекомендуются к длительному использованию.

[Текстильная печать и окрашивание] — высокие температуры, сильные щелочи и большое количество добавок ставят под серьёзное испытание возможности пеногасителей.

Предварительная обработка (дегумирование/промывка/беление): используется щелочестойкая эмульсия оргосиликоновой смеси; предпочтительно — антипенящий agent на основе полиэфирной модифицированной оргосиликоновой смеси.

Цветение при высоких температурах: высокая температура и давление (130 °C), сильное механическое сечение; предпочтительно использовать пеностеллер на основе полиэфирной модифицированной оргосиликоновой основы.

При подготовке красной пасты для печати рекомендуется использовать безсиликоновые полиэфирные антипеногены, чтобы не нарушить стабильность красной пасты и качество печати.

Последующая обработка: условия производства могут варьироваться; для использования могут применяться антипеновые средства на основе полиэфира или смешанные эмульсии органических силиконов.

[Нефтехимия] — масляные, водные системы; условия высокой температуры и давления — наиболее сложные.

Буровой раствор: обычно используются полиэфирные составы; при масляной основе могут применяться оргосиликоновые компоненты; для водной основы применяются полиэфирные составы.

Десульфуризация природного газа: полиэфирно-модифицированные органические силиконовые материалы хорошо совместимы с аминными растворами и позволяют избежать образования пены, что не влияет на эффективность десульфуризации.

Производство этиленгликола: использование органических силиконов не допускается; предпочтительно применять антипенящие средства на основе модифицированных полиэфирных органических силиконов.

Примечание: средства против пены на основе полиэфирно-модифицированного силикона могут применяться в более широком спектре систем; для некоторых не критически важных, низкодоходных и не сопряжённых с каталитическими рисками масляных систем также рекомендуется использовать более дешёвые аналоги на основе силикона, например, на этапах сбора и транспортировки сырой нефти.

Необычные факты при выборе трёх видов антипеновых добавок

Правда 1: полиэфиры не обязательно более мягкие, чем органические силиконовые материалы.

Некоторые полиэфирные смолы (особенно с высоким содержанием PO) плохо растворяются в воде; после добавления они образуют эмульсию и могут даже способствовать плавучести нефти. Поэтому при выборе полиэфирного материала необходимо учитывать точку мутности и значение HLB — не все полиэфиры совместимы друг с другом.

Правда 2: модифицированный силикон — не универсальное средство от всех проблем

Полиэфирно-модифицированные органические силиконовые материалы сочетают преимущества обоих типов, однако при неадекватной технологии модификации (низкий уровень грифлирования, наличие остатков нереагировавшего силиконового масла) могут возникать поры. Поэтому важно учитывать технический уровень производителя и стабильность продукции по партиям.

Правда 3: меньшее количество — не всегда лучше.

В некоторых режимах работы (например, в аэрационных бассейнах для очистки воды) при недостаточном добавлении антипеногена пена не удерживается; при избыточном количестве она не подавляет выделяение масла, но подавляет деятельность микроорганизмов. Оптимальная доза находится в узком диапазоне и должна быть определена с помощью градиентных испытаний.