ضد کف چیست؟

ضد کف یا آنتی فوم یا دفومر یک ماده افزودنی شیمیایی است که باعث جلوگیری از تشکیل فوم یا کف در مایعات فرآیندی صنعتی می شود. اصطلاحات ضد کف و دفومر اغلب به صورت متناوب مورد استفاده قرار می گیرند. در فرآیندهای صنعتی، کف ها مشکلات جدی را ایجاد می کنند. آنها باعث ایجاد نقص در پوشش های سطح می شوند. ضد کف ها از پر شدن کارآمد ظروف جلوگیری می کنند. انواع فرمول شیمیایی ضد کف برای جلوگیری از تشکیل کف وجود دارد.
کف به معنای “مایع حباب” نیز به عنوان یک محصول جانبی، اغلب به طور ناخواسته در تولید مواد مختلف تولید می شود. بعنوان مثال، کف مخصوصاً در فرآیندهای بیوشیمیایی یک مشکل جدی در صنایع شیمیایی است. بسیاری از مواد بیولوژیکی، به عنوان مثال پروتئین، به راحتی فوم را با بر هم زدگی و یا هوادهی ایجاد می کنند. فوم یک مشکل است زیرا جریان مایع را تغییر می دهد و انتقال اکسیژن از هوا را مسدود می کند (از این طریق از تنفس میکروبی در فرآیندهای تخمیر هوازی جلوگیری می کند). به همین دلیل، برای جلوگیری از بروز این مشکلات، مواد ضد عفونی کننده مانند روغن های سیلیکون اضافه می شوند. روش های شیمیایی کنترل کف همیشه با توجه به مشکلات (به عنوان مثال آلودگی و کاهش انتقال جرم) مد نظر نیستند چون ممکن است به ویژه در صنایع غذایی و دارویی ایجاد شود، جایی که کیفیت محصول از اهمیت بالایی برخوردار است. به منظور جلوگیری از تشکیل فوم، در چنین مواردی روش های مکانیکی بیشتر از روش های شیمیایی غالب هستند.

خصوصیات ضد کف

عموماً یک ضد کف در محیط کف نامحلول است و خواص فعال سطحی دارد. یک ویژگی اساسی یک محصول ضد کف، ویسکوزیته کم و امکان گسترش سریع آن روی سطوح فوم است. این ماده به سطح مایع هوا وابسته است و در آن لایه های کف را بی ثبات می کند. این باعث پارگی حباب های هوا و از بین رفتن سطح کف می شود. حباب های هوای ورودی جمع می شوند و حباب های بزرگتر با سرعت بیشتری به سطح مایع بالا می روند.
اولین ضد کف ها با هدف از بین بردن کف قابل مشاهده در سطح بود. نفت سفید، روغن سوخت و سایر محصولات روغن سبک برای تجزیه کف، مورد استفاده قرار گرفت. روغن های گیاهی دیگر نیز استفاده کمی دارند. الکل های چرب (C7 – C22) ضد کف های موثر اما گران بودند. این دسته از آنتی فوم ها برای افزایش راندمان به محصولات نفتی اضافه شدند.
در طول دهه ۱۹۵۰ آزمایش با ضد کف مبتنی بر سیلیکون آغاز شد. این ضد کف ها بر پایه پلی دی متیل سیلوکسان (روغن سیلیکون) پراکنده در آب یا روغن سبک بودند. روغن های سیلیکون به خوبی کار می کنند، اما باعث ایجاد اختلال در سطوح مختلف در بسیاری از کاربردها مانند رنگ و کاغذ سازی می شوند. در سال ۱۹۶۳ اولین آنتی فوم ها با ذرات آبگریز (سیلیسای آبگریز) در روغن سبک ثبت اختراع شدند. در اوایل دهه ۱۹۷۰ ، موم های آبگریز مانند اتیلن بی استارامید در روغن های تولید شده، پراکنده شدند. این نوع ضد کف ها بسیار موثر بودند، اما بحران نفت ۱۹۷۳ این دسته از ضد کف ها را بسیار گران کرد و منجر به فشار برای کاهش محتوای روغن شد. راه حل اضافه کردن آب بود. بنابراين آب و امتداد آب (امولسيون در روغن) و آب (روغن در امولسيون آب) گسترش يافت.
توسعه ضد کف های مبتنی بر سیلیکون با استفاده از امولسیفایرهای مختلف و روغن های اصلاح شده سیلیکون ادامه دارد. در اوایل دهه ۱۹۹۰ میلادی، از ضد کف سیلیکونی امولسیون که باعث ایجاد اختلال در سطح می شد، در صنعت خمیر چوب با موفقیت بسیار خوبی استفاده شد. این ضد کف ها باعث شستشوی بهتر، کاهش تقاضای بیولوژیکی اکسیژن (BOD) در رسوبات پساب می شدند.

دسته بندی ضد کف ها

ضد کف های پایه روغن

ضد کف های نفتی دارای حامل روغن هستند. این روغن ممکن است روغن معدنی، روغن نباتی، روغن سفید یا هر روغن دیگری باشد که غیر از روغن سیلیکون در ناحیه کف نامحلول است. یک ضد کف پایه روغن همچنین حاوی موم و / یا سیلیس آبگریز برای تقویت عملکرد است. واکس های معمولی عبارتند از واکس های پارافین ، واکس های استر و واکس های الکل چرب. این محصولات همچنین ممکن است دارای سورفاکتانت برای بهبود امولسیون و گسترش در محیط کف باشند. این ضد کف ها سنگین هستند و معمولاً در از بین بردن کف سطحی بهترین حالت را دارند.

ضد کف پودری

ضد کف پودری در اصل دفع کننده های پایه روغن بر روی حامل ذره ای مانند سیلیس هستند. اینها به محصولات پودری مانند سیمان، گچ و مواد شوینده اضافه می شوند.

ضد کف پایه آبی

ضد کف پایه آب انواع مختلفی از روغن ها و موم های پراکنده در یک پایه آب هستند. روغن ها معمولاً روغنهای سفید یا گیاهی، روغن ها و موم ها، الکل های چرب با زنجیره طولانی، صابون های اسیدهای چرب یا استرها هستند. اینها به طور معمول به عنوان هوازداها از بهترین ها هستند.

ضد کف پایه سیلیکون

ضد کف پایه سیلیکون پلیمرهایی با شاخه اصلی سیلیکون هستند. این ضد کف ها ممکن است به صورت روغن یا امولسیون مبتنی بر آب تحویل داده شوند. ترکیب سیلیکون از یک سیلیس آبگریز پراکنده در روغن سیلیکون تشکیل شده است. برای اطمینان از پخش شدن سیلیکون، امولسیفایرها اضافه می شوند. ترکیب سیلیکون ممکن است حاوی گلیکول های سیلیکون و سایر مایعات سیلیکونی اصلاح شده باشد.این ضد کف ها دفع کننده های خوبی برای کف هستند و با ضربه زدن به سطح کف و آزاد کردن هوای فرو رفته، کف را از بین می برند.
ضد کف های مبتنی بر سیلیکون همچنین در سیستم های کف بدون آب مانند روغن خام و پالایش روغن مناسب هستند. برای برنامه های بسیار خواستار سیلیکون های فلورو مناسب هستند.

ضد کف های بر پایه EO / PO

ضد کف های بر پایه EO / PO حاوی کوپلیمرهای پلی اتیلن گلیکول و پلی پروپیلن گلیکول هستند. آنها به صورت روغن، آب و محلول ها یا امولسیون های پایه آب تحویل داده می شوند. کوپلیمرهای EO / PO به طور عادی دارای خواص پراکندگی خوبی هستند و معمولاً در هنگام بروز مشکل در سپرده ها، مناسب هستند.

آلکیل پلی آکریلات

آلکیل پلی آکریلات های برای استفاده به عنوان ضد کف در سیستم های غیر آب که در آن آزاد شدن هوا از شکست سطح کف مهم است، مناسب هستند. این ضد کف ها اغلب در حامل حلال مانند قطران نفت تحویل داده می شوند.

مشکلات صنعتی

قابل توجه ترین شکل کف، کف شناور در سطح است. نظارت بر آن بسیار آسان است و کار با آن بسیار آسان است. سطح کف ممکن است باعث ایجاد مشکل در سطح مایع شده و باعث سرریز شود. این فرآیند ممکن است سرعت فرآیند و در دسترس بودن تجهیزات پردازش را کاهش دهد.

مواد تشکیل دهنده ضد کف

روغن های غیر قطبی مختلف (روغن های معدنی، روغن های سیلیکون) و روغن های قطبی (الکل های چرب، اسیدها و استرها، آلکیل آمین ها و آلکیل آمیدها، تری بوتیل فسفات ها، تیواترها و بسیاری دیگر) به عنوان اجزای ضد کف استفاده می شوند. در لوازم آرایشی، مراقبت های شخصی و برخی محصولات دارویی، روغن سیلیکون پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) کاربرد گسترده ای را با نام تجاری “dimethicone” پیدا کرده است. ذرات جامد معمولاً اکسیدهای معدنی آبگریز (سیلیس ، Al2O3 ، (TiO2 یا ذرات واکسی هستند (به عنوان مثال منیزیم استئارات).
این ضد کف ها همچنین حاوی پراکنده سازها، امولسیفایر و سایر مؤلفه های کلیدی هستند که فعالیت سطح محصولات را تغییر می دهند. بسیاری از ترکیبات ضد کف تجاری به صورت امولسیون های روغن در آب فروخته می شوند، زیرا اینگونه ضد کف در دوز کاربردی در هنگام استفاده راحت تر است.
امولسیون ممکن است به عنوان یک سیستم ناهمگن تشکیل شده از دو فاز مایع غیر قابل رؤیت تعریف شود که یکی از آنها به صورت قطرات کوچک که قطر آنها از ۰٫۱ میکرومتر بیشتر است تقسیم می شود. در بیشتر موارد یکی از مایعات آب است. جزء سوم ضد کف، به عنوان یک سورفاکتانت (عامل امولسیون کننده یا تثبیت کننده) شناخته می شود، برای جلوگیری از انسجام فاز پراکنده، باید در مقادیر کافی موجود باشد.
هنگامی که روغن به عنوان قطرات بسیار ریز در یک فاز مداوم از آب پراکنده می شود، امولسیون روغن در آب (O / W) است. امولسیون از این نوع قابل رقیق شدن در آب است. هنگامیکه روغن فاز مداوم با آب توزیع شده در روغن به عنوان قطرات کوچک باشد، امولسیون آب در روغن (W / O) است. این نوع امولسیون با آب قابل رقیق سازی نیست اما با روغن رقیق می شود. نوع امولسیون تشکیل شده تا حد زیادی به ماهیت سورفاکتانت مورد استفاده در آن بستگی دارد. دو عملکرد اصلی سورفاکتانت عبارتند از: (۱) کاهش کشش سطحی فازهای روغن و آب و (۲) جلوگیری از انباشت، انسجام و شکستن قطرات پراکنده پس از تشکیل آنها (APV).
عوامل بسیاری که باعث عدم ثبات کف ها می شوند، به خوبی باعث بی ثباتی امولسیون ها هستند. به همین دلیل است که فقط چند امولسیفایر (مانند برخی از سورفاکتانت های غیر محلول که یک سپر از ذرات جامد را بر روی سطح گلوبول های مرکب ایجاد می کنند) یافت شده اند تا بتوانند به طور موثر امولسیون های ضد کف را تثبیت کنند.
برخی از مفاهیم عملکرد در مورد محصولات ضد کف وجود دارد که ممکن است برای درک، مفید باشد:
• فعالیت ضد کف، عملکرد ضد کف را (در حین همزن) را سبب می شود و یا توانایی ضد کف برای از بین بردن سریع کف تولید شده از قبل مشخص می شود (به عنوان مثال، پس از متوقف کردن همزن).
• فرسودگی ضد فرایندی، فرایندی است که در آن ضد کف فعالیت خود را در جریان تخریب کف از دست می دهد.
• قبل از، از بین رفتن توانایی ضد کف، قابلیت ضد کف برای از بین بردن مقدار مشخصی از کف مشخص می شود. اصطلاح کارایی ضد کف برای توصیف ضد کف به معنای کیفی با توجه به فعالیت ضد کف و دوام آن استفاده می شود.
عوامل مهمی از جمله اندازه ذرات آنتی فوم، پخش شدن روغن، سینتیک جذب سورفاکتانت، آبگریز بودن ذرات جامد در آنتی فوم های با روغن جامد مخلوط و وجود مواد افزودنی آمفی فیلیک (تقویت کننده فوم) وجود دارد که بر راندمان آنتی فوم تأثیر می گذارد.
به عنوان مثال، بخشی از نقش ذرات، نفوذ در هر لایه مضاعف الکتریکی بین قطرات روغن و حباب های هوا است، بنابراین به وضوح اندازه ذرات باید حداقل به اندازه ضخامت لایه دوگانه برابر باشد، یعنی > ۰،۱ میلی متر. اگر اندازه ذرات قابل ملاحظه کوچکتر از این باشد، در نتیجه قطره روغن صاف خواهد شد و حضور ذرات بی ربط است.