מנגנון תגובה של מסירי קצף
◆◆ נחקר תהליך הסרת הקצף של polysiloxanes במערכות שמן. הם צילמו ללא הרף את מערכת הקצף ב-1/1000 השנייה, והגדילו את התמונות פי 100. תרשים סכמטי של ארבעה תצלומים עוקבים מראה שכאשר טיפה קטנה של מסיר שמן סיליקון מגיעה לסרט הבועות, היא גורמת למשטח הבועות להיקרע ולהתמזג לבועה גדולה יותר. מהטיפה הראשונה עד השלישית, ארבע בועות מתמזגות לבועה אחת גדולה, וסרט הבועות מתדלדל. לבסוף, הגז והנוזל נפרדים במהירות, והבועה הגדולה נעלמת. הבועה המתפוצצת מסתיימת בטיפה הרביעית. זה מסביר באופן אובייקטיבי מדוע טיפה אחת של מסיר קצף גורמת לסדרה של בועות להתפוצץ. כאשר מסיר הקצף נצמד לסרט הבועות וחודר לנוזל סרט הבועות, הוא מפחית משמעותית את מתח הפנים באותה נקודה. מכיוון שלחומר הפעיל של מסיר הקצף יש מסיסות נמוכה במים במערכת מימית, הפחתת מתח הפנים מוגבלת לאזור המקומי של סרט הבועות, בעוד מתח הפנים סביב סרט הבועות נשאר כמעט ללא שינוי. האזור עם מתח הפנים המופחת נמשך חזק ומתארך החוצה, מה שמוביל בסופו של דבר להתפרצות קצף. מסירי קצף יכולים לשבש את האלסטיות של סרט הקצף, ולגרום לבועות להתפוצץ. כיוון שחומרי שטח הנספגים על פני השטח של סרט הקצף מפחיתים את מתח הפנים, בלחץ מקומי, סרט הקצף מתדלדל במקום זה, בעוד מתח הפנים גדל עקב דילול החומר הפעיל. ההבדל הזה במתח פני השטח בין המשטח החדש שנוצר למשטח המקורי הוא שמאפשר לסרט הקצף לשחזר את גמישותו כאשר הוא מתדלדל תחת פגיעה חיצונית, מונע ממנו להתפוצץ ובכך מייצב את הקצף. אם ננסה לשבש את הגמישות הזו, נוכל לשבש את יציבות הקצף. כמה מומחים מאמינים שתפקידם של מסירי קצף הוא לשבש את האלסטיות של סרט הקצף. כאשר מוסיפים חומרי קצף למערכת קצף, הם מתפזרים לעבר ממשק הגז -נוזל, מה שמקשה על חומרי השטח בעלי תכונות מייצבות-הקצף להחזיר את גמישות הסרט. מסירי קצף יכולים לקדם ניקוז נוזלים, ובכך לגרום לבועות להתפוצץ. הוספת חומרים שמאיצים את ניקוז הנוזלים (מסיר קצף) עלולה להקציף. אם סרט הקצף עבה, תהליך הניקוז ל-30-40 ננומטר אורך זמן רב יותר, ולסרט הקצף יש אפקט ריפוי עצמי חזק יותר-וגמישות טובה יותר. לכן, לסרטי קצף עבים יותר אורך חיים ארוך יותר, וקצב ניקוז הקצף משקף את יציבות הקצף. קצב ניקוז מהיר של הסרט הנוזל מדלל את הסרט, ובסופו של דבר גורם לקצף להתפוצץ. הוספת חלקיקים מוצקים הידרופוביים יכולה גם לגרום להתפוצצות בועות במערכות מים מקציפות. הוספת חלקיקי סיליקה הידרופוביים (כלומר, סיליקה מבושל הידרופובי) בלבד יש לה אפקט מסיר קצף. חלקיקי הסיליקה המבוקשים הידרופוביים מושכים את הקצוות ההידרופוביים של חומרים פעילי שטח על פני הבועות, הופכים את החלקיקים ההידרופוביים לחלקיקים הידרופיליים ונכנסים לשלב המימי, ובכך משלימים את תהליך הסרת הקצף. חלקיקי סיליקה מוצקים הידרופוביים אלה הם בדרך כלל חלקיקי סיליקה מעוטרים המטופלים בשמן מתיל סיליקון, סילאזאן או DMC. הם חודרים מקומית למשטח הבועה, ומפחיתים את מתח הפנים המקומי. בשילוב עם ההשפעה של החלקיקים המוצקים, זה כמו קצה מחט חודר את הבועה, ומאיץ את התפוצצותה. לכן, למסירי קצף המכילים סיליקה מעוטרת הידרופובי יש בדרך כלל אפקט מסיר קצף טוב יותר. חומרים פעילי שטח ממיסים וקצף-יכולים גם לגרום להתפוצצות בועות. כמה חומרים-מולקולריים-נמוכים שיכולים להתערבב היטב עם התמיסה יכולים להמיס את חומר השטח שבבועה, ולהפחית את הריכוז האפקטיבי שלו. חומרים בעלי משקל מולקולרי נמוך עם השפעה זו, כגון אלכוהולים כמו אוקטנול, אתנול ופרופנול, לא רק מפחיתים את ריכוז חומרי השטח על שכבת השטח אלא גם מתמוססים בשכבת הספיגה של חומרי השטח, מפחיתים את האטימות בין מולקולות פעילי השטח ובכך מחלישים את יציבות הקצף.
אלקטרוליטים מפרקים את השכבה הכפולה של חומרי השטח, וגורמים לבועות להתפוצץ. לנוזלים מקציפים המסתמכים על האינטראקציה של השכבה הכפולה של חומרי השטח כדי לייצר יציבות, הוספת אלקטרוליטים רגילים יכולה לפרק את השכבה הכפולה של חומרי השטח, ובכך להפחית קצף.
◆◆הרכב של מסירי קצף
מרכיבים פעילים
פונקציה: מסיר קצף, הפחתת מתח פני השטח; נציגים: שמן סיליקון, פוליאתרים, אלכוהול גבוה יותר, שמן מינרלי, שמן צמחי וכו'.
מתחלבים
פונקציה: מפזרת מרכיבים פעילים לחלקיקים קטנים, מקל על פיזור במים ומשפר את ההשפעות של הסרת קצף ודיכוי קצף-. נציגים: אתר נונילפנול פוליאוקסיאתילן, מלחי סבון, סדרת OP, סדרת Tween, סדרת Span וכו'.
פונקציה: מקל על ההתקשרות בין המנשא למערכת ההקצפה, מקל על פיזור בתוך מערכת ההקצפה ומשלב בין השניים. מתח הפנים הנמוך שלו עוזר לדכא קצף ומפחית עלויות. דוגמאות מייצגות: ממיסים שאינם מים, כגון פחמימנים אליפטים, פחמימנים ארומטיים וממיסים המכילים חמצן-.
חומרים מתחלבים
פונקציה: משפר אמולסיפיקציה. דוגמאות מייצגות: חומרי פיזור (סיליקה הידרופובי וכו'); מעבים (CMC, פוליאתילן אתר וכו').
◆◆ כיצד לבחור מסיר קצף
◆◆ אינו מסיס או מסיס מעט בנוזל מקציף
כדי לשבור קצף, יש לרכז את המסיר ולהתמקד בסרט הקצף. עבור מסירי קצף, ריכוז זה צריך להתרחש באופן מיידי; עבור מדכאי קצף, יש לשמור על מצב זה ברציפות. לכן, מסירי קצף הם רוויים בנוזל המקציף; רק חומרים בלתי מסיסים או מסיסים מעט מגיעים בקלות לרוויה-על. חומרים בלתי מסיסים או מסיסים במשורה מתקבצים בקלות בממשק הנוזל-, מתרכזים בקלות בסרט הקצף ויכולים לתפקד ביעילות בריכוזים נמוכים יותר. עבור מסירי קצף המשמשים במערכות מים, מולקולות החומר הפעיל חייבות להיות הידרופוביות חזקות והידרופיליות חלשות, עם ערך HLB בטווח של 1.5-3 להשפעה מיטבית. מתח הפנים חייב להיות נמוך מזה של הנוזל המקציף.
רק כאשר הכוחות הבין-מולקולריים של מסיר הקצף חלשים ומתח הפנים נמוך מזה של הנוזל המקציף יכולים חלקיקי המסיר הקצף לחדור ולהתפשט על גבי סרט הקצף. חשוב לציין שמתח הפנים של הנוזל המקציף אינו מתח הפנים של התמיסה, אלא מתח הפנים של התמיסה התומכת-תומכת. דרגה מסוימת של זיקה לנוזל הקצף הכרחית.
מאחר שתהליך ההקצפה הוא בעצם תחרות בין קצב קריסת הקצף לקצב היווצרות הקצף, על המסיר קצף להיות מסוגל להתפזר במהירות בנוזל המקציף כדי להפעיל את השפעתו במהירות על פני שטח רחב. לצורך דיפוזיה מהירה, המרכיב הפעיל של המסיר קצף חייב להיות בעל רמה מסוימת של זיקה לנוזל המקציף. אם החומר הפעיל בעל זיקה מדי, הוא יתמוסס; אם הוא הידרופובי מדי, יהיה קשה לפזר אותו. רק כאשר הזיקה וההידרופוביות מתאימות ההשפעה תהיה טובה.
אין להגיב כימית עם נוזל מקציף.
אם מסיר קצף מגיב עם נוזל מקציף, הוא יאבד מיעילותו ועלול לייצר חומרים מזיקים המשפיעים על גדילת החיידקים. תנודתיות נמוכה ופעולה-מתמשכת.
ראשית, קבע את המערכת שבה ייעשה שימוש במסיר הקצף: האם הוא על בסיס מים- או על בסיס שמן-? לדוגמה, בתעשיית התסיסה, יש צורך במסירי קצף על בסיס-שמן כגון פוליאתרים-סיליקון שונה או פוליאתרים-. בתעשיית הציפויים המבוססים על מים-, יש צורך במסירי קצף- על בסיס מים או מסירי סיליקון. לאחר בחירת מסיר קצף, השוו את המינון ושקול את המחיר כדי לקבוע את המוצר המתאים והחסכוני ביותר.
◆◆ מינון מסיר קצף
ישנם סוגים רבים של מסירי קצף, והמינון הנדרש משתנה בהתאם לסוג.
מסירי קצף-על בסיס אלכוהול: המינון של מסירי קצף-על בסיס אלכוהול הוא בדרך כלל בין 0.01-0.10%.
מסירי קצף על בסיס-שמן: כמות התוספת של מסירי קצף-על בסיס שמן היא בין 0.05-2%, בעוד זו של מסירי קצף חומצות שומן היא בין 0.002-0.2%.
מסירי קצף אמידים: מסירי קצף אמידים יעילים יחסית, וכמות התוספת היא בדרך כלל בטווח של 0.002-0.005%.
מסירי קצף של חומצה זרחתית: מסירי קצף חומצה זרחתית משמשים לרוב בסיבים ושמני סיכה, עם כמות תוספת של בין 0.025-0.25%.
מסירי קצף אמינים: מסירי אמינים משמשים בעיקר בעיבוד סיבים, בכמות תוספת של 0.02-2%.
מסירי קצף את'ר: מסירי קצף אתר נמצאים בשימוש נרחב בייצור נייר, הדפסה וצביעה וניקוי, עם כמות תוספת של 0.025-0.25%.
◆◆ יתרונות וחסרונות של מסירי קצף
**מסירי קצף מסיליקון אורגניים:** מסירי קצף אלה זמינים וזולים יחסית. למרות מחירם הנמוך, הם יעילים ביותר, מציעים הסרת קצף מהירה, דיכוי קצף-לאורך זמן, ואינם- רעילים ואינם מזיקים, מה שהופך אותם למסיר קצף טוב עבור רוב היישומים התעשייתיים. הם גם מאוד קלים לשימוש. עם זאת, הם אינם קלים לאחסון, הם נוטים להידרדר ואינם תואמים למערכות מסוימות.
**מסיר קצף פוליאתר:** מסירי פוליאתר הם יחסית הסוג היציב ביותר, עם תאימות טובה לרוב המערכות. הם היציבים ביותר מבין סוגי מסירי הקצף, ובעצם יכולים להתמודד עם כל סוגי הקצף. זמן דיכוי הקצף שלהם חזק יותר מזה של מסירי קצף אורגנוסיליקון, אך מהירות הסרת הקצף שלהם איטית יחסית.
**מסיר קצף גבוה באלכוהול:** אלו הם מסירי קצף יעילים יחסית; כמה קצפים שקשה-להסיר-ניתנים לביטול באמצעות תרופות להסרת קצף עתיר אלכוהול.
**מסירי קצף מסיליקון:** אלה יכולים גם להעלים וגם לעכב היווצרות קצף, מה שהופך אותם לאחד ממסירי הקצף הבודדים שיכולים לפתור באופן בסיסי בעיות קצף תעשייתיות.
**פוליאתר-סיליקון שונה:** זה משלב את היתרונות של שני הסוגים הקודמים של מסירי קצף ואינו -רעיל ואינו מזיק, מה שהופך אותו למוצר חסכוני-.
