Αποαφριστικό

Ένα αποαφριστικό ή αποαφριστής ή αντιαφριστικός παράγοντας είναι ένα χημικό πρόσθετο που μειώνει και παρεμποδίζει τον σχηματισμό του αφρού σε βιομηχανικές διεργασίες υγρών. Οι όροι αντιαφριστικός παράγοντας και αποαφριστικό χρησιμοποιούνται συχνά εναλλακτικά. Οι συνήθως χρησιμοποιούμενοι παράγοντες είναι αδιάλυτα λάδια, πολυδιμεθυλοσιλοξάνια και άλλες σιλικόνες, κάποιες αλκοόλες, στεατικά και γλυκόλες. Το πρόσθετο χρησιμοποιείται για να αποτρέψει τον σχηματισμό αφρού ή προστίθεται για να διασπάσει έναν αφρό που έχει ήδη σχηματιστεί.

Στις βιομηχανικές διεργασίες, οι αφροί θέτουν σοβαρά προβλήματα. Προκαλούν ελαττώματα στις επιφανειακές επικαλύψεις. Αποτρέπουν την αποτελεσματική πλήρωση των περιεκτών. Διάφορες χημικές ουσίες διατίθενται για την αποτροπή σχηματισμού των αφρών.

Ιδιότητες
Γενικά ένα αποαφριστικό είναι αδιάλυτο στο μέσο αφρισμού και έχει επιφανειοδραστικές ιδιότητες. Ένα βασικό χαρακτηριστικό ενός αποαφριστικού προϊόντος είναι το χαμηλό ιξώδες και η ευκολία εύκολου διασκορπισμού στις αφρώδεις επιφάνειες. Έχει συγγένεια με την επιφάνεια αέρα-υγρού όπου αποσταθεροποιεί τον αφρό φολίδων. Αυτό προκαλεί ρήξη των φυσαλίδων του αέρα και διάσπαση του επιφανειακού αφρού.  Οι παρασυρόμενες φυσαλίδες αέρα συσσωρεύονται και οι μεγαλύτερες φυσαλίδες ανυψώνονται στην επιφάνεια του κυρίως σώματος του υγρού πιο γρήγορα.

Ιστορικό
Τα πρώτα αποαφριστικά σκόπευαν στην διάσπαση του ορατού αφρού στην επιφάνεια. Η κηροζίνη, το καύσιμο έλαιο και άλλα ελαφριά προϊόντα ελαίου εχρησιμοποιούντο για τη διάσπαση του αφρού. Κάποια φυτικά έλαια βρήκαν επίσης κάποια χρήση. Οι λιπαρές αλκοόλες (C7 - C22) ήταν αποτελεσματικές, αλλά ακριβά αντιαφριστικά και τις προσέθεταν σε παράγωγα πετρελαίου για να αυξήσουν την αποτελεσματικότητα. Γάλα και κρέμες ήταν οι πρόγονοι για τα σύγχρονα αποαφριστικά με τη μορφή γαλακτώματος.

Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1950 ξεκίνησαν πειράματα για αποαφριστικά με βάση τη σιλικόνη. Αυτά βασίζονταν στο πολυδιμεθυλοσιλοξάνιο (λάδι σιλικόνης) διαλυμένο σε νερό ή ελαφρύ πετρέλαιο. Τα λάδια σιλικόνης δούλεψαν καλά, αλλά προκαλούσαν διαταραχές στην επιφάνεια σε πολλές εφαρμογές όπως στα χρώματα και στην χαρτοποιία. Το 1963 τα πρώτα αντιαφριστικά με υδρόφοβα σωματίδια (υδρόφοβο διοξείδιο του πυριτίου) σε ελαφρύ έλαιο παρασκευάστηκαν. Στις αρχές της δεκαετίας του 1970, υδρόφοβα κεριά όπως αιθυλενο-δις-στερεαμίδιο (ethylene bis stearamide) διαλύθηκαν σε εξελιγμένα λάδια. Αυτοί οι τύποι αποαφριστικών ήταν πολύ αποτελεσματικοί, αλλά η πετρελαϊκή κρίση του 1973 τα έκανε υπερβολικά ακριβά με αποτέλεσμα μια ώθηση για μείωση του ελαϊκού περιεχομένου. Η λύση ήταν η προσθήκη νερού. Έτσι εμφανίστηκαν αποαφριστικά με εκτεταμένο νερό (γαλάκτωμα νερού σε λάδι) και με βάση το νερό (γαλάκτωμα λαδιού σε νερό).

Η ανάπτυξη των αποαφριστικών με βάση τις σιλικόνες συνεχίστηκε, χρησιμοποιώντας διαφορετικούς γαλακτωματοποιητές και τροποποιημένα έλαια σιλικονών. Στις αρχές της δεκαετίας του 1990, χρησιμοποιήθηκαν αποαφριστικά από γαλακτώματα σιλικονών που προκαλούσαν λιγότερες επιφανειακές διαταραχές στη βιομηχανία ξυλοπολτού με μεγάλη επιτυχία. Αυτά προκαλούν καλύτερο πλύσιμο, έχουν μειωμένο βιολογικά απαιτούμενο οξυγόνο (biological oxygen demand) (BOD) σε απόβλητα και μειωμένα υπολείμματα.

Ταξινόμηση

Αποαφριστικά με βάση λάδια
Τα αποαφριστικά με βάση το λάδι έχουν έναν φορέα λαδιού. Το λάδι μπορεί να είναι ορυκτέλαιο, φυτικό έλαιο, λευκό λάδι (white oil) ή οποιοδήποτε άλλο λάδι που είναι αδιάλυτο στο μέσο αφρισμού, εκτός από το λάδι σιλικόνης. Ένα αποαφριστικό με βάση το λάδι περιέχει επίσης κερί και/ή υδρόφοβο διοξείδιο του πυριτίου για ενίσχυση της απόδοσης. Τυπικοί κηροί είναι τα αιθυλενο-δις-στεραμίδιο (ethylene bis stearamide) (EBS), κηροί παραφίνης, κηροί εστέρων και κηροί λιπαρών βάσεων. Αυτά τα προϊόντα μπορεί επίσης να έχουν επιφανειοδραστικές ουσίες για να βελτιώσουν τη γαλακτωματοποίηση και τη διασπορά στο μέσο αφρισμού.

Αυτά είναι αποαφριστικά υψηλής απόδοσης και κανονικά είναι άριστα στη διάσπαση επιφανειακού αφρού.

Αποαφριστικά σκόνης
Αποαφριστικά σκόνης είναι κυρίως αποαφριστικά με βάση το λάδι σε ένα ειδικό φορέα όπως διοξείδιο του πυριτίου. Αυτά προστίθενται σε κονιοποιημένα προϊόντα όπως τσιμέντο, γύψο και απορρυπαντικά.

Αποαφριστικά με βάση το νερό
Αποαφριστικά με βάση το νερό είναι διάφοροι τύποι λαδιών και κηρών διεσπαρμένοι σε μια βάση νερού. Τα λάδια είναι συχνά λευκά λάδια ή φυτικά έλαια και οι κηροί είναι μεγάλες αλυσίδες λιπαρών αλκοολών, λιπαρών οξέων σαπούνια or εστέρες. Αυτά, κανονικά, είναι άριστα ως απαερωτήρες, που σημαίνει ότι είναι άριστα στην απελευθέρωση του παρασυρόμενου αέρα.

Αποαφριστικά με βάση σιλικόνες
Τα αποαφριστικά με βάση τις σιλικόνες είναι πολυμερή με σκελετική αλυσίδα από σιλικόνη. Αυτά μπορούν να παραδοθούν ως γαλάκτωμα με βάση το λάδι ή το νερό. Η ένωση της σιλικόνης αποτελείται από υδρόφοβο διοξείδιο του πυριτίου διαλυμένο σε ένα λάδι σιλικόνης. Προστίθενται γαλακτωματοποιητές για να εξασφαλίσουν τη γρήγορη και καλή διασπορά της σιλικόνης στο μέσο αφρισμού. Η σιλικόνη μπορεί να περιέχει επίσης γλυκόλες σιλικόνης και άλλα τροποποιημένα υγρά σιλικόνης.

Αυτά είναι αποαφριστικά υψηλής απόδοσης και είναι καλά και για τη διάσπαση του επιφανειακού αφρού και για την απελευθέρωση του παρασυρόμενου αέρα.

Αποαφριστικά με βάση τη σιλικόνη είναι επίσης κατάλληλα για μη υδατικά συστήματα αφρισμού όπως αργό πετρέλαιο και διύλιση πετρελαίου. Για πολύ απαιτητικές εφαρμογές οι φθοροσιλικόνες μπορεί να είναι κατάλληλες.

Αποαφριστικά με βάση EO/PO
Αποαφριστικά με βάση EO/PO περιέχουν πολυαιθυλενογλυκόλη και  συμπολυμερή πολυαιθυλενογλυκόλης. Παραδίδονται ως έλαια, διαλύματα νερού, ή γαλακτώματα με βάση το νερό. Τα συμπολυμερή EO/PO έχουν, κανονικά, καλές ιδιότητες διασποράς και είναι συχνά κατάλληλα όταν υπάρχουν προβλήματα με αποθέσεις.

Πολυακριλικά αλκύλια
Τα πολυακριλικά αλκύλια είναι κατάλληλα για χρήση ως αποαφριστικά σε μη υδατικά συστήματα όπου η έκλυση αέρα είναι πιο σημαντική από τη διάσπαση του επιφανειακού αφρού. Αυτά τα αποαφριστικά παραδίδονται συχνά σε έναν φορέα διαλύτη όπως αποστάγματα πετρελαίου.

Βιομηχανικά προβλήματα
Η πιο σημαντική μορφή αφρού είναι ο επιπλέων αφρός στην επιφάνεια της πρώτης ύλης. Είναι εύκολο να παρακολουθηθεί και σχετικά εύκολο στον χειρισμό. Ο επιφανειακός αφρός μπορεί να προκαλέσει προβλήματα με υγρά και να προκαλέσει υπερχείλιση. Αυτό μπορεί να μειώσει την ταχύτητα επεξεργασίας και τη διαθεσιμότητα του εξοπλισμού της διεργασίας.

Παράγοντες μηχανικών προβλημάτων
Μηχανικοί παράγοντες που μπορούν να δημιουργήσουν αφρό και παγιδευμένο αέρα είναι:
 Μονώσεις με διαρροή σε αντλίες
 Αντλίες υψηλής πίεσης
 Φτωχός σχεδιασμός συστήματος (δεξαμενή, εισαγωγή και εξαγωγή αντλίας καθώς της πολλαπλής εισαγωγής)
 Απελευθέρωση πίεσης

Οι κύριες τάξεις αέρα που μπορούν να δημιουργήσουν πρόβλημα στα μηχανικά συστήματα είναι:
 Ο διαλυμένος αέρας που συμπεριφέρεται ως τμήμα της ρευστής φάσης, που μπορεί να βγει από το διάλυμα και ως μικρές φυσαλίδες (παρασυρόμενου αέρα)
 Ο παρασυρόμενος αέρας που αποτελείται από φυσαλίδες που είναι αρκετά μικρές για να συλλεχθούν στην κορυφή ενός ρευστού
 Οι φυσαλίδες που έχουν αρκετή άνωση για να ανυψωθούν στην επιφάνεια και περιγράφονται ως ατμός

Αφρός στη διεργασία και ψυκτικά υγρά
Ο αφρός, ο παρασυρόμενος και διαλυμένος αέρας που είναι παρόντες σε ψυκτικά και υγρά επεξεργασίας, μπορεί να προκαλέσουν ποικίλα είδη προβλημάτων, που περιλαμβάνουν:
 Μείωση της αποτελεσματικότητας της αντλίας (σπηλαίωση)
 Μειωμένη χωρητικότητα των αντλιών και των δεξαμενών αποθήκευσης
 Βακτηριακή ανάπτυξη
 Σχηματισμός ακαθαρσιών από επίπλευση / καθαλάτωση
 Μειωμένη αποτελεσματικότητα των διαλυμάτων ρευστών
 Ενδεχόμενες διακοπές για καθαρισμό των δεξαμενών
 Προβλήματα αποστράγγισης σε ηθμούς και φίλτρα
 Προβλήματα σχηματισμού (δηλαδή σε χαρτοποιίες μπορεί να κάνει τις ίνες να σχηματίσουν ανομοιογενή φύλλα)
 Κόστος συμπλήρωσης του υγρού
 Κόστος της απόρριψης του συνολικού υλικού λόγω των ατελειών

Μέθοδοι ελέγχων
Υπάρχουν πολλοί τρόποι ελέγχου των αποαφριστικών.

Ο πιο εύκολος τρόπος είναι το κοίταγμα στον αφρό της επιφάνειας. Αυτό που χρειάζεται είναι ένα σύστημα για τη δημιουργία αφρού. Αυτό μπορεί να γίνει με ένα στρογγυλό σύστημα άντλησης με ακροφύσιο και έναν κύλινδρο ή ένα σύστημα έγχυσης αέρα σε έναν κύλινδρο. Στον κύλινδρο προσαρμόζεται μια κλίμακα για να μετράει το ύψος του αφρού. Αυτή η συσκευή μπορεί να έχει έναν θερμαντήρα για να ελέγχει τη θερμοκρασία.

Ο παρασυρόμενος αέρας μπορεί να δοκιμαστεί με μια παρόμοια συσκευή που έχει ένα πυκνόμετρο, το οποίο μπορεί να καταγράψει τις αλλαγές της πυκνότητας του διαλύματος με την πάροδο του χρόνου.

Η αποχέτευση μπορεί να ελεγχθεί με ένα σύστημα διήθησης για να μετρηθεί ο χρόνος αποχέτευσης ενός υγρού μέσα από το φίλτρο. Το φίλτρο μπορεί να συμπιεστεί ή να είναι σε κενό.

Εφαρμογές

Απορρυπαντικά
Τα αντιαφριστικά προστίθενται σε συγκεκριμένους τύπους απορρυπαντικών για να μειώσουν τον αφρισμό που μπορεί να μειώσει τη δράση του απορρυπαντικού. Παραδείγματος χάρη, τα απορρυπαντικά πλυντηρίου πιάτων πρέπει να έχουν χαμηλό αφρισμό για να δουλέψει σωστά το πλυντήριο πιάτων.

Τροφή
Όταν χρησιμοποιούνται ως συστατικά στις τροφές, οι αντιαφριστικοί παράγοντες έχουν ως σκοπό να περιορίσουν την εκροή ή τον αφρισμό στην προετοιμασία ή την χρήση. Αυτοί οι παράγοντες συμπεριλαμβάνονται σε μια ποικιλία τροφών όπως οι κοτομπουκιές με τη μορφή πολυδιμεθυλοσιλοξάνιων (ένας τύπος σιλικόνης).

Το λάδι σιλικόνης προστίθεται επίσης στο μαγειρικό λάδι για να αποτρέψει τον αφρισμό στο βαθύ τηγάνισμα.

Βιομηχανική χρήση
Αποαφριστικά χρησιμοποιούνται σε πολλές βιομηχανικές διεργασίες και προϊόντα: ξυλοπολτός, χαρτί, χρώματα, βιομηχανική επεξεργασία απόνερων, επεξεργασία τροφής, γεωτρήσεις πετρελαίου, βιομηχανία εργαλειομηχανών, εργαλεία κοπής λαδιών, υδραυλική, κλπ.

Φαρμακευτικά
Αντιαφριστικοί παράγοντες πωλούνται επίσης εμπορικά για ανακούφιση από το πρήξιμο. Ένα  γνωστό παράδειγμα είναι το φάρμακο σιμεθικόνη, που είναι το ενεργό συστατικό σε φάρμακο όπως τα Maalox, Mylanta και Gas-X.

Παραπομπές

Αφροί
Τρόφιμα
Χημικές διεργασίες
Βιομηχανικές διεργασίες