DE102005062315A1 - Antifoaming agent for aqueous fluid systems comprises finely dispersed shape-stable bodies with surface-active molecules arranged on and/or in their surfaces and dissolve completely or partially in aqueous solution - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Entschäumer für wässrige Fluidsysteme.The The invention relates to a defoamer for aqueous fluid systems.
Stand der Technikwas standing of the technique
Mechanistisch bewirken Entschäumer die schnelle Koaleszenz von Gasblasen in fluiden Stoffsystemen und vermeiden somit die Schaumbildung. Sofern vor Zugabe der Entschäumer bereits Schaumanteile vorhanden sind, werden diese destabilisiert. Chemische Entschäumer sind seit mehreren Jahrzehnten im intensiven Einsatz in einer Vielzahl von Produktbereichen (z.B. Lebensmittel, Pharma, Kosmetik, Keramik, Papier) bekannt.mechanistic cause defoamer the rapid coalescence of gas bubbles in fluid material systems and thus avoid foaming. Unless before adding the defoamer already Foam shares are present, they are destabilized. Dry defoamers have been in intensive use in a variety for several decades of product sectors (e.g., food, pharmaceutical, cosmetics, ceramics, Paper).
Die
meisten bekannten Entschäumer
wie sie in den
Bislang ist zum Mechanismus der Entschäumung mittels genannter „chemischer" Entschäumer nur wenig, hinsichtlich physikalischer Einflussgrößen in Verarbeitungs-/Produktionsprozessen von zu entschäumenden Stoffsystemen, welche die Entschäumereffizienz beeinflussen, nahezu nichts bekannt.So far is the mechanism of defoaming by means of said "chemical" defoamer only little, in terms of physical parameters in processing / production processes of defoaming Fabric systems that the defoamer efficiency influence, almost nothing known.
Dennoch wird in einigen Veröffentlichungen dem in wässriger Phase unlöslichen Teil einiger Entschäumer für wasserbasierte Stoffsysteme maßgebliche Bedeutung für den Entschäumungsvorgang zugeschrieben (z.B.: Kerner, K.T. 1976, Foam Control Agents. Noy. Data Corportation, New Jersey). Derartige Entschäumer bilden häufig mit der wässrigen Phase nicht mischbare Fluidtropfen oder auch suspendierte Feststoffpartikel aus.Yet is in some publications the in water Phase insoluble Part of some defoamers for water-based Material systems relevant Meaning of the defoaming process attributed (e.g., Kerner, K.T., 1976, Foam Control Agents, Noy. Data Corportation, New Jersey). Such antifoams often form with the aqueous phase immiscible fluid drops or suspended solid particles out.
In Kerner a.a.O. (1976) werden in einer breiten Übersicht Patente zu Entschäumern genannt und dabei ebenso darauf hingewiesen, dass die Einsatzbereiche für bekannte Entschäumer eng und meist sehr spezifisch zugeschnitten auf das zu entschäumende Stoffsystem sind. Die Entschäumer werden dabei in aller Regel nur hinsichtlich ihrer chemischen Natur und nicht im Hinblick auf den Mechanismus ihrer Wirkungsweise beschrieben.In Kerner a.a.O. (1976), patents on defoamers are mentioned in a broad overview and it should also be noted that the areas of application for known defoamers narrow and usually very specific tailored to the defoaming material system are. The defoamers are usually only in terms of their chemical nature and not described in terms of the mechanism of their action.
Aufgabetask
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Entschäumer der vorausgesetzten Gattung in seiner Effektivität wesentlich zu verbessern, bei breitem Einsatzbereich.Of the Invention is based on the object, a defoamer of significantly improve the effectiveness of the assumed genre, in a wide range of applications.
Lösungsolution
Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.The The object is achieved by the reproduced in claim 1 features solved.
Einige VorteileSome advantages
Die entschäumende Wirkung wird erfindungsgemäß durch zwei im Entschäumersystem in definierter Weise zusammenwirkende Komponenten realisiert (Zwei-Komponenten-Mechanismus): Komponente 1 entspricht einem verformungsstabilen feindispersen Körper (Partikel, Tropfen), Komponente 2 einer grenzflächenaktiven Molekülkomponente (Surfactant), die zunächst auf der Oberfläche und/oder im Inneren der Komponente 1 von dieser ablösbar und in wässrige Lösung gehend, lokalisiert ist. Die partikuläre Komponente 1 kann ein Feststoffpartikel mit oder ohne innere Poren, ein Gelpartikel oder ein hochviskoser Fluidtropfen mit einem erfindungsgemäß bevorzugten Durchmesser im Bereich von 1 bis 10 Mikrometern sein. Im Fall von Fluidtropfen besitzt die Fluidviskosität hinreichend hohe Werte von > 20 mPas bzw. das Viskositätsverhältnis zwischen Tropfenfluid und umgebendem Fluid ist größer als 5, bevorzugt größer als 20, und/oder eine hinreichend hohe Grenzflächenspannung liegt vor, um die weitgehende Verformungsstabilität dieser Tropfen zu gewährleisten.The defoaming Effect is inventively two in the defoamer system realized in a defined manner cooperating components (two-component mechanism): Component 1 corresponds to a deformation-stable finely dispersed body (Particles, drops), Component 2 of a molecular surfactant component (Surfactant), the first on the surface and / or inside the component 1 detachable from this and in aqueous solution going, is located. The particulate component 1 may be a solid particle with or without internal pores, a gel particle or a high-viscosity one Fluid drop with a preferred diameter according to the invention in Range from 1 to 10 microns. In the case of fluid drops has the fluid viscosity sufficiently high values of> 20 mPas or the viscosity ratio between Drop fluid and surrounding fluid is greater than 5, preferably greater than 20, and / or a sufficiently high interfacial tension is present to to ensure the extensive deformation stability of these drops.
Überraschenderweise hat sich die besonders ausgeprägte entschäumende Wirksamkeit eines derart aufgebauten Entschäumersystems dann gezeigt, wenn die grenzflächenaktive Molekülkomponente von der Oberfläche der Komponente 1 abgelöst und im zu entschäumenden Fluidsystem in Lösung geht, dieser Vorgang jedoch auf derselben Zeitskala erfolgt wie der Transport der Komponente 1-Teilchen in den Bereich einer Schaumlamelle. Bei zu schneller Ablösung der Surfactant Komponente 2-Moleküle von Komponente 1-Teilchen belegen erstere vorhandene Gasblasengrenzflächen weitgehend und führen zu deren Stabilisierung, sodass die Schaumlamellen zerstörende Einwirkung der Komponente 1-Teichen bei deren „zu spätem" Erreichen der Schaumlamellenbereiche reduziert bzw. völlig unterbunden wird. Bei abgestimmter Kinetik der Surfactant Molekül 1 Freisetzung und Komponente 1-Teilchen-Transport in die Schaumlamellenbereiche auf vergleichbarer Zeitskala werden die Komponente 1-Teilchen durch einen bei der Annäherung von Gasblasen im zu entschäumenden Fluidsytem an der Gasblasengrenzfläche entstehenden Grenzflächenspannungsgradienten in die zwischen den Gasblasen befindliche Fluidlamelle eingezogen, wo sie nach bzw. infolge Ablösung/Teilablösung der Komponente 2-Moleküle von der Komponente 1-Teilchenoberfläche teilweise hydrophoben Oberflächencharakter erhalten können. Dies bewirkt in der Fluidlamelle zwischen den angenäherten Gasblasen ein „Anstechen" der Gasblasen, welche in hydrophobe Wechselwirkung mit dem durch Ablösung der Komponente 2 ebenfalls hydrophob/teilhydrophob gewordenen Komponente 1-Teilchen treten. Konsequenz ist die Gasblasenkoaleszenz. Da die somit vergrößerten Gasblasen durch Flotation beschleunigt separieren, wird der gewünschte Entschäumumgseffekt erreicht. Die weitgehende Nichtdeformierbarkeit der Komponente 1-Teilchen vermeidet deren Verformung in der Fluidlamelle zwischen zwei Gasblasen, was für die Gewährleistung des „Anstechens" der Gasblasen von entscheidender Wichtigkeit ist.Surprisingly, the particularly pronounced defoaming efficacy of a defoaming system of this type has been demonstrated when the surface-active molecule component detached from the surface of the component 1 and in solution in the fluid system to be defoamed, this process on the same time scale as the transport of the component 1 particles in the area of a foam lamella. If the surfactant component 2 molecules of component 1 particles dissolve too quickly, the former largely prove existing gas bubble interfaces and lead to their stabilization, so that the foam lamellae reduces or completely eliminates the destructive effect of the component 1 ponds in their "too late" reaching of the lamellar lamellae At matched kinetics, the surfactant molecule 1 release and component 1-particle transport into the foam lamellar regions on a comparable time scale, the component 1 particles are drawn into the fluid lamella located between the gas bubbles by a surface tension gradient arising at the approach of gas bubbles in the fluid system to be defoamed at the gas bubble interface. Partial detachment of the component 2 molecules from the component 1 particle surface partially hydrophobic surface character can be obtained. This causes a "puncturing" of the gas bubbles in the fluid lamella between the approximated gas bubbles, which in hydrophobic interaction with the component 1 particles also become hydrophobic / partially hydrophobic due to detachment of the component 2. Consequence is the gas bubble coalescence Since the thus enlarged gas bubbles by flotation The high degree of non-deformability of the component 1 particles avoids their deformation in the fluid lamella between two gas bubbles, which is of crucial importance for ensuring the "puncturing" of the gas bubbles.
Nach diesen Kriterien entwickelte Entschäumer arbeiten überraschenderweise nach dem selben Zwei-Komponenten Mechanismus für eine Mehrzahl von zu entschäumenden Stoffsystemen in Produktbereichen wie beispielsweise Lebensmittel, Pharma, Kosmetik, Papier und Keramik.To Defoamers developed according to these criteria work surprisingly according to the same two-component mechanism for a plurality of defoamers Substance systems in product areas such as food, Pharmaceuticals, cosmetics, paper and ceramics.
Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit den beschriebenen „Zwei-Komponenten-Entschäumungsmechanismus" mit nur einer Surfactant-Stoffkomponente (TYP2; Sonderfall) zu erzeugen. Hierbei muss dieses Surfactant als hochviskoses Konzentrat in Tröpfchenform eingesetzt werden. Der hochviskose und damit hinreichend formstabile Tropfen übernimmt die Aufgabe der „formstabilen Partikel". Eine dünne Oberflächenschicht des Konzentrattropfens wird durch den Kontakt mit der wässrigen Umgebung erweichen und Surfactant Moleküle in die fluide Umgebung der stoffsystemspezifischen Lösungskinetik folgend, entlassen. Somit übernimmt diese dünne Oberflächenschicht des Konzentrattropfens die Rolle der im TYP1 (Zwei-Komponenten formstabiles Teilchen/Surfactant) Entschäumersystems an der Teilchenoberfläche lokalisierten Surfactantschicht.in principle there is also the possibility the described "two-component defoaming mechanism" with only one surfactant substance component (TYP2; special case). Here, this surfactant as highly viscous concentrate in droplet form be used. The highly viscous and thus dimensionally stable Drops takes over the task of "dimensionally stable Particles. "A thin surface layer of the concentrate drop is due to contact with the aqueous Environment soften and surfactant molecules in the fluid environment of the following substance system-specific solution kinetics, dismiss. Thus takes over this thin surface layer Concentrate drop the role of the TYP1 (two-component dimensionally stable Particle / surfactant) defoamer system at the particle surface isolated surfactant layer.
Weitere erfinderische AusgestaltungenOther inventive refinements
Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 17 beschrieben.Further inventive embodiments are in the claims 2 to 17 described.
In der Zeichnung ist die Erfindung – teils schematisch – beispielsweise veranschaulicht, aus der sich auch weitere Merkmale und Vorteile ergeben. Es zeigen:In the drawing is the invention - partly schematic - for example It also illustrates other features and benefits result. Show it:
Exemplarische
Versuche zur Verifizierung der Entschäumerkapazität erfolgten unter Einsatz einer
Schaumkolonne, welche schematisch in
Im Einzelnen wird das Schaumbildungsexperiment wie folgt durchgeführt:
- 1. 1 Liter des zu schäumenden/entschäumenden fluiden Basissystems (hier Modellsystem Polysorbat 20 (PS20) in Wasser) werden in der Schaumkolonne vorgelegt und der Fluidlevel registriert.
- 2. Luft/Gas wird mit definiertem Volumenstrom in das Fluid über die
Gasdispergierfritte
4 eingeleitet, somit die Schaumbildung initiiert und die Höhe der gebildeten Schaumschicht als Funktion der Zeit registriert. - 3. Der stationäre Gasgehalt des Schaumes wird in Kenntnis des vorgelegten Fluidanteils und des aus Fluid und Schaum bestehenden stationären Gesamtvolumens ermittelt.
- 1. 1 liter of the foaming / defoaming fluid base system (here model system polysorbate 20 (PS20) in water) are placed in the foam column and registered the fluid level.
- 2. Air / gas enters the fluid via the gas dispersion frit at a defined volume flow
4 initiated, thus initiating the foaming and registered the height of the foam layer formed as a function of time. - 3. The steady state gas content of the foam is determined with knowledge of the fluid content presented and of the total stationary volume consisting of fluid and foam.
In
den
In
In
Allen aufgezeigten erfindungsgemäßen Entschäumersystemen ist der vorab beschriebene Zwei-Komponenten-Wirkmechanismus gemeinsam.all indicated defoamer systems according to the invention is the previously described two-component mechanism of action in common.
Alle vorab dargestellten Beispiele funktionieren überraschenderweise dann besonders gut, wenn die grenzflächenaktiven molekularen Surfactant Komponenten 2 erfindungsgemäß auf gleicher Zeitskala von der Grenzfläche der Partikelkomponente 1 (im Fall Typ2 Entschäumer, hochviskoser Tropfenkern) ablösen. Dadurch wird offensichtlich vermieden, dass schnell in Lösung gegangene Komponente 2 Surfactant-Moleküle an die Gasblasengrenzfläche gelangen, diese stabilisieren und somit zunächst durch die Fluidströmung zwischen den sich annähernden Gasblasen hervorgerufene Surfactant-Konzentrationsgradienten derart schnell ausgeglichen werden, dass die vergleichsweise trägen Komponente 1-Teilchen nicht effizient in den lamellaren Zwischenraum zwischen den Blasen eingezogen werden, wo sie infolge ihrer hydrophoben/teilhydrophoben Oberflächeneigenschaften und ihrer eingeschränkten Deformierbarkeit das "Anstechen" der Gasblasen bzw. eine Brückenbildung zwischen diesen und in Folge die Blasenkoaleszenz bewirken lassen.All Surprisingly, examples presented above then work especially well good if the surfactant molecular surfactant components 2 according to the invention on the same Time scale from the interface the particle component 1 (in the case of type 2 defoamer, highly viscous droplet core) peel off. This obviously avoids that quickly gone into solution Component 2 surfactant molecules get to the gas bubble interface, These stabilize and thus first by the fluid flow between the approaching Gas bubbles induced surfactant concentration gradients so fast be compensated that the comparatively sluggish component 1 particles not efficiently retracted into the lamellar space between the bubbles where they are due to their hydrophobic / partially hydrophobic surface properties and their limited Deformability the "piercing" of the gas bubbles or a bridge formation cause bladder coalescence between them and subsequently.
Um solche „Paarungen" von Komponente 2-Surfactant-Molekülen mit erfindungsgemäß hinreichender Ablöseverzögerung mit ausreichend formstabilen und hydrophoben Oberflächeneigenschaften besitzenden Komponente 1-Teilchen finden zu können, wird erfindungsgemäß z. B. ein spezieller Wilhelmi-Platten-Grenzflächentest durchgeführt. Hierzu erfolgt eine Formgebung des Komponente 1-Materials in Plättchenform (bei vergießbaren und durch Temperaturabsenkung erstarrenden Materialien) und ein Überziehen (Coating) mit dem grenzflächenaktiven Komponente 2-Surfactant. Wird ein derartiges Plättchen über einen dünnen Draht mit einem sensitiven Kraftaufnehmer verbunden in eine fluide Phase eingetaucht und aus dieser wieder herausgezogen, dann lässt sich über die vor Abriss der über den benetzten Umfang des Plättchens ausgebildeten Fluidlamelle, gemessenen Maximalkraft die Grenzflächenspannung als Quotient aus Kraft pro benetzter Umfangslänge bestimmen. Wird dieser Test in definierten Zeitabständen bzw. nach definierten Eintauchzeiten in die kontinuierliche Fluidphase wiederholt, dann wird sich bei ablösbaren Komponente 2-Surfactant-Molekülen die gemessene Grenzflächenspannung erhöhen (Verdünnung/Abtrag der Surfactant-Oberflächenschicht). Eine derartige Erhöhung wird bei schnell ablösenden Komponente 2 Surfactant-Molekülen entsprechend schnell erfolgen. Aus einer derartigen Versuchsführung kann somit eine charakteristische „Ablösezeit" der Komponente 2 Moleküle quantitativ ermittelt werden. Dies erlaubt im Vergleich zu Entlüftungs-/Schaumzerstörungstests im realen System oder in einer Schaumkolonne die systemspezifische Ermittlung geeigneter Komponentenpaarungen 1 + 2 für die erfindungsgemäße Anwendung.Around such "pairings" of component 2 surfactant molecules sufficient according to the invention Release delay with have sufficiently dimensionally stable and hydrophobic surface properties To be able to find component 1 particles, according to the invention z. B. a special Wilhelmi plate interface test carried out. For this purpose, a shaping of the component 1 material in platelet form (with castable and temperature reduction solidifying materials) and coating (Coating) with the surface-active Component 2 surfactant. If such a plate over a thin wire with a sensitive Force transducer connected immersed in a fluid phase and off this pulled out again, then lets go over the before demolishing the over wetted perimeter of the platelet formed fluid lamella, measured maximum force the interfacial tension as the quotient of force per wetted circumferential length. Will this Test at defined time intervals or after defined immersion times in the continuous fluid phase Repeatable, then with removable component 2-surfactant molecules the measured interfacial tension increase (Thinning / removal of surfactant surface layer). Such an increase gets rid of quickly Component 2 Surfactant molecules be done quickly accordingly. From such a trial can thus a characteristic "peel-off time" of component 2 molecules be determined quantitatively. This allows compared to venting / foam destruction tests in the real system or in a foam column the system specific Determination of suitable component pairings 1 + 2 for the application according to the invention.
Möglichkeiten der „Einstellung" bzw. „Abstimmung" der beiden Komponenten 1 und 2 hinsichtlich der Freisetzungsrate von Surfactantmolekülen in die umgebende Fluidphase lassen sich erfindungsgemäß über eine entsprechend adaptierte „Bindungsstärke" der Surfactant-Moleküle auf und/oder im „Träger"-Teilchen (Komponente 1), welches im Typ2 Sonderfall einem hochviskosen Tropfen des Surfactant selbst entspricht, realisieren.options the "adjustment" or "vote" of the two components 1 and 2 regarding the rate of release of surfactant molecules in the According to the invention, the surrounding fluid phase can be applied via and / or via a suitably adapted "binding strength" of the surfactant molecules in the "carrier" particles (component 1), which in Type 2 special case a high-viscosity drop of the surfactant itself corresponds, realize.
Da die Bindung der Surfactantmoleküle physikalisch (Van der Waals Kräfte, viskose Reibungs(„klebe")kräfte, sterische Wechselwirkungen) oder chemisch (H-Brückenbindungen, kovalente Bindungen, Einschlussverbindungen) erfolgt, gilt es diese Wechselwirkungen gezielt zu beeinflussen.There the binding of surfactant molecules physically (Van der Waals forces, viscous friction ("adhesive") forces, steric Interactions) or chemically (H-bonds, covalent bonds, inclusion compounds), it is this Targeted interactions.
Erfindungsgemäße Möglichkeiten sind: Einstellung der Temperatur (i), Einstellung der Porengröße (Teilchen) in Abstimmung mit Surfactant-Molekülgrösse/- Morphologie (ii), Einstellung der Viskosität (Typ2 Entschäumer Konzentrat Tropfen) (iii), Einstellung der Gelnetzwerkdichte (Typ1 Entschäumer mit gelartigen Partikeln (iv)).Inventive possibilities are: setting the temperature (i), adjusting the pore size (particles) in agreement with surfactant molecular size / morphology (ii), adjustment of viscosity (type 2 defoamers Concentrate drops) (iii), adjustment of gel network density (Type1 defoamers with gel-like particles (iv)).
Die in der Zusammenfassung, in den Patentansprüchen und in der Beschreibung beschriebenen sowie aus der Zeichnung ersichtlichen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The in the abstract, in the claims and in the description described as well as apparent from the drawing features can both individually as well as in any combination for the realization of the invention be essential.
- 11
- Kolonnecolumn
- 22
- Schaumschichtfoam layer
- 33
- Fluidfluid
- 44
- Frittefrit
- hH
- Höhe Schaumschicht, OberflächenschaumschichtHeight foam layer, Surface foam layer
- zz
- Höhe SchaumbüdungszoneHeight foam zone
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102005062315A DE102005062315B4 (en) | 2005-12-24 | 2005-12-24 | Defoamer for aqueous fluid systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102005062315A DE102005062315B4 (en) | 2005-12-24 | 2005-12-24 | Defoamer for aqueous fluid systems |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE102005062315A1 true DE102005062315A1 (en) | 2007-08-09 |
DE102005062315B4 DE102005062315B4 (en) | 2013-10-24 |
Family
ID=38281887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102005062315A Active DE102005062315B4 (en) | 2005-12-24 | 2005-12-24 | Defoamer for aqueous fluid systems |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE102005062315B4 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008138382A1 (en) * | 2007-05-16 | 2008-11-20 | Dr. W. Kolb Ag | Defoaming agent for aqueous fluid systems and method |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005023392A1 (en) * | 2003-09-01 | 2005-03-17 | Basf Aktiengesellschaft | Defoaming agents devoid of emulsifiers, method for producing said agents and use thereof |
-
2005
- 2005-12-24 DE DE102005062315A patent/DE102005062315B4/en active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005023392A1 (en) * | 2003-09-01 | 2005-03-17 | Basf Aktiengesellschaft | Defoaming agents devoid of emulsifiers, method for producing said agents and use thereof |
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WO2008138382A1 (en) * | 2007-05-16 | 2008-11-20 | Dr. W. Kolb Ag | Defoaming agent for aqueous fluid systems and method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE102005062315B4 (en) | 2013-10-24 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R019 | Grant decision by federal patent court | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20140125 |