JP2021090900A - 消泡剤の選定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】適切な消泡剤を効率良く簡単に選定できる消泡剤の選定方法を提供する。【解決手段】本発明は、消泡処理の対象となる泡であるターゲットに対して所望の消泡剤を選定するための消泡剤の選定方法を対象とする。本発明の選定方法は、ターゲットのハンセン溶解度パラメータ（ＨＳＰ値）δｄ、δｐ、δｈを取得する工程と、選定候補となる複数種類の消泡剤における各ＨＳＰ値δｄ、δｐ、δｈをそれぞれ取得する工程と、ＨＳＰ値を３次元空間の位置座標とみなして、ターゲットのＨＳＰ値と、各消泡剤のＨＳＰ値との間の距離をそれぞれ算出する工程と、算出した距離の中から最短の距離に対応する消泡剤を、所望の消泡剤として選定する工程とを含む。【選択図】図７

Description

この発明は、複数種類の消泡剤の中からターゲットとしての泡に対し適切な消泡剤を選定するための消泡剤の選定方法に関する。

例えばペイント業界、食品業界、水処理業界等の液体を処理する業界では、様々な工程において、処理液の表面に泡（泡沫）が発生する。このような泡は、品質の低下や生産効率の低下等を引き起こす可能性があるため、問題視されることが多くなっている。そこで近年においては処理液に消泡剤を投入して泡の発生を抑制することが行われている。

一方、消泡剤は多種類存在し、この多くの消泡剤の中から、ターゲットである泡に対し適切な消泡剤を選定することは困難であった。例えば従来においては、下記特許文献１に示すように多数の消泡剤を一つずつ試行錯誤して、ターゲットに対する消泡効果を評価して、適当な消泡剤を選定したり、研究者や作業者の経験や勘を頼りに試行錯誤して、適当な消泡剤を選定するようにしていた。

特開平１１−１６９６０７

しかしながら、上記従来の消泡剤の選定方法においては、試行錯誤や、経験や勘を頼りにして、消泡剤を選定しているため、選定作業に膨大な労力や時間が必要であるばかりか、適切な消泡剤を確実に選定することが困難であるという課題があった。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、選定作業を効率良く行える上さらに、適切な消泡剤を確実に選定することができる消泡剤の選定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明者は、ターゲットとしての泡と、消泡剤との相関性について詳細に研究した。その結果、消泡剤のうち、ターゲットに対する親和性が高い消泡剤においては、優れた消泡効果を発揮することを解明した。さらに本発明者はその研究結果を踏まえて、綿密な実験研究を繰り返し行って、ターゲットおよび消泡剤間の親和性を客観的に評価できる手法について探求したところ、ハンセン溶解度パラメータ（ＨＳＰ値）δｄ、δｐ、δｈを基準にすることによって、ターゲットおよび消泡剤間の親和性を効率良く定量的に評価できることに想到し、本発明をなすに至った。

すなわち本発明は、以下の手段を備えるものである。

［１］消泡処理の対象となる泡であるターゲットに対して所望の消泡剤を選定するための消泡剤の選定方法であって、
ターゲットのハンセン溶解度パラメータ（ＨＳＰ値）δｄ、δｐ、δｈを取得する工程と、
選定候補となる複数種類の消泡剤における各ＨＳＰ値δｄ、δｐ、δｈをそれぞれ取得する工程と、
ＨＳＰ値を３次元空間の位置座標とみなして、ターゲットのＨＳＰ値と、各消泡剤のＨＳＰ値との間の距離をそれぞれ算出する工程と、
算出した距離の中から最短の距離に対応する消泡剤を、所望の消泡剤として選定する工程とを含むことを特徴とする消泡剤の選定方法。

なお本発明において消泡とは、実際に発生した泡を消失させる場合の他に、泡の発生を抑制させる場合も含むものである。例えば本発明において、泡立ちが予想される処理液に消泡剤を予め投入しておいて、泡立ちを未然に防ぐ（低減させる）場合も消泡という概念に含まれる。

［２］ターゲットのＨＳＰ値として、ターゲットが発生する母液のＨＳＰ値を採用するようにした前項１に記載の消泡剤の選定方法。

［３］ＨＳＰ値が既知である複数種類の溶剤において、ターゲットに対する相溶性をそれぞれ評価し、その評価結果に基づいて、ターゲットのＨＳＰ値を算出するようにした前項１または２に記載の消泡剤の選定方法。

［４］ＨＳＰ値が既知である複数種類の溶剤において、選定候補に対する相溶性をそれぞれ評価し、その評価結果に基づいて、選定候補のＨＳＰ値を算出するようにした前項１〜３のいずれか１項に記載の消泡剤の選定方法。

［５］ターゲットと、選定候補の消泡剤とのＨＳＰ値を取得するに際して、親水成分のＨＳＰ値を取得するようにした前項１〜４のいずれか１項に記載の消泡剤の選定方法。

発明［１］の消泡剤の選定方法によれば、ＨＳＰ値に基づいて、選定候補である複数種類の消泡剤と、ターゲットとの距離をそれぞれ測定し、最も距離が短い消泡剤を所望の適切な消泡剤として使用するものである。これにより本発明においては、ターゲットと親和性が高い消泡剤を選定できるため、過度な労力や時間を費やすことなく、優れた消泡効果を発揮する適切な消泡剤を効率良く確実に選定することができる。

発明［２］〜［５］の消泡剤の選定方法によれば、より一層適切な消泡剤をより一層効率良く確実に選定することができる。

図１はこの発明の実施形態においてＨＳＰ値を測定する際に用いられるハンセン溶解球を説明するための３次元グラフである。 図２は実施形態においてＨＳＰ値を基に物質間の距離を説明するための３次元グラフである。 図３はこの発明の実施例においてターゲット「ＰＬＥ」のＨＳＰ値を測定する際に用いられたハンセン溶解球を示す３次元グラフである。 図４Ａは実施例において消泡剤「Ａｆ：Ａ」のＨＳＰ値を測定する際に用いられたハンセン溶解球を示す３次元グラフである。 図４Ｂは実施例において消泡剤「Ａｆ：Ｂ」のＨＳＰ値を測定する際に用いられたハンセン溶解球を示す３次元グラフである。 図４Ｃは実施例において消泡剤「Ａｆ：Ｃ」のＨＳＰ値を測定する際に用いられたハンセン溶解球を示す３次元グラフである。 図４Ｄは実施例において消泡剤「Ａｆ：Ｄ」のＨＳＰ値を測定する際に用いられたハンセン溶解球を示す３次元グラフである。 図４Ｅは実施例において消泡剤「Ａｆ：Ｅ」のＨＳＰ値を測定する際に用いられたハンセン溶解球を示す３次元グラフである。 図５は実施例においてターゲットと消泡剤との位置関係を示す３次元グラフである。 図６は実施例においてターゲットと消泡剤との位置関係を示す３次元グラフである。 図７は実施例において各消泡剤毎の泡高さと経過時間との関係を示すグラフである。 図８Ａは実施例の消泡効果試験による測定開始直後においてターゲットに対する各消泡剤の距離Ｒａと泡高さとの相関を示すグラフである。 図８Ｂは実施例の消泡効果試験による３０秒経過後においてターゲットに対する各消泡剤の距離Ｒａと泡高さとの相関を示すグラフである。 図８Ｃは実施例の消泡効果試験による９０秒経過後においてターゲットに対する各消泡剤の距離Ｒａと泡高さとの相関を示すグラフである。 図８Ｄは実施例の消泡効果試験による１５０秒経過後においてターゲットに対する各消泡剤の距離Ｒａと泡高さとの相関を示すグラフである。 図８Ｅは実施例の消泡効果試験による２１０秒経過後においてターゲットに対する各消泡剤の距離Ｒａと泡高さとの相関を示すグラフである。 図８Ｆは実施例の消泡効果試験による２７０秒経過後においてターゲットに対する各消泡剤の距離Ｒａと泡高さとの相関を示すグラフである。

本発明の消泡剤の選定方法は、選定候補である消泡剤と、ターゲットである泡（泡沫）との親和性を評価して、複数の消泡剤の中から所望の消泡剤を選定する。そして本発明においては、消泡剤と、泡との親和性を評価するに際してハンセン溶解度パラメータ（ＨＳＰ値）δｄ、δｐ、δｈを用いる。

ＨＳＰ値における「δｄ」は分散力項であり、ほぼ全ての物質がもつファンデルワールス相互作用から生じる非極性相互作用のパラメータである。「δｐ」は双極子間力項であり、双極子間相互作用が基となるパラメータである。「δｈ」は水素結合力項であり、水素結合による相互作用に基づくパラメータである。

そして本発明においては、ターゲットとしての泡のＨＳＰ値を求める。本実施形態において、ターゲットのＨＳＰ値を測定するに際して、ターゲットが発生する母液（泡沫液）のＨＳＰ値を求めるようにしている。

本実施形態において、ターゲットのＨＳＰ値はハンセン溶解球（Hansen Solubility Sphere）法を用いて測定するものである。ハンセン溶解球法は、ＨＳＰ値が既知である種々の溶媒と、ＨＳＰ値の測定対象となる試料（ターゲット等）とを混合して相溶性を評価する。すなわち各種溶媒と試料とが溶解したか否かを判別する。

続いて図１に示すように、相溶性の評価結果を基に、各種溶媒のＨＳＰ値を３次元空間の位置座標とみなして、３次元グラフ上にプロットする。

続いて相溶性のある溶剤（図１の「●」）の座標を含み、かつ相溶性のない溶剤（図１の「■」）の座標を含まない最小の球（ハンセン溶解球）を作成する。

そしてハンセン溶解球の中心の位置座標を測定対象試料のＨＳＰ値に設定する。なおこの溶解球の半径は当該測定対象試料を溶解させる溶媒の範囲に相当する。

ここで、一般的に所定の物質のＨＳＰ値は単一であり、ハンセン溶解球は１種類となるが、ある種特定の物質は、２種類のＨＳＰ値を持ち、２種類のハンセン溶解球を持つことが知られている。例えば後述するように疎水性と親水性の２つの性質を保有する界面活性剤は、親水成分のハンセン溶解球と、疎水成分のハンセン溶解球との２種類の溶解球を持つことが報告されている（図３参照）。本発明においては、ターゲット等のＨＳＰ値として、後述するように親水成分のＨＳＰ値を用いるようにしている。このように親水成分のＨＳＰ値を採用することによって、より優れた破泡効果を期待することができる。

またイオン液体のような極性成分および非極性成分を持つ物質においてもハンセン溶解球が２種類存在することが特定されている。つまり界面活性剤やイオン液体等の性質が異なる２つの成分を持つ物質は各成分に対応して溶解球が２種類存在することが知られている。

本発明においては、選定候補である複数の消泡剤に対してもＨＳＰ値を求めるが、本実施形態においては、このＨＳＰ値も上記と同様にハンセン溶解球法を用いて測定するものである。なお、各種の消泡剤において、ＨＳＰ値を求める際のハンセン溶解球法については、後の実施例において詳述する。

本発明において、ＨＳＰ値を用いて、ターゲットと、選定候補の各消泡剤との親和性を評価する。ここで２つの物質、例えばＨＳＰ値δｄ１、δｐ１、δｈ１の物質１と、ＨＳＰ値δｄ２、δｐ２、δｈ２の物質２との２つの物質において、親和性を評価するに際して、ＨＳＰ値を３次元空間の位置座標と見なして、物質１のＨＳＰ値と、物質２のＨＳＰ値との間の距離を算出する。そしてその距離が短ければ短い程、親和性が高いと評価する。

本実施形態においては、以下の関係式を用いて、ＨＳＰ値による物質１，２間の距離Ｒａを定量的に算出する。

Ｒａ＝［４（δｄ１−δｄ２）^２＋（δｐ１−δｐ２）^２＋（δｈ１−δｈ２）^２］^１／２
そして物質１，２間の距離Ｒａが小さいほど親和性が良いと評価する。例えば図２に示すようにターゲットＴとの距離がＲａ１とＲａ２との２つの消泡剤Ａｆ１，Ａｆ２がある場合、ターゲットＴに対し、短い距離Ｒａ２の消泡剤Ａｆ２が、長い距離Ｒａ１の消泡剤Ａｆ１よりも親和性が高いと評価する。

本発明においては、選定候補である全ての消泡剤と、ターゲットとの距離をそれぞれ測定し、最も距離が短い消泡剤を所望の適切な消泡剤として使用するものである。これにより本発明の消泡剤の選定方法によれば、ターゲットと最も親和性（相溶性）が高い消泡剤を選定できるため、後述の実施例からも明らかなように、ターゲットに対し、優れた破泡作用を持つ消泡剤を効率良く確実に選定することができる。

（１）ターゲットのＨＳＰ値測定
ターゲットとして、界面活性剤であるポリオキシエチレン(23)ラウリルエーテル（富士フイルム和光純薬株式会社製）の０．０５ｗｔ％水溶液（以下「ＰＬＥ」「ターゲット」または「界面活性剤」とも称する）を準備した。さらに表１に示す「Solvents」の欄に掲載した多数の有機溶媒を準備した。本実施例で用いられる各有機溶媒は、表１に記載されるようにＨＳＰ値としてのδｄ、δｐ、δｈがそれぞれ既知のものである。

本実施例においては、各有機溶媒１０ｍｌに、ＰＬＥを０．３ｇずつ添加して所定時間静置した後、各有機溶媒毎にＰＬＥが溶解したか否かを観察した。溶解した溶媒については良溶媒として表１の「Scores」の欄に「１」と記入し、溶解しなかった不溶の溶媒について貧溶媒として表１の「Scores」の欄に「０」と記入した。

次に図３に示すように、溶解評価を基に、各種有機溶媒のＨＳＰ値を３次元グラフ上にプロットして、良溶媒の座標を含み、かつ貧溶媒の座標を含まないハンセン溶解球を作成した。続いてこのハンセン溶解球の中心位置座標をＰＬＥのＨＳＰ値として設定した。その結果を表２に示す。

また表２および図３に示すように、ＰＬＥは、図３の右上（表２の「high δｈ sphere」の項目）に示す親水成分のハンセン溶解球と、図３の左下（表２の「low δｈ sphere」の項目）に示す疎水成分のハンセン溶解球との２種類のハンセン溶解球が存在している。界面活性剤が泡沫の場合、親水成分が液側（内側）に向き、疎水成分が大気側（外側）に向いて配置されている。そのため、本実施例においては、δｈが高い図３の右上のhigh δｈsphereの親水成分のハンセン溶解球を基に得られたＨＳＰ値を、ＰＬＥのＨＳＰ値として用いるものである（以下のＡｆ：ｄ「ＫＭ−７３Ｅ」およびＡｆ：Ｅ「シリカートン」のＨＳＰ値においても同じである）。

（２）各消泡剤のＨＳＰ値測定
消泡剤（Antifoaming agent）として、Ａｆ：Ａ〜Ａｆ：Ｅと表記した５種類の消泡剤を準備した。Ａｆ：Ａは「ＫＭ−７１（信越化学工業株式会社製）」であり、Ａｆ：Ｂは「ＫＭ−７３（同社製）」であり、Ａｆ：Ｃは「ＫＭ−７３Ａ（同社製）」であり、Ａｆ：Ｄは「ＫＭ−７３Ｅ（同社製）」であり、Ａｆ：Ｅは「シリカートン−ＳＮ−４００Ａ（多木化学株式会社製）」である。さらに表１に示すように有機溶媒として上記と同様のものを準備した。

各消泡剤２ｍｌと、各有機溶媒２ｍｌとをそれぞれ混合して５分間超音波処理を施した後、所定時間静置し、各混合剤毎の溶解性（相溶性）について観察した。そして消泡剤および有機溶剤が相溶しているものには良溶媒として表１の「Scores」の欄に「１」と記入し、半分溶解（半分相溶）しているものには貧溶媒として「Scores」の欄に「２」と記入し、二層に分離しているものには貧溶媒として「Scores」の欄に「０」と記入した。

次に図４Ａ〜図４Ｅに示すように、上記と同様に溶解評価を基に、各消泡剤のハンセン溶解球を作成して、各消泡剤のＨＳＰ値を算出した。その結果を表３に示す。

（３）ＰＬＥと各消泡剤との間の距離の測定
続いて図５および図６に示すように、ＰＬＥの位置座標と、各消泡剤（Ａｆ：Ａ〜Ａｆ：Ｅ）の位置座標とを同じ３次元空間上にプロットして、ＰＬＥと各消泡剤との位置関係を示す３次元グラフを作成した。図６は図５のグラフをδｄの増減方向に沿う方向（図６の矢符号に示す方向）から見た状態のグラフである。

さらに距離Ｒａを算出する上記関係式を用いて、ＰＬＥと各消泡剤との距離を算出した。その結果を表３に合わせて示す。

なお「ＫＭ−７３Ｅ（Ａｆ：Ｄ）」および「シリカートン（Ａｆ：Ｅ）」は、２種類のハンセン溶解球が存在するが、本実施例では既述したように親水成分のハンセン溶解球から得られたＨＳＰ値を用いて、ＰＬＥとの距離Ｒａを算出している。

表３に示すように、選定候補の消泡剤のうち、ＰＬＥとの距離Ｒａが最短の消泡剤は「Ａｆ：Ｄ（ＫＭ−７３Ｅ）」であった。よって本実施例においては、ＰＬＥをターゲットとする消泡剤として、「Ａｆ：Ｄ（ＫＭ−７３Ｅ）」を選定することになる。

（４）消泡効果試験
各消泡剤（Ａｆ：Ａ〜Ａｆ：Ｅ）を、ＰＬＥに１０ｐｐｍずつそれぞれ添加した試験液と、消泡剤を添加しない試験液とを、３０分間撹拌して５００ｍＬのメスシリンダーにそれぞれ１５０ｍＬずつ投入した。

各メスシリンダーに投入された試験液に対し、３０秒間、０．０２ＮＬ／ｍｉｎの流量で窒素ガスにより曝気処理を行った。

曝気処理直後（０秒後）に、各試験液から発生した泡の高さ（ｃｍ）を測定し、続いて所定の時間経過後（３０秒、９０秒、１５０秒、２１０秒、２７０秒経過後）に各試験液の泡高さを測定した。その結果を図７のグラフに示す。

またターゲットに対する各消泡剤の距離Ｒａと、泡高さとの相関を各時間毎に示したグラフを図８Ａ〜図８Ｆに示す。なお図８Ａ〜図８Ｆに記載された「Ｒ」は相関係数である。

図７および図８Ａ〜図８Ｆのグラフから明らかなように、複数の消泡剤のうち、ターゲット（ＰＬＥ）との距離Ｒａが短い消泡剤ほど、消泡効果に優れた消泡剤と判断できる。換言すると、ＨＳＰ値による距離Ｒａを基準にすることによって、ターゲットに対する消泡剤の消泡効果を、定量的に適確に把握することができるため、選定候補である多数の消泡剤の中から、所望の効果を有する消泡剤を客観的に確実に選定することができる。その結果、本発明の消泡剤の選定方法によれば、従来のように試行錯誤や経験や勘を頼りに適当な消泡剤を選出する場合と比較して、多大な労力や時間を費やすことなく、適切な消泡剤を効率良く確実に選定することができる。

この発明の消泡剤の選定方法は、液体を処理する各種業界等において処理液表面から不用意に発生する泡を消滅させるための消泡剤を選定する際に好適に用いることができる。

Ａｆ１，Ａｆ２ 消泡剤
Ａｆ：Ａ〜Ａｆ：Ｅ 消泡剤
Ｔ ターゲット
ＰＬＥ ターゲットの母液
Ｒａ１、Ｒａ２ ターゲットおよび消泡剤間の距離

Claims (5)

1. 消泡処理の対象となる泡であるターゲットに対して所望の消泡剤を選定するための消泡剤の選定方法であって、
   ターゲットのハンセン溶解度パラメータ（ＨＳＰ値）δｄ、δｐ、δｈを取得する工程と、
   選定候補となる複数種類の消泡剤における各ＨＳＰ値δｄ、δｐ、δｈをそれぞれ取得する工程と、
   ＨＳＰ値を３次元空間の位置座標とみなして、ターゲットのＨＳＰ値と、各消泡剤のＨＳＰ値との間の距離をそれぞれ算出する工程と、
   算出した距離の中から最短の距離に対応する消泡剤を、所望の消泡剤として選定する工程とを含むことを特徴とする消泡剤の選定方法。
2. ターゲットのＨＳＰ値として、ターゲットが発生する母液のＨＳＰ値を採用するようにした請求項１に記載の消泡剤の選定方法。
3. ＨＳＰ値が既知である複数種類の溶剤において、ターゲットに対する相溶性をそれぞれ評価し、その評価結果に基づいて、ターゲットのＨＳＰ値を算出するようにした請求項１または２に記載の消泡剤の選定方法。
4. ＨＳＰ値が既知である複数種類の溶剤において、選定候補に対する相溶性をそれぞれ評価し、その評価結果に基づいて、選定候補のＨＳＰ値を算出するようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の消泡剤の選定方法。
5. ターゲットと、選定候補の消泡剤とのＨＳＰ値を取得するに際して、親水成分のＨＳＰ値を取得するようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載の消泡剤の選定方法。
   

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