PL168372B1 - Środek przeciwpieniący - Google Patents

Abstract

Środek przeciwpieniący, zawierający w swoim składzie węglowodory alifatyczne, alkohole tłuszczowe, mydła, znamienny tym, że stanowi 55-65% emulsję wodną typu olej w wodzie, której sucha masa składników aktywnych składa się z 50-70% wagowych mieszaniny węglowodorów alifatycznych zawierających 16-32 atomów węgla w łańcuchu alkilowym, w której frakcja C20-C26 stanowi 60-75% wagowych, 5-15% wagowych mydeł sodowych i/lub amonowych kwasów tłuszczowych nasyconych i nienasyconych zawierających 16-20 atomów węgla w łańcuchu alkilowym, 15-30% wagowych oksypropylenowanego glikolu propylenowego o'średniej masie cząsteczkowej 1 800-3.000, 3-10% wagowych mieszaniny alkoholi tłuszczowych zawierających 14-18 atomów węgla w łańcuchu alkilowym i produktów oksyalkilenowania średnio 7-10 molami tlenku etylenu alkoholi tłuszczowych zawierających 14-18 atomów węgla w łańcuchu alkilowym, w której stosunek wagowy alkoholi tłuszczowych do produktów ich oksyetylenowania wynosijak 1:0,2-9.

Description

Przedmiotem wynalazku jest środek przeciwpieniący przeciwdziałający pienieniu się wodnych roztworów zawierających powierzchniowo aktywne związki pochodzenia naturalnego stanowiący dobraną kompozycję składników, występujący w postaci stężonej emulsji wodnej. Przeznaczony jest zwłaszcza dla przemysłu ziemniaczanego.

Podczas realizacji wielu procesów technologicznych gdzie ma miejsce napowietrzanie wodnych roztworów, zawiesin lub emulsji, a szczególnie takich gdzie przerabiany jest surowiec roślinny lub surowiec pochodzenia roślinnego, często występuje niepożądane pienienie utrudniające lub uniemożliwiające prawidłowe prowadzenie procesu. Odpowiedzialne za to zjawisko są naturalne substancje powierzchniowo aktywne obecne w przerabianym surowcu, takie jak pektyny, saponiny, kwas humusowy, węglowodany, pochodne rozkładu substancji białkowych i skrobi, itp.

W celu likwidacji powstającej piany w technologicznych kąpielach wodnych lub dla przeciwdziałania jej powstawania stosuje się dodatek środka przeciwpieniącego, który winien charakteryzować się korzystnie wysoką początkową efektywnością i możliwie długim okresem działania.

Na środki przeciwpieniące stosowane w procesie przetwórstwa surowców roślinnych, szczególnie gdy surowce te przetwarzane są na produkty spożywcze, nakładane są określone wymagania użytkowe wynikające ze specyfiki zastosowania. Przede wszystkim winny być obojętne biologicznie i działać skutecznie w małych ilościach. Środki te winny charakteryzować się również ograniczoną zdolnością do akumulowama się w końcowych produktach przeznaczonych dla celów spożywczych. Ten efekt uzyskuje się przede wszystkim w takim przypadku, gdy środek przeciwpieniący występuje w technologicznych kąpielach wodnych w postaci zemulgowanej

Dziedziną przetwórstwa surowców naturalnych, gdzie występuje konieczność stosowania środków przeciwpiemących jest między innymi przemysł ziemniaczany, w tym szczególnie przetwórstwo ziemniaków do mączki skrobiowej (krochmalu). Piana generowana jest tu w całym ciągu technologicznym, to jest na etapie hydrauhcznego transportowania surowca, w procesie oddzielania krochmalu z miazgi ziemniaczanej oraz w ciągu transportowania odpadowych wód sokowych do zbiorników akumulacyjnych.

Konieczność likwidacji piany występuje szczególnie w nowoczesnych systemach oddzielania krochmalu gdzie aparaty pracują w systemie zamkniętym przy małym jednostkowym zużyciu wody w stosunku do przerabianego surowca.

168 372

W konsekwencji powoduje to zwiększoną koncentrację czynników pianotwórczych, tym samym tendencję do generowania bardziej obfitej piany. Z tych powodów nie jest praktycznie możliwe prawidłowe prowadzenie procesu technologicznego wydzielania krochmalu w systemie zamkniętym bez stosowania środka przeciwpieniącego

Znane środki przeciwpieniące dla roztworów wodnych obejmują szeroki asortyment preparatów dobieranych przeważnie pod kątem określonego typu czynników pianotwórczych, charakteru generowanej piany oraz pod kątem specyficznych wymogów technologicznych i sanitarnych. Należą do nich bądź indywidualne grupy związków chemicznych bądź mniej lub bardziej złożone mieszaniny różnych typów związków chemicznych występujących w odpowiednio dobranej proporcji o ukierunkowanym działaniu synergicznym.

Jako środki przeciwpieniące stosowane były między innymi oleje roślinne i mineralne, tłuszcze zwierzęce, monoglicerydy kwasów tłuszczowych lub/i ich acylowane pochodne, estry poliglikoli kwasów tłuszczowych, polioksyalkilenowane glikole, estry oleiny talowej, oksyalkilenowane kwasy alkiiofosforowe, rozgałęzione alkohole tłuszczowe.

Środki te występujące często w postaci mieszanin wykazują mniejszą lub większą skuteczność działania - trzeba je jednak używać w większych dawkach.

Z polskiego zgłoszenia patentowego P-291713 znany jest środek przeciwpieniący, przeznaczony zwłaszcza dla przemysłu cukrowniczego, stanowiący dobraną kompozycję składników występujących w postaci 40-65% wagowych emulsji wodnej, zawierającej 5-15 części wagowych mieszaniny alkoholi tłuszczowych C14-C22 i emulgatorów niejonowych wybranych z grupy, do której należą oksyalkilenowane średnio 5-8 molami tlenku etylenu alkohole tłuszczowe C14-C22 i oksyalkilenowany średnio 2,5-6 molami tlenku etylenu nonylofenol, 10-20 części wagowych oksypropylenowanego glikolu propylenowego o średniej masie cząsteczkowej 1.500-3.000, 3-10 części wagowych mydeł sodowych, potasowych lub amonowych kwasów tłuszczowych C14-C22, 8-25 części wagowych węglowodorów aromatycznych oraz jako uzupełnienie do 100 części wagowych mieszaninę węglowodorów alifatycznych C₈-Cw, w której frakcja C12-C16 stanowi 12-35%, a frakcja C24-C26 stanowi 46-76%.

Z kolei z kanadyjskiego opisu patentowego 1 143 244 znany jest środek przeciwpieniący dla układów wodnych w przemyśle papierniczym stanowiący kompozycję następujących składników · 1-10% kopolimeru blokowego typu EPE, gdzie masa cząsteczkowa grupy polietoksypropylenowej wynosi 3500-4500, a udział tlenku etylenu w masie całkowitej polimeru wynosi 2-20% wagowych, 2-20% mieszaniny alkoholi tłuszczowych, szczególnie o długości łańcucha Cio-Go, 0,5-10% wagowych diamidu kwasu tłuszczowego, 50-95% części wagowych rozcieńczalnika kompozycji, który jest nierozpuszczalny w wodzie, na przykład: olej mineralny, nafta, benzen, heptan, oktan, ciekłe chlorowęglowodory, alkohole tłuszczowe, kwasy tłuszczowe.

Natomiast z niemieckiego opisu patentowego DE 3 001 387 znany jest środek o szerokim zakresie zastosowania, stanowiący emulsję wodną wyższych nasyconych alkoholi alifatycznych, wyższych węglowodorów parafinowych, kwasów tłuszczowych i ich pochodnych.

Z polskiego opisu patentowego nr 103 895 znany jest środek zapobiegający pienieniu się cieczy stanowiący kompozycję wody i następujących składników, olej silnikowy polioksyalkilaty alkiloamin, nierozpuszczalne w wodzie alkohole monohydroksylowe C₈-Ci₈ oraz niejonowe substancje powierzchniowo czynne stanowiące produkt przyłączenia tlenku alkilenu do nasyconych lub nienasyconych kwasów tłuszczowych, dub wyższych alkoholi tłuszczowych, do alkoholi alicyklicznych lub do węglowodorów alifatyczno-aromatycznych, lub do nierozpuszczalnych w wodzie alkoholi monohydroksylowych C₈-Cu, lub tez do alkilofenolu, lub do nasyconych kwasów dwukarboksylowych, albo do alkoholu trój- do sześciowodorotlenowego, lub do glikolu polipropylenowego.

Znany jest środek przeciwpieniący stanowiący emulsję wodną zawierający nierozpuszczalne w wodzie węglowodory, takie jak oleje mineralne oraz dwuamidy kwasów tłuszczowych, hydrofobizowaną krzemionkę 1 emulgatory niejonowe w postaci kopolimerów tlenków alkilenowych

168 372

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 694 436 znany jest środek przeciwpieniący dla przemysłu papierniczego zawierający. 15-20% wagowych glikolu polipropylenowego, 15-70% wagowych oleju mineralnego lub jego mieszaniny z alkoholem izopropylowym, 15-25% wagowych dioleinianu glikolu polietylenowego o masie cząsteczkowej 400,

7-14% wagowych dioleinianu glikolu polietylenowego o masie cząsteczkowej 600, 3-7% wagowych monooleinianu glikolu polietylenowego o masie cząsteczkowej 400.

Środek przeciwpieniący według wynalazku przeciwdziałający pienieniu się wodnych roztworów zawierających powierzchniowo aktywne związki pochodzenia naturalnego, zwłaszcza dla przemysłu ziemniaczanego, występuje w postaci 55-65% emulsji wodnej typu olej w wodzie, w której sucha masa składników aktywnych stanowi dobraną kompozycję substancji organicznych o zróżnicowanej budowie chemicznej składającą się z 50-70% wagowych, korzystnie 55-60% wagowych, mieszaniny węglowodorów alifatycznych C1-C32, w której frakcja C20-C26 stanowi 60-75%, korzystnie 60-65%, 5-15% wagowych, korzystnie 10-12% wagowych, mydeł sodowych i/lub amonowych kwasów tłuszczowych nasyconych i nienasyconych C16-C20, 15-30% wagowych,' korzystnie 25-28% wagowych, oksypropyleno wanego glikolu propylenowego o średniej masie cząsteczkowej 1.800-3.000, 3-10% wagowych, korzystnie 4-6% wagowych, mieszaniny alkoholi tłuszczowych Cu-Cu i produktów ich oksyalkilenowania średnio 7-10 molami tlenku etylenu. Stosunek wagowy alkoholi tłuszczowych do produktów ich oksyetylenowania wynosi jak 1:0,2-9, korzystnie 1.2-4.

W trakcie badań nieoczekiwanie stwierdzono, że połączenie w jednej kompozycji ściśle zdefiniowanych substancji, które indywidualnie nie wykazują skutecznego działania przeciwpieniącego, uzupełnionych emulgatorami niejonowymi i anionowymi, występujących razem w postaci stężonej emulsji wodnej, uzyskuje się środek przeciwpieniący charakteryzujący się wysoką efektywnością działania w roztworach wodnych zawierających czynniki pianotwórcze pochodzenia naturalnego, działający szczególnie skutecznie w procesie przetwórstwa ziemniaków.

Wskazuje to na występujący synergizm objawiający sie spotęgowaną skutecznością działania przeciwpieniącego tak dobranej kompozycji, który obserwuje się szczególnie w przypadku ściśle dobranego według wynalazku zestawienia indywidualnych substancji i dobranego zakresu ich udziałów wagowych

Równocześnie stwierdzono, że tak dobrana kompozycja wykazuje zwiększoną skuteczność działania, gdy jest uprzednio przeprowadzona w stężoną emulsję wodną w dobranym stężeniu.

Korzystną cechą środka według wynalazku jest to, że jego handlowa postać stężonej emulsji wodnej łatwo ulega dalszemu rozcieńczaniu w wodzie z utworzeniem rozcieńczonej, płynnej emulsji wodnej o dowolnym stężeniu ulegającej dalszemu spontanicznemu rozcieńczeniu w technologicznych kąpielach wodnych, dla których jest przeznaczona.

Istotną cechą środka według wynalazku jest jego wysoka skuteczność działania, szczególnie w niskiej temperaturze charakterystycznej dla procesów związanych z przetwórstwem ziemniaków, mierzona jednostkową dawką, dla której uzyskuje się efekt likwidacji piany i długością czasu działania po wprowadzeniu rozcieńczonej emulsji środka do soku ziemniaczaneg_o ... , . .

Skuteczność działania w przemyśle ziemniaczanym środka przeciwpieniącego według wynalazku sprawdzono w warunkach laboratoryjnych, posługując się testem jaki opisano w przykładach Test ten jest dużym przybliżeniem rzeczywistych warunków przemysłowych i jest przez to dostatecznie reprezentatywny do dokonania oceny skuteczności działania środków przeciwpieniących.

Środek przeciwpieniący według wynalazku nie zawiera szkodliwych dla zdrowia substancji i działa skutecznie przy małych dawkach.

Przykład I.

Sporządzono środek przeciwpieniący stanowiący 55% emulsję wodną typu olej w wodzie, której sucha masa składn^^<ów aktywnych zawiera.

168 372

70% wagowych mieszaniny węglowodorów alifatycznych C15-C32, w której frakcja C20-C26 stanowi 60%,

6% wagowych mydeł sodowych kwasów tłuszczowych nasyconych i nienasyconych C16-C20, 21% wagowych produktu oksypropylenowania glikolu propylenowego o średniej masie cząsteczkowej 2.700,

1% wagowy alkoholi tłuszczowych nasyconych i nienasyconych C14-C18,

2% wagowe oksyalkilenowanych średnio 10 molami tlenku etylenu alkoholi tłuszczowych C14-C18.

Przykład II

Sporządzono środek przeciwpieniący stanowiący 65% emulsję wodną typu olej w wodzie, której sucha masa składników aktywnych zawiera:

65% wagowych mieszaniny węglowodorów alifatycznych C16-C32, w której frakcja C20-C26 stanowi 65%,

15% wagowych mydeł sodowych i amonowych kwasów tłuszczowych nasyconych i nienasyconych C16-C20,

15% wagowych produktu oksypropylenowania glikolu propylenowego o średniej masie cząsteczkowej 2.400,

4% wagowy alkoholi tłuszczowych nasyconych i nienasyconych Cu-Cu,

1% wagowy oksyalkilenowanych średnio 8 molami tlenku etylenu alkoholi tłuszczowych Ch-C».

Przykład III

Sporządzono środek przeciwpieniący stanowiący 58% emulsję wodną typu olej w wodzie, której sucha masa składników aktywnych zawiera:

60% wagowych mieszaniny węglowodorów alifatycznych C16-C32, w której frakcja C20-C26 stanowi 70%,

5% wagowych mydeł amonowych kwasów tłuszczowych nasyconych i nienasyconych C16-C20, 26% wagowych produktu oksypropylenowania glikolu .propylenowego o średniej masie cząsteczkowej 3.000,

7,5% wagowych alkoholi tłuszczowych nasyconych i nienasyconych Ch-Cu, ,

1,5% wagowych oksyalkilenowanych średnio 9 molami tlenku etylenu alkoholi tłuszczowych C14-C18.

Przykład IV.

Sporządzono środek przeciwpieniący stanowiący 62% emulsję wodną typu olej w wodzie, której sucha masa składników aktywnych zawiera:

’5,% wagowych mieszaniny węglowodorów alifatycznych C16-C32, w której frakcja C20-C26 stanowi 72%,

13% wagowych mydeł sodowych kwasów tłuszczowych nasyconych i nienasyconych C16-C20, 30% wagowych produktu oksypropylenowania glikolu propylenowego o średniej masie cząsteczkowej 2.000,

3% wagowe alkoholi tłuszczowych nasyconych i nienasyconych Cu-Cis,

4% wagowe oksyalkilenowanych średnio 7 molami tlenku etylenu alkoholi tłuszczowych C14-C1 g .

Przykład V.

Sporządzono środek przeciwpieniący stanowiący 60% emulsję wodną typu olej w wodzie, której sucha masa składników aktywnych zawiera:

60% wagowych mieszaniny węglowodorów alifatycznych C16-C32, w której frakcja C20-C26 stanowi 75%,

12% wagowych mydeł sodowych kw-asów tłuszczowych nasyconych i nienasyconych C16-C20, 20% wagowych produktu oksypropylenowania glikolu propylenowego o średniej masie cząsteczkowej 1.800,

1% wagowy alkoholi tłuszczowych nasyconych i nienasyconych Cu-Cu

9% wagowych oksyalkilenowanych średnio 9 molami tlenku etylenu alkoholi tłuszczowych C14-C18.

168 372

W celu oceny efektywności działania środków przeciwpieniących sporządzonych według przykładów I-V, posłużono się niżej opisanym testem laboratoryjnym.

Przepuszczając powietrze przez kąpiel wzorcową zawierającą naturalne substancje powierzchniowo aktywne określano dwa zasadnicze parametry charakteryzujące efektywność środków przeciwpieniących, to jest skuteczną dawkę środka (odniesioną do jego substancji aktywnej) wyrażoną w mg/dm³ kąpieli, dla której obserwuje się powstrzymywanie zjawiska pienienia się roztworu wzorcowego oraz czas oddziaływania wprowadzonej dawki środka mierzony do momentu ponownego wzrostu piany określany dla dawki skutecznej i dla dawki kilkakrotnie pomniejszonej

Stosowany sprzęt:

Ustawiona pionowo kolumna (rura) szklana o średnicy wewnętrznej 50 mm z zewnętrznym płaszczem wodnym. Woda tłoczona jest z termostatu. Rura zamknięta jest od dołu spiekiem szklanym służącym do wtłaczania powietrza o stałym ustalonym przepływie.

Roztwór wzorcowy:

Świeży sok ziemniaczany pochodzący z utartych ziemniaków jednego gatunku. Oddzielono go przez dekantację z miazgi ziemniaczanej po uprzednim wytrąceniu się krochmalu.

Warunki wykonywania pomiarów

- Objętość roztworu wzorcowego: 200 cm³

- Temperatura roztworu wzorcowego w czasie pomiaru: 20-22°C

- Wielkość przepływu powietrza (dm3/h - constans) przez roztwór wzorcowy: ustalono na takim poziomie aby objętość generowanej piany nad roztworem wzorcowym mierzona od poziomu lustra roztworu wzorcowego utrzymywała się na stałym poziomie, równym siedmiokrotnej wyjściowej wysokości roztworu wzorcowego w kolumnie (Vo).

Wykonanie pomiarów:

Testowany środek przeciwpieniący przygotowany w postaci rozcieńczonej emulsji wodnej zawierającej 5% substancji aktywnej wprowadzano kroplami na górną warstwę piany do momentu całkowitego jej zredukowania nad lustrem roztworu wzorcowego (Vp = 0). W ten sposób określano skuteczną dawkę środka (Cs) dla ustalonych warunków napowietrzania kąpieli wzorcowej, wykonując pomiary kolejno dla środków według przykładów I-V i stosując za każdym razem świeżą kąpiel wzorcową. Równocześnie określano czas oddziaływania skutecznej dawki środka (xs) mierzony od momentu zakończenia jego dozowania do momentu ponownego wzrostu piany w kolumnie i utworzenia warstwy piany nad lustrem kąpieli wzorcowej o wysokości 2 cm.

W drugiej serii pomiarów wprowadzono do kąpieli wzorcowej testowane środki przeciwpieniące w zmniejszonej, równej dla wszystkich dawce (Cp), ustalonej na poziomie 5-krotme mniejszym w stosunku do średniej skutecznej dawki (Cs) uzyskanej dla przykładów I-V. Dla określenia skuteczności działania testowanych środków posłużono się w tym przypadku wskaźnikiem (Rp) określającym stopień zredukowania piany, obliczonym według formuły:

Rp _ ^VoA^Vf. . _100%

Vo gdzie: Vo - pierwotna wysokość piany,

Vp - wysokość piany po wprowadzeniu ustalonej dawki środka (Cp = 30 mg/dm3).

Równocześnie określano czas oddziaływania (xp) pomniejszonej dawki środka (Cp) mierzony od momentu zakończenia jego dozowania do momentu podniesienia się piany w kolumnie i przekroczeniu poziomu Vp o 1 cm

Uzyskane wyniki pomiarów efektywności działania sporządzonych środków przeciwpieniących według przykładów I-V przy zastosowaniu opisanego testu laboratoryjnego zestawiono w tabeli.

Stosując ten sam roztwór wzorcowy wykonano równolegle według tej samej metodyki ocenę efektywności działania poszczególnych komponentów wchodzących w skład środków przeciwpieniących opisanych w przykładach I-V. We wszystkich przypadkach stwierdzono ich

168 372 małą efektywność: skuteczna dawka kształtowała się na poziomie Cs > 1 000 mg/dm³ przy czasie oddziaływania rs < 3 minut; dla Cp = 30 mg/dm3 nie stwierdzono efektu działania

Tabela

Środek przeciwpieniący według przykładu	Skuteczna dawka środka Cs (mg/dm3)	Czas oddziaływania skutecznej dawki środka ts (minuty)	Stopień zredukowania piany Rp dla Cp = 30 mg/dm.3 (%)	Czas oddziaływania środka rp dla Cp = 30 mg/dm3 (minuty)
I	180	21	64	13
II	210	19	75	11
III	145	17	70	8
IV	98	14	78	10
V	135	12	80	13

168 372

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz Cena 1,50 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Środek przeciwpieniący, zawierający w swoim składzie węglowodory alifatyczne, alkohole tłuszczowe, mydła, znamienny tym, że stanowi 55-65% emulsję wodną typu olej w wodzie, której sucha masa składników aktywnych składa się z 50-70% wagowych mieszaniny węglowodorów alifatycznych zawierających 16-32 atomów węgla w łańcuchu alkilowym, w której frakcja C20-C26 stanowi 60-75% wagowych, 5-15% wagowych mydeł sodowych i/lub amonowych kwasów tłuszczowych nasyconych i nienasyconych zawierających 16-20 atomów węgla w łańcuchu alkilowym, 15-30% wagowych oksypropylenowanego glikolu propylenowego o średniej masie cząsteczkowej 1.800-3.000, 3-10% wagowych mieszaniny alkoholi tłuszczowych zawierających 14-18 atomów węgla w łańcuchu alkilowym i produktów oksyalkilenowania średnio 7-10 molami tlenku etylenu alkoholi tłuszczowych zawierających 14-18 atomów węgla w łańcuchu alkilowym, w której stosunek wagowy alkoholi tłuszczowych do produktów ich oksyetylenowania wynosi jak 1:0,2-9.