Köpük Stabilitesi ve Köpüğü Kırmak

08.12.2016

Köpük Stabilitesi ve Köpüğü Kırmak Herhangi bir üretim prosesinde, fiziksel ya da kimyasal etkiye maruz kalan sıvılar köpürme eğilimi gösterirler. Köpük oluşumu proses hızını ve kapasitesini negatif etkileyen bir faktör olması sebebiyle genellikle istenmeyen bir olaydır. Köpüğün proses veya ürün üzerindeki olumsuz etkilerini saf dışı bırakmak için var olan köpüğü söndüren ve/veya köpük oluşumunu önleyen çeşitli kimyasallar kullanılır. Bu kimyasallar aralarında bazı nüanslar olmakla birlikte genellikle eş anlamlıymış gibi birbiri yerine kullanılan köpük kesici, köpük kırıcı, köpük önleyici gibi isimlerle anılırlar. İyi bir köpük kesici formülasyonu oluşturmak için yapılması gerekenlerden öncelikli bir tanesi köpüğün fizikokimyasını ve belirli değişkenlere verdiği tepkileri anlamaktır. Köpüğün hangi değişkenler sayesinde varlığını sürdürdüğünü bilmek bize belirli özelliklere sahip kimyasallar ile bu değişkenlere müdahale etme ve köpüğü ortadan kaldırma şansı tanır. Bu noktada köpük stabilitesi üzerinde durulması gereken önemli bir konudur. Köpük, kimyasal yapısı sebebiyle aslında stabil olmayan bir yapıdır fakat yüzey elastisitesi, viskoz drenaj, köpükler arası indirgenmiş gaz difüzyonu ve zıt yüzeylerin etkileşimlerinden doğan ince film stabilizasyon etkisi gibi sebeplerle bir süre çökmeden varlığını sürdürebilir. Köpüğün stabilitesi literatürde çokça kabul görmüş bir parametre olan Gibbs Elastisitesi üzerinden yorumlanabilir. Film tabakasının genleşmesi sonucu dengedeki yüzey aktif maddelerin konsantrasyonundaki azalmadan kaynaklanan Gibbs Elastisitesi köpük stabilitesine sebebiyet veren denge yüzey gerilimini artırır.

Eşitlikteki "E” Gibbs elastisitesini ifade eder. "A” köpüğün yüzey alanı iken "ợ” denge yüzey gerilimidir. Köpük yüzeylerinin birbirine bağlı olması köpük stabilitesini yorumlarken zamanın fonksiyonu olan Marangoni etkisini de göz önünde bulundurmayı gerektirir.

Marangoni etkisi farklı kimyalara sahip iki sıvı bileşenin yüzeyleri arasında yüzey gerilimi gradientinden kaynaklanan kütle transferini ifade eder. Bunlar gibi parametreler bize duruma özel data sağlayarak müdahale edilmesi gereken durum ile ilgili spesifik yorumlar yapabilmemize olanak verir ve en etkili çözüm için duruma özel tasarlanmış köpük kesici formülasyonları oluşturabilmemize temel hazırlar. Bilindiği üzere saf sıvılar köpürmez. Köpüğün oluşması ve stabil kalabilmesi için uygun kimyasal yapıya sahip birkaç içeriğin bir araya gelmesi ve bu durumunu koruması gerekir. Bu ifadeden kolayca anlaşılabilir ki köpüğü oluşturan ve/veya stabilitesini destekleyen içeriğin bir kısmının köpük yüzeyinden uzaklaştırılması köpüğün ortada kalması anlamına gelir. Temel mekanizma olarak bu işlemin ilk adımı köpük giderici kimyasalın köpük yüzeyini sarmasıdır. Köpüğün ne kadar etkili bir biçimde söndürüleceğini belirleyen öncül özellik köpüğün, sıvının ve ara yüzeyin yüzey gerilimidir. İşlemin doğası gereği köpük kesici sıvının yüzey gerilimi köpüren sıvınınkinden küçük olmalıdır. Bu sayede köpüğü saran köpük kesici, köpükte bir kompozisyon değişikliği oluşturur ve köpüğün sönmesini sağlar. Köpük yok etmede faydalanılan bir diğer mekanizma ise köpüğün söndürülmesinden ziyade patlatılmasıdır. Sabun ya da deterjan köpüklerinin kuru parmak ile dokunularak patlatılmasına benzer bir şekilde işleyen bu mekanizmada, köpük kesici kimyasal yerel bir yüzey gerilimi azalmasına sebebiyet verecek şekilde tasarlanır. Köpük stabilitesinin başlıca kaynaklarından olan yüzey gerilimindeki yerel düşüş, köpük kesici kimyasalın köpüğe temas ettiği noktada zayıf bir nokta yaratarak bir iğnenin bir balonu patlatmasına benzer şekilde köpüğü patlatır. Toparlamak gerekir ise, istenmeyen köpük oluşumuna müdahale etmek, olaya sebebiyet veren değişkenleri ve altta yatan mekanizmaları doğru yöntemler ile anlamlı bir şekilde analiz edip, sonuçları doğru yorumlayarak en doğru köpük kesici içeriğe karar verilmesi sonucu daha efektif olarak gerçekleştirebilir. Hasancan Dağlar / Kimya Mühendisi / İşletme Müdürü / Dağlar Polimer Kimya