製造に関する洞察
シリコーン消泡剤の製造内部: 原料シリコーンオイルから最終配合物まで
すべてのバッチ シリコーン消泡剤 当社のラインで生産されるシリコンオイルは、安定したすぐに使用できる液体になるずっと前に、生のメチルシリコーンオイルとして始まります。基油から完成したシリコーンベースの消泡剤までの過程には、いくつかの制御された段階が含まれます。各段階は、製品が泡を破壊する速度、泡が戻らない期間、さまざまな使用温度や pH 条件での耐久性に直接影響します。このプロセスを理解することは、なぜ有効成分自体と同じくらい配合の詳細が重要であるのか、また、両方ともシリコーン消泡剤と表示されている 2 つの製品が、実際のプロセス液体に投入すると大きく異なる動作をする理由を説明するのに役立ちます。以下のセクションでは、製造段階、さまざまなグレードにわたる仕様範囲、フォームカラム試験から収集された実際の性能データ、および業界ごとに整理された投与量ガイダンスを順に説明します。これにより、処方を外観だけで選択するのではなく、特定のプロセスに適合させることができます。
原材料の選択
ベース シリコーン オイルは、およそ 350 ~ 1000 センチストークの粘度範囲内で選択されます。粘度の低いオイルは泡膜全体に早く広がりますが、効果がすぐに失われます。一方、粘度の高いオイルはその位置を長く保持しますが、分散が遅くなります。そのため、選択は対象の用途によって異なります。
疎水性シリカ処理
ヒュームドシリカは、シリコーンオイルに配合する前にシランカップリング剤で表面処理して疎水化させます。この処理されたシリカは、完成したシリコーン消泡剤に、一度の素早いノックダウンではなく、より長い消泡期間を与えるものです。
乳化と均質化
オイルとシリカのブレンドは、高せん断混合下で非イオン性乳化剤を使用して水中に分散され、通常 1 ~ 5 ミクロンの液滴サイズが生成されます。この範囲外の液滴は放置すると分離するか、発泡システムに加えても十分な速さで広がらないかのいずれかです。
安定仕上げ
増粘剤と防腐剤は最終混合パスで添加されるため、エマルジョンは相分離、凍結融解ストレス、保管中の微生物の増殖に耐え、ドラム缶の最初のリットルから最後までシリコン消泡剤の性能を一貫して保ちます。
工業用液体で泡が発生する理由
自然に崩壊するのに十分な強度を持つフィルムによって液体内にガスが閉じ込められると、必ず泡が発生します。パルプ液、染料浴、コーティング、生物学的ブロスに一般的に含まれる界面活性剤、タンパク質、および特定のポリマーは、液体の表面張力を低下させ、各気泡の壁を安定化します。そのため、液体を混合、撹拌、ポンプ送出、またはエアレーションするプロセスで最も多くの泡が生成される傾向があります。消泡剤は、界面活性剤の膜よりも表面張力がさらに低い材料を導入し、泡の壁に入り込み、それを破壊することによって機能します。このため、効果的な消泡剤は、大きな泡表面全体に素早く広がるのに十分な分散性を維持しながら、バルク液体に溶解するのではなく泡表面で濃縮された状態を維持できるようにベース液体に十分に不溶性である必要があります。シリコーン オイルは両方の条件を非常によく満たします。これが、シリコーン消泡剤が幅広いプロセス条件にわたって他の多くの化学薬品よりも速く、より安定して機能する根本的な理由です。
生産グレードにわたる技術仕様の範囲
すべてのプロセスで単一の配合が最適に機能することはないため、製造はいくつかのグレードのシリコーン消泡剤に編成され、それぞれが温度、用量感度、規制要件の異なる組み合わせに合わせて調整されています。以下の表に、通常生産される仕様範囲を示します。
| パラメータ | 汎用グレード | 高温グレード | 食品接触グレード | 濃縮グレード |
|---|---|---|---|---|
| 外観 | 白色エマルジョン | 乳白色の乳液 | 白色エマルジョン, low odor | オフホワイトの粘稠なペースト |
| アクティブコンテンツ | 12% – 15% | 18% – 22% | 10% – 12% | 28% – 32% |
| 粘度(25℃) | 200~500mPa・s | 400~900mPa・s | 150~400mPa・s | 1500~3000mPa・s |
| pH値 | 6.0~7.5 | 6.5 – 8.0 | 6.0 – 7.0 | 6.5 – 7.5 |
| イオンタイプ | 非イオン性 | 非イオン性 | 非イオン性 | 非イオン性 |
| 使用温度 | 90℃まで | 200℃まで | 100℃まで | 180℃まで |
| 希釈率 | 1:5 ~ 1:20 | 1:10 ~ 1:30 | 1:5 ~ 1:15 | 1:20~1:50 |
| 保存安定性 | 12ヶ月 | 12ヶ月 | 9ヶ月 | 18ヶ月 |
消泡性能データ
シリコーン消泡剤は、既存の泡をどれだけ早く破壊するか、および泡の再形成をどれだけ長く防止するかという 2 つの基準で鉱物油およびポリエーテル消泡剤タイプと比較されることがよくあります。 25°C での標準発泡溶液を使用した内部テストにより、次のようなノックダウン時間の比較が行われました。
平均フォームノックダウン時間 (秒、短いほど速い)
温度が高くなるとギャップはさらに大きくなります。鉱物油消泡剤は 80°C を超えると粘度や広がりの制御が失われる傾向がありますが、適切に配合されたシリコーンベースの消泡剤は、高温グレードで 200°C までノックダウン速度を維持します。そのため、染色、製紙黒液、およびボイラー水処理の熱処理浴に引き続き好ましい選択肢となります。
さまざまな投与量レベルでの時間の経過に伴う泡の高さの減少
0.05% の添加量では、テストカラム内の泡の高さは最初の 10 分間で 80% 以上低下し、残りの観察期間は抑制されたままになります。 0.02% の低い用量では、最初のノックダウンは遅くなり、20 分後にはある程度の泡の回復が見られます。そのため、用量の推奨値は単一の固定数値ではなく常に範囲として示されます。その範囲内の正確な点は、ベース液体がどれだけ激しく発泡するかによって決まります。
アプリケーション業界別の推奨投与量
泡立ちの傾向、液体の粘度、加工温度がすべて異なるため、添加量は業界によって均一ではありません。以下の範囲は、特定のプロセス ラインに微調整する前に使用される一般的な開始点を反映しています。範囲の下限から開始し、泡の高さを監視しながら少しずつ段階的に増加させる方が、上限から開始するよりも一般に信頼性が高くなります。これは、過剰投与により配合が不安定になったり、最終製品の表面に目に見える残留物が残ったりする可能性があるためです。
| 産業 | 推奨用量 | 使用温度 | 加算方法 |
|---|---|---|---|
| 製紙パルプとコーティング | 0.02%~0.08% | 20℃~60℃ | 叩解中またはコーティング混合中に直接添加 |
| 繊維の染色とプリント | 0.03%~0.10% | 130℃まで | 染料浴またはパディングトラフへの計量注入 |
| 水性塗料およびインク | 0.10% ~ 0.50% | 室温 | 研削およびレットダウン段階で添加 |
| 廃水および曝気タンク | 0.01%~0.05% | アンビエント | 曝気ポイントでの点滴供給 |
| 発酵プロセス | 0.01%~0.03% | 28℃~40℃ | 供給ラインを介した無菌添加 |
| 食品加工 | 規制値未満、通常は 0.01% 未満 | プロセスに依存する | 食品安全ガイドラインに従って制御された計量 |
| 接着剤およびシーリング材の製造 | 0.05%~0.30% | 室温 | 高速分散時に添加 |
| 金属加工液 | 0.05%~0.20% | 60℃まで | 希釈前に濃縮物にブレンド |
各処方が実際に適用される場所
製紙
パルプ化、サイジング、およびコーティング中に発生する泡は、シートの形成を妨害し、表面欠陥を残します。素早いノックダウンを備えたシリコーン消泡剤は、パルプ処理で一般的なアルカリ条件に耐えながら、完成した紙の表面のピンホールや縞模様を防ぎます。
廃水処理
曝気槽は持続性の表面泡を生成し、タンクの壁から溢れる可能性があります。曝気ポイントに投与されるシリコン消泡剤は、活性汚泥プロセスの生物学的活性を妨げることなく泡の高さを制御します。
発酵
微生物の増殖中にガスが発生すると泡が発生し、使用可能なタンクの体積が減少します。低用量のシリコーン消泡剤は、生物学的システムとの適合性を維持しながらこの泡層を制御し、収量や下流の分離への干渉を回避します。
コーティングとインク
高速分散時に混入した空気により表面にクレーターが発生し、光沢が低下します。研削プロセスの適切な段階で添加されるシリコーンベースの消泡剤は、乾燥フィルムに固定欠陥となる前に微小気泡を除去します。
繊維加工
精練、染色、洗浄浴に使用される界面活性剤は、プロセス温度で激しく発泡します。熱安定性シリコーン消泡剤が浴表面を透明に保つため、ローラーとガイドは泡の干渉なく動作します。
食品加工
食品と接触するプロセスで泡制御が必要な場合、許容用量制限内で配合された食品接触グレードのシリコーン消泡剤が、製品の味や外観に影響を与えることなく、煮沸、発酵、または洗浄ステップ中の泡を制御します。
生産時の品質管理手順
バッチ間の一貫性は、1 回の最終検査ではなく、固定された一連のチェックを通じて維持されます。
原材料の入荷検査
シリコーンオイルの粘度、疎水性シリカの粒子サイズ、乳化剤の純度は、バッチが混合段階に入る前に内部仕様書に照らして検証されます。
工程内粘度モニタリング
乳化中に規定の間隔で粘度を読み取り、液滴形成が目標粒子サイズ範囲内で進行していることを確認します。
泡抑制試験
完成した各バッチは、基準界面活性剤溶液を使用して標準化されたフォームカラムでテストされ、ノックダウン時間と抑制時間がグレード仕様を満たしていることを確認します。
安定性と保存期間の試験
サンプルは加速された凍結融解サイクルと高温保管を通じて保持され、エンドユーザーに届く前にエマルジョンが分離しないことが確認されます。
pH 条件全体にわたるパフォーマンス
プロセス液体の pH は、酸性の金属加工液から強アルカリ性のパルプ液まで幅広く異なり、ある範囲では良好に機能する消泡剤でも、別の範囲では効果が失われる可能性があります。シリコーンベースの消泡剤は、強酸性または強アルカリ性の液体で分解する可能性のあるアニオン性乳化剤系とは異なり、非イオン系は広い pH 範囲にわたって安定を保つため、特に非イオン性乳化剤を配合して配合されています。
pH 範囲にわたる相対的な泡抑制効率
シリコーンベースの消泡剤の抑制効率は、上に示した pH 2 から pH 12 の範囲にわたって比較的平坦なままであり、両端ではわずかな低下のみですが、鉱物油系消泡剤は、pH が中性から遠ざかるにつれ、より着実な低下を示します。この安定性が、一般的に強アルカリ性であるパルプ液や酸性の特定の金属処理浴にシリコーン消泡剤が選ばれる主な理由です。
一般的な泡制御の問題のトラブルシューティング
投与後すぐに泡が戻る
これは通常、製品の故障ではなく、投与量がその液体の抑制閾値を下回っていることを示します。通常、推奨範囲内で投与量を段階的に増やすか、より高い有効成分グレードに切り替えると再発が解決します。
保管中にエマルジョンが分離する
分離は、凍結にさらされたり、推奨温度の上限を超えて保管したりすることで発生することがほとんどです。穏やかに再混合すると使いやすさが回復する場合がありますが、凍結した固体の容器は使用前に評価する必要があります。
塗膜に表面欠陥が現れる
コーティング配合物にシリコン消泡剤を過剰に添加すると、クレーターを解決するのではなく、クレーターを引き起こす可能性があります。通常、最終粉砕段階の前に、投与量をわずかに減らして添加点が発生していることを確認すると、これが修正されます。
高温では効果が低下する
バス温度の上昇に伴って汎用グレードが有効性を失う場合は、プロセスが使用温度の上限を超えていることを示しており、これ以上添加量を増やすのではなく、高温グレードにステップアップする必要があります。
特定の配合に対するカスタマイズ機能
プロセス条件は生産ラインごとに異なるため、単一の固定された製品に依存するのではなく、複数の軸で配合を調整できます。プロセスラインにすでに設置されている投与装置に合わせて、有効成分を増減できます。粘度は、自動計量ポンプに適した薄い自由流動性エマルションと、小さなバッチタンクでの手動注入に適した濃厚な濃縮ペーストの間で調整できます。乳化剤の選択は、硬水または特定のプロセス浴に含まれる特定の電解質の存在下で安定性を維持するシステムに移行できます。製剤が食品との接触要件を満たす必要がある場合、有効成分と用量の上限は、その使用例に適用される規制制限内に収まるように選択されます。包装は、施設が生産サイクルごとに消費する量に応じて、ドラム缶、IBC トート、または小さなペール缶の形式で手配できます。また、容器に独自のブランドを表示したい施設には、包装のプライベートラベルも利用できます。
梱包と保管のガイドライン
| パッケージサイズ | コンテナの種類 | 保管温度 | 賞味期限 |
|---|---|---|---|
| 25kg | プラスチックペール | 5℃~35℃ | 9~12ヶ月 |
| 200kg | スチール製またはプラスチック製のドラム | 5℃~35℃ | 9~12ヶ月 |
| 1000kg | IBCトート | 5℃~35℃ | 9~12ヶ月 |
凍結融解サイクルを繰り返すとエマルジョンが破壊され、不可逆的な分離が生じる可能性があるため、凍結は避けてください。長時間紫外線にさらされると乳化剤系が徐々に劣化し、有効期限が短くなる可能性があるため、容器は使用後すぐに密封し、直射日光を避けて保管する必要があります。
シリコーン消泡剤に関するよくある質問
シリコーン消泡剤を量産規模で作る方法
生産規模でのシリコーン消泡剤の製造は、目標粘度のベース シリコーン オイルを選択することから始まり、次に表面処理された疎水性シリカをブレンドして長期持続する泡抑制を構築します。このブレンドは、高せん断混合下で非イオン性乳化剤を使用して水中に分散され、液滴サイズが 1 ~ 5 ミクロンの範囲の安定したエマルションを形成します。保管および輸送中にエマルジョンを保護するために増粘剤と防腐剤が最終段階で添加され、その後、バッチが包装用にリリースされる前にフォームカラムテストが行われます。
シリコーン消泡剤は何に使用されますか
シリコーン消泡剤は、界面活性剤、撹拌、ガス発生により泡層が形成される液体プロセスにおいて、不要な泡を制御するために使用されます。一般的な用途には、製紙パルプとコーティング、繊維染色浴、水性コーティングとインク、廃水曝気タンク、発酵プロセス、接着剤製造、金属加工流体システムなどがあります。いずれの場合も、泡の泡を一緒に保持する表面張力を乱すのに少量しか必要としないため、液体の総量に対して低用量で添加されます。
シリコーン以外に消泡剤として使用できるもの
プロセスに応じて、いくつかの材料を消泡剤として使用できます。鉱物油ベースの消泡剤は、中程度の温度条件に適した低コストのオプションです。ポリエーテルタイプの消泡剤は優れた水溶性を備えており、生分解性が要求される水ベースのシステムによく選択されます。脂肪酸エステルベースの消泡剤は、食品関連の配合物によく使用されます。粉末シリカベースの消泡剤は、液体エマルションではなく固体担体が必要な場合に使用されます。各タイプはノックダウン速度、抑制期間、および温度耐性が異なるため、配合の選択は処理する特定の液体システムに依存します。
シリコーンを消泡剤として使用できますか
はい、シリコーンは消泡剤として使用できる最も効果的な材料の 1 つです。表面張力が低いため、発泡フィルム全体に急速に広がり、気泡構造を破壊できます。また、その化学的安定性により、多くの代替化学物質と比較して、幅広い pH および温度範囲にわたって機能します。シリコーンは、有効な消泡剤として単独で使用することも、特定の液体システムとの適合性を微調整するためにポリエーテルや脂肪酸エステルなどの他の成分とブレンドして使用することもできます。
工業的に使用されている最も一般的な消泡剤は何ですか
シリコーンベースの消泡剤とポリエーテルベースの消泡剤は、工業プロセス全体で最も広く使用されている 2 つのタイプです。シリコーン配合物は一般に、製紙、コーティング、廃水処理など、迅速なノックダウン、低用量、高温または幅広い pH 耐性が必要な場合に好まれます。ポリエーテル配合物は、特定の食品加工や環境に敏感な用途など、水溶性と生分解性が優先される場合によく選択されます。どちらを選択するかは、通常、処理される液体の温度、pH、粘度プロファイルによって決まります。
シリコーン系消泡剤とシリコーン系消泡剤の違いは何ですか
この 2 つの用語は、一般に同じクラスの製品を表すために同じ意味で使用されますが、「シリコーンベースの消泡剤」は、すぐに投与できる完成したエマルジョン製品を指すことが多く、「シリコーン消泡剤」は、他の添加剤を含む可能性のあるより広範な配合内の活性シリコーン成分を表すこともあります。実際には、両方とも、アクティブな泡制御メカニズムとして、シリコーン オイルと疎水性シリカを中心に構築された配合物を指します。
シリコーン消泡剤はどのように保管し、使用前に再混合する必要がありますか
シリコーン消泡剤は、約 5°C ~ 35°C で密封し、直射日光や氷点下の温度から保護して保管する必要があります。エマルジョンであるため、長期間の保管中に自然に小さな沈降が発生する可能性があるため、製品が均一に見える場合でも、投与前にドラムを軽くかき混ぜたり回転させたりすることをお勧めします。容器が凍結条件にさらされ、目に見える分離が見られる場合は、低剪断混合と組み合わせたゆっくりとしたウォームアップによって使用可能性を回復できる場合がありますが、性能に影響がないことを確認するために、バッチを完全な生産運転に投入する前に小規模の泡テストでバッチをチェックする必要があります。
配合を特定のプロセスラインに適合させる
適切なシリコーン消泡剤グレードの選択は、液体の使用温度、使用する pH 範囲、通常の動作撹拌下での基本溶液の発泡の程度を特定することから始まります。 90°C 未満で適度な発泡を伴うプロセスは、通常、汎用グレードで良好に機能しますが、染浴やホットパルプシステムなど、100°C を超える連続操作では、より高い割合で熱安定性シリコーンオイルを配合した高温グレードが必要になります。完成した液体が食品または規制製品と接触する場合、食品接触グレードは、効果的なノックダウンを実現しながら、有効成分と用量を許容範囲内に保ちます。外観が似ている 2 つの液体は、界面活性剤の量とミネラル含有量に応じて泡立ちが大きく異なる場合があるため、本格的な添加の前に実際のプロセス液体の少量のサンプルで適合性テストを行うことは、添加率と添加ポイントを確認する最も信頼できる方法です。
取り扱いと環境への配慮
シリコーン消泡剤エマルションは一般に危険性の低い物質として扱われますが、いくつかの実際的な予防措置を講じることで、製品と作業環境の両方を良好な状態に保ちます。エマルジョン表面での皮の形成を防ぎ、微生物の増殖の種となる可能性のある汚染物質の侵入を防ぐために、使用しないときは容器を密封しておく必要があります。シリコーンエマルジョンからの乾燥残留物により、時間の経過とともに供給ラインが徐々に狭くなり、投与精度が低下する可能性があるため、ポンプ、ドリップフィーダー、計量バルブなどの投与機器は定期的に洗浄する必要があります。シリコーン消泡剤は非常に低濃度で効果があるため、通常、プロセスラインの総液体スループットと比較して少量しか排出されません。また、食品接触グレードの配合物は、使用目的の許容残留限度内に収まるように特別に設計されています。硬い床にこぼれると、材料の表面張力が低いため滑りの危険が生じる可能性があるため、他の液体加工助剤に使用される標準的な封じ込めおよび清掃手順がここでも同様に適用されます。