Toornafta deemulgaatorite mehhanism põhineb faasiülekande ja pöörddeformatsiooni põhimõttel. Deemulgaatori lisamisel toimub faasisiire: tekivad pindaktiivsed ained, mis on võimelised moodustama emulgaatori poolt moodustatud emulsioonitüübile vastupidise emulsioonitüübi (tuntud kui pöördfaasi deemulgaatorid). Sellised deemulgaatorid reageerivad hüdrofoobsete emulgaatoritega, moodustades komplekse, mis eemaldavad emulgaatorilt emulgeerimisvõime.
Teine mehhanism on kokkupõrkest tingitud faasidevahelise kile purunemine. Kuumutamise või segamise tingimustes on deemulgaatoril piisavalt võimalusi emulsiooni faasidevahelise kilega kokku põrgata, kas adsorbeerudes sellele või pindaktiivsete ainete osasid välja tõrjudes ja asendades, mis omakorda kile purustab. See vähendab drastiliselt stabiilsust, põhjustades flokulatsiooni ja koalestsentsi, mis omakorda viivad deemulgatsioonini.
Toornafta emulsioonid tekivad sageli naftatoodete tootmisel ja rafineerimisel. Enamik maailma toornaftadest saadakse emulgeeritud olekus. Emulsioon koosneb vähemalt kahest segunematust vedelikust, millest üks on peenelt hajutatud – umbes 1 μm läbimõõduga tilgad – teise sees.
Üks neist vedelikest on tavaliselt vesi, teine tavaliselt õli. Õli võib olla vees nii peeneks dispergeeritud, et emulsioon muutub õli-vees (O/W) tüüpi, kus vesi on pidev faas ja õli dispergeeritud faas. Vastupidiselt, kui õli moodustab pideva faasi ja vesi dispergeeritud faasi, on emulsioon vesi-õlis (W/O) tüüpi – enamik toornafta emulsioone kuulub viimasesse kategooriasse.
Veemolekulid tõmbuvad üksteise poole, nagu ka õlimolekulid; ometi toimib üksikute vee- ja õlimolekulide vahel nende liidesel tõukejõud. Pindpinevus minimeerib liidese pindala, seega kalduvad vesi-õli-emulsioonis olevad tilgad sfäärilisuse poole. Lisaks soodustavad üksikud tilgad agregatsiooni, mille kogupindala on väiksem kui eraldi tilkade pindalade summa. Seega on puhta vee ja puhta õli emulsioon oma olemuselt ebastabiilne: dispergeeritud faas kaldub koalestsentsi poole, moodustades kaks eraldatud kihti, kui liidese tõukumine on neutraliseeritud – näiteks spetsiaalsete kemikaalide kogunemisega liidesele, mis vähendab pindpinevust. Tehnoloogiliselt rakendavad paljud rakendused seda efekti, lisades tuntud emulgaatoreid stabiilsete emulsioonide saamiseks. Igal ainel, mis emulsiooni sel viisil stabiliseerib, peab olema keemiline struktuur, mis võimaldab samaaegset interaktsiooni nii vee- kui ka õlimolekulidega – see tähendab, et see peaks sisaldama hüdrofiilset rühma ja hüdrofoobset rühma.
Toornafta emulsioonide stabiilsus tuleneb õlis sisalduvatest looduslikest ainetest, mis sageli sisaldavad polaarseid rühmi, näiteks karboksüül- või fenoolrühmi. Need võivad esineda lahuste või kolloidsete dispersioonidena, avaldades erilist mõju piirpindadele kinnitudes. Sellistel juhtudel hajub enamik osakesi õlifaasis ja akumuleerub õli-vee piirpinnale, joondudes kõrvuti oma polaarsete rühmadega, mis on suunatud vee poole. Nii moodustub füüsikaliselt stabiilne faasidevaheline kiht, mis sarnaneb tahkele kestale, mis meenutab osakeste kihti või parafiini kristallvõret. Palja silmaga ilmneb see kattekihina, mis katab faasidevahelist kihti. See mehhanism selgitab toornafta emulsioonide vananemist ja nende lagundamise raskust.
Viimastel aastatel on toornafta emulsioonide deemulgeerimise mehhanismide uuringud keskendunud peamiselt tilkade koalestsentsprotsesside peenemahulisele uurimisele ja deemulgaatorite mõjule faasidevahelistele reoloogilistele omadustele. Kuna deemulgaatorite toime emulsioonidele on väga keeruline ja vaatamata ulatuslikele uuringutele selles valdkonnas, pole ühtset deemulgeerimise mehhanismi teooriat tekkinud.
Praeguseks on teada mitu mehhanismi:
③ Lahustumismehhanism – Üks või mitu deemulgaatori molekuli võivad moodustada mitselle; need makromolekulaarsed ahelad ehk mitsellid lahustavad emulgaatori molekule, kiirendades emulgeeritud toornafta lagunemist.
④ Volditud deformatsiooni mehhanism – mikroskoopilised vaatlused näitavad, et vesi-õli-emulsioonidel on kahe- või mitmekordne veekoor, mille vahel on õlikoored. Kuumutamise, segamise ja deemulgaatori toime koosmõjul ühenduvad tilkade sisemised kihid omavahel, mis viib tilkade ühinemiseni ja deemulgatsioonini.
Lisaks näitavad siseriiklikud uuringud õli- ja veepõhise emulgeeritud toornafta süsteemide deemulgeerimismehhanismide kohta, et ideaalne deemulgaator peab vastama järgmistele kriteeriumidele: tugev pinnaaktiivsus; hea niisutusvõime; piisav flokuleerimisvõime; ja efektiivne koalestseerimisvõime.
Deemulgaatoreid on väga erinevaid; pindaktiivsete ainete tüüpide järgi klassifitseeritakse need katioonseteks, anioonseteks, mitteioonseteks ja tsvitterioonseteks variantideks.
Anioonsed deemulgaatorid: karboksülaadid, sulfonaadid, polüoksüetüleenrasvhappe sulfaatestrid jne – puuduste hulka kuuluvad suur annus, halb efektiivsus ja kalduvus vähenenud jõudlusele elektrolüütide juuresolekul.
Katioonsed deemulgaatorid: peamiselt kvaternaarsed ammooniumsoolad – tõhusad kergete õlide puhul, kuid ei sobi raskete või vanandatud õlide jaoks.
Mitteioonsed deemulgaatorid: amiinidega initsieeritud plokk-kopolümeerid; alkoholidega initsieeritud plokk-kopolümeerid; alküülfenool-formaldehüüdvaigu plokk-kopolümeerid; fenool-amiin-formaldehüüdvaigu plokk-kopolümeerid; silikoonil põhinevad deemulgaatorid; ülikõrge molekulmassiga deemulgaatorid; polüfosfaadid; modifitseeritud plokk-kopolümeerid; ja tsvitterioonsed deemulgaatorid, mida esindavad imidasoliinil põhinevad toornafta deemulgaatorid.
Postituse aeg: 04. detsember 2025