Mekanismen bak råoljedemulgatorer er forankret i faseoverføring-revers-deformasjonsprinsippet. Ved tilsetning av en demulgator oppstår en faseovergang: overflateaktive stoffer som er i stand til å generere en emulsjonstype motsatt den som dannes av emulgatoren (kjent som reversfasedemulgatorer) oppstår. Slike demulgatorer reagerer med hydrofobe emulgatorer for å danne komplekser, og dermed fratar emulgatoren dens emulgerende kapasitet.
En annen mekanisme er kollisjonsindusert brudd i grenseflatefilmen. Under oppvarming eller omrøring har demulgatoren god mulighet til å kollidere med grenseflatefilmen i emulsjonen, enten ved å adsorbere på den eller ved å fortrenge og erstatte deler av de overflateaktive stoffene, og dermed sprekke filmen. Dette reduserer stabiliteten drastisk, noe som fører til flokkulering og koalesens som fører til demulgering.
Råoljeemulsjoner oppstår ofte i produksjon og raffinering av petroleumsprodukter. De fleste av verdens primære råoljer utvinnes i emulgert tilstand. En emulsjon består av minst to ikke-blandbare væsker, hvorav den ene er fint dispergert – dråper omtrent 1 μm i diameter – i den andre.
En av disse væskene er vanligvis vann, den andre vanligvis olje. Olje kan være så fint dispergert i vann at emulsjonen blir av typen olje-i-vann (O/W), hvor vann er den kontinuerlige fasen og olje den dispergerte fasen. Omvendt, hvis olje danner den kontinuerlige fasen og vann den dispergerte fasen, er emulsjonen av typen vann-i-olje (W/O) – de fleste råoljeemulsjoner tilhører denne sistnevnte kategorien.
Vannmolekyler tiltrekker hverandre, i likhet med oljemolekyler; men mellom individuelle vann- og oljemolekyler eksisterer det en frastøtende kraft som er aktiv ved grensesnittet deres. Overflatespenning minimerer grensesnittarealet, slik at dråper i en vann/olje-emulsjon har en tendens til å bli sfæriske. Dessuten favoriserer individuelle dråper aggregering, hvis totale overflateareal er mindre enn summen av separate dråpearealer. Dermed er en emulsjon av rent vann og ren olje iboende ustabil: den dispergerte fasen graviterer mot koalesens og danner to separate lag når grensesnittfrastøtning motvirkes – for eksempel ved akkumulering av spesialkjemikalier ved grensesnittet, noe som senker overflatespenningen. Teknologisk utnytter mange bruksområder denne effekten ved å tilsette velkjente emulgatorer for å produsere stabile emulsjoner. Ethvert stoff som stabiliserer en emulsjon på denne måten, må ha en kjemisk struktur som muliggjør samtidig interaksjon med både vann- og oljemolekyler – det vil si at det bør inneholde en hydrofil gruppe og en hydrofob gruppe.
Råoljeemulsjoner skyldes sin stabilitet til naturlige stoffer i oljen, ofte med polare grupper som karboksyl- eller fenolgrupper. Disse kan eksistere som løsninger eller kolloidale dispersjoner, og utøve særlig innflytelse når de er festet til grenseflater. I slike tilfeller dispergerer de fleste partiklene seg i oljefasen og akkumuleres ved olje-vann-grensesnittet, og justerer seg side om side med sine polare grupper orientert mot vannet. Et fysisk stabilt grenseflatesjikt dannes dermed, som ligner en fast kappe som ligner et partikkellag eller parafinkrystallgitter. For det blotte øye manifesterer dette seg som et belegg som omslutter grenseflatesjiktet. Denne mekanismen forklarer aldringen av råoljeemulsjoner og vanskeligheten med å bryte dem ned.
I de senere år har forskning på demulgeringsmekanismer for råoljeemulsjoner i stor grad fokusert på finskalaundersøkelser av dråpekoalesensprosesser og virkningen av demulgatorer på grenseflatenes reologiske egenskaper. Likevel, fordi virkningen av demulgatorer på emulsjoner er svært kompleks, og til tross for omfattende studier på dette feltet, har det ikke dukket opp noen enhetlig teori om demulgeringsmekanisme.
Flere mekanismer er for tiden anerkjent:
③ Løselighetsmekanisme – Et enkelt molekyl eller noen få molekyler av demulgatoren kan danne miceller; disse makromolekylære spolene eller micellene løser opp emulgatormolekyler, noe som utløser nedbrytningen av emulgert råolje.
④ Foldet deformasjonsmekanisme – Mikroskopiske observasjoner viser at vann/olje-emulsjoner har doble eller flere vannskall, med oljeskall klemt mellom dem. Under den kombinerte effekten av oppvarming, omrøring og demulgatorvirkning blir de indre lagene av dråper sammenkoblet, noe som fører til dråpekoalesens og demulgering.
I tillegg antyder innenlandsk forskning på demulgeringsmekanismer for O/W-emulgerte råoljesystemer at en ideell demulgator må oppfylle følgende kriterier: sterk overflateaktivitet; god fukteevne; tilstrekkelig flokkuleringskraft; og effektiv koaleseringsevne.
Demulgatorer finnes i et stort utvalg; klassifisert etter typer overflateaktive midler, inkluderer de kationiske, anioniske, ikke-ioniske og zwitterioniske varianter.
Anioniske demulgatorer: karboksylater, sulfonater, polyoksyetylenfettsyresulfatestere, etc. – ulemper inkluderer høy dosering, dårlig effekt og mottakelighet for redusert ytelse i nærvær av elektrolytter.
Kationiske demulgatorer: hovedsakelig kvaternære ammoniumsalter – effektive for lette oljer, men uegnet for tunge eller aldrede oljer.
Ikke-ioniske demulgatorer: blokk-kopolymerer initiert av aminer; blokk-kopolymerer initiert av alkoholer; alkylfenol-formaldehydharpiks-blokk-kopolymerer; fenol-amin-formaldehydharpiks-blokk-kopolymerer; silikonbaserte demulgatorer; demulgatorer med ultrahøy molekylvekt; polyfosfater; modifiserte blokk-kopolymerer; og zwitterioniske demulgatorer representert ved imidazolinbaserte råolje-demulgatorer.
Publiseringstid: 04. des. 2025