Mekanismen bakom råoljedemulgeringsmedel är förankrad i principen om fasöverföring-omvänd deformation. Vid tillsats av ett demulgeringsmedel sker en fasövergång: tensider som kan generera en emulsionstyp som är motsatt den som bildas av emulgeringsmedlet (kända som omvändfasdemulgeringsmedel) uppstår. Sådana demulgeringsmedel reagerar med hydrofoba emulgeringsmedel för att bilda komplex, varigenom emulgeringsmedlet förlorar dess emulgerande förmåga.
En annan mekanism är kollisionsinducerad bristning av gränsskiktet. Under uppvärmning eller omrörning har demulgeringsmedlet gott om möjligheter att kollidera med emulsionens gränsskikt, antingen genom att adsorbera på det eller genom att tränga undan och ersätta delar av de ytaktiva ämnena, vilket leder till att skiktet brister. Detta minskar drastiskt stabiliteten, vilket leder till flockulering och koalescens som leder till demulgering.
Råoljeemulsioner uppstår ofta vid produktion och raffinering av petroleumprodukter. De flesta av världens primära råoljor utvinns i emulgerat tillstånd. En emulsion består av minst två oblandbara vätskor, varav den ena är fint dispergerad – droppar med en diameter på ungefär 1 μm – i den andra.
En av dessa vätskor är vanligtvis vatten, den andra vanligtvis olja. Olja kan vara så fint dispergerad i vatten att emulsionen blir av typen olja-i-vatten (O/W), där vatten är den kontinuerliga fasen och olja den dispergerade fasen. Omvänt, om olja bildar den kontinuerliga fasen och vatten den dispergerade fasen, är emulsionen av typen vatten-i-olja (W/O) – de flesta råoljeemulsioner tillhör den senare kategorin.
Vattenmolekyler attraherar varandra, liksom oljemolekyler; ändå finns det en repulsiv kraft mellan enskilda vatten- och oljemolekyler som är aktiv vid deras gränssnitt. Ytspänning minimerar gränssnittsarean, så droppar i en vatten/olja-emulsion tenderar mot sfäriskhet. Dessutom gynnar enskilda droppar aggregation, vars totala ytarea är mindre än summan av separata droppareor. Således är en emulsion av rent vatten och ren olja i sig instabil: den dispergerade fasen graviterar mot koalescens och bildar två separerade lager när gränssnittsrepulsionen motverkas – till exempel genom ansamling av specialkemikalier vid gränssnittet, vilket sänker ytspänningen. Tekniskt sett utnyttjar många tillämpningar denna effekt genom att tillsätta välkända emulgeringsmedel för att producera stabila emulsioner. Varje substans som stabiliserar en emulsion på detta sätt måste ha en kemisk struktur som möjliggör samtidig interaktion med både vatten- och oljemolekyler – det vill säga, den bör innehålla en hydrofil grupp och en hydrofob grupp.
Råoljeemulsioner har sin stabilitet att tacka för naturliga ämnen i oljan, ofta med polära grupper såsom karboxyl- eller fenolgrupper. Dessa kan existera som lösningar eller kolloidala dispersioner, och utövar särskilt stor inverkan när de fästs vid gränssnitt. I sådana fall dispergeras de flesta partiklar i oljefasen och ackumuleras vid gränssnittet mellan olja och vatten, och ligger sida vid sida med sina polära grupper orienterade mot vattnet. Ett fysikaliskt stabilt gränssnittsskikt bildas således, liknande en fast mantel som liknar ett partikelskikt eller paraffinkristallgitter. För blotta ögat manifesterar sig detta som en beläggning som omsluter gränssnittsskiktet. Denna mekanism förklarar åldrandet av råoljeemulsioner och svårigheten att bryta dem.
Under senare år har forskningen om demulgeringsmekanismer för råoljeemulsioner i stor utsträckning fokuserat på finskaliga undersökningar av droppbildningsprocesser och demulgeringsmedels inverkan på gränssnittets reologiska egenskaper. Eftersom demulgeringsmedels verkan på emulsioner är mycket komplex, och trots omfattande studier inom detta område, har ingen enhetlig teori om demulgeringsmekanismen framkommit.
Flera mekanismer är för närvarande erkända:
③ Löslighetsmekanism – En enskild molekyl eller några få molekyler av demulgeringsmedlet kan bilda miceller; dessa makromolekylära spolar eller miceller löser upp emulgeringsmedelsmolekyler, vilket påskyndar nedbrytningen av emulgerad råolja.
④ Vikningsdeformationsmekanism – Mikroskopiska observationer visar att vatten/olja-emulsioner har dubbla eller flera vattenskal, med oljeskal inklämda mellan dem. Under de kombinerade effekterna av uppvärmning, omrörning och demulgeringsmedelsverkan sammankopplas de inre skikten av droppar, vilket leder till droppkoalescens och demulgering.
Dessutom tyder inhemsk forskning om demulgeringsmekanismer för O/W-emulgerade råoljesystem på att en idealisk demulgeringsmedel måste uppfylla följande kriterier: stark ytaktivitet; god vätningsprestanda; tillräcklig flockuleringskraft; och effektiv koalesceringsförmåga.
Demulgeringsmedel finns i en stor variation; klassificerade efter typer av tensider inkluderar de katjoniska, anjoniska, nonjoniska och zwitterjoniska varianter.
Anjoniska demulgeringsmedel: karboxylater, sulfonater, polyoxietylenfettsyrasulfatestrar etc. – nackdelar inkluderar hög dosering, dålig effektivitet och känslighet för minskad prestanda i närvaro av elektrolyter.
Katjoniska demulgeringsmedel: huvudsakligen kvartära ammoniumsalter – effektiva för lätta oljor men olämpliga för tunga eller åldrade oljor.
Nonjoniska demulgeringsmedel: blocksampolymerer initierade av aminer; blocksampolymerer initierade av alkoholer; alkylfenol-formaldehydhartsblocksampolymerer; fenol-amin-formaldehydhartsblocksampolymerer; silikonbaserade demulgeringsmedel; demulgeringsmedel med ultrahög molekylvikt; polyfosfater; modifierade blocksampolymerer; och zwitterjoniska demulgeringsmedel representerade av imidazolinbaserade råoljedemulgeringsmedel.
Publiceringstid: 4 december 2025