Il meccanismo d'azione dei demulsionanti per il petrolio greggio si basa sul principio di trasferimento di fase e deformazione inversa. Con l'aggiunta di un demulsionante, si verifica una transizione di fase: si formano tensioattivi in grado di generare un tipo di emulsione opposto a quello formato dall'emulsionante (noti come demulsionanti a fase inversa). Tali demulsionanti reagiscono con gli emulsionanti idrofobici formando complessi, privando così l'emulsionante della sua capacità emulsionante.
Un altro meccanismo è la rottura del film interfacciale indotta dalla collisione. In condizioni di riscaldamento o agitazione, il demulsionante ha ampie possibilità di collidere con il film interfacciale dell'emulsione, adsorbendosi su di esso o spostando e sostituendo porzioni delle sostanze tensioattive, rompendo così il film. Ciò riduce drasticamente la stabilità, favorendo la flocculazione e la coalescenza che portano alla demulsificazione.
Le emulsioni di petrolio greggio si formano frequentemente durante la produzione e la raffinazione dei prodotti petroliferi. La maggior parte del petrolio greggio primario mondiale viene estratto allo stato emulsionato. Un'emulsione è costituita da almeno due liquidi immiscibili, uno dei quali è finemente disperso – in goccioline di circa 1 μm di diametro – all'interno dell'altro.
Uno di questi liquidi è tipicamente acqua, l'altro solitamente olio. L'olio può essere disperso in acqua in modo così fine che l'emulsione diventa del tipo olio in acqua (O/W), dove l'acqua è la fase continua e l'olio la fase dispersa. Viceversa, se l'olio costituisce la fase continua e l'acqua la fase dispersa, l'emulsione è del tipo acqua in olio (W/O): la maggior parte delle emulsioni di petrolio greggio appartengono a quest'ultima categoria.
Le molecole d'acqua si attraggono reciprocamente, così come le molecole d'olio; tuttavia, tra le singole molecole d'acqua e d'olio esiste una forza repulsiva attiva alla loro interfaccia. La tensione superficiale minimizza l'area interfacciale, quindi le goccioline in un'emulsione acqua in olio tendono ad assumere una forma sferica. Inoltre, le singole goccioline favoriscono l'aggregazione, la cui area superficiale totale è inferiore alla somma delle aree delle singole goccioline. Pertanto, un'emulsione di acqua pura e olio puro è intrinsecamente instabile: la fase dispersa tende a coalescere, formando due strati separati una volta che la repulsione interfacciale viene contrastata, ad esempio mediante l'accumulo di sostanze chimiche specifiche all'interfaccia, che riducono la tensione superficiale. Dal punto di vista tecnologico, molte applicazioni sfruttano questo effetto aggiungendo emulsionanti ben noti per produrre emulsioni stabili. Qualsiasi sostanza in grado di stabilizzare un'emulsione in questo modo deve possedere una struttura chimica che consenta l'interazione simultanea sia con le molecole d'acqua che con quelle d'olio, ovvero deve contenere un gruppo idrofilo e un gruppo idrofobo.
Le emulsioni di petrolio greggio devono la loro stabilità alle sostanze naturali presenti nel petrolio, spesso recanti gruppi polari come gruppi carbossilici o fenolici. Queste possono esistere in soluzione o in dispersione colloidale, esercitando un'influenza particolare quando sono legate alle interfacce. In questi casi, la maggior parte delle particelle si disperde nella fase oleosa e si accumula all'interfaccia olio-acqua, allineandosi fianco a fianco con i gruppi polari orientati verso l'acqua. Si forma così uno strato interfacciale fisicamente stabile, simile a una guaina solida che ricorda uno strato particellare o un reticolo cristallino di paraffina. A occhio nudo, questo si manifesta come un rivestimento che avvolge lo strato interfacciale. Questo meccanismo spiega l'invecchiamento delle emulsioni di petrolio greggio e la difficoltà di romperle.
Negli ultimi anni, la ricerca sui meccanismi di demulsificazione delle emulsioni di petrolio greggio si è concentrata in gran parte sull'analisi dettagliata dei processi di coalescenza delle goccioline e sull'impatto dei demulsionanti sulle proprietà reologiche interfacciali. Tuttavia, poiché l'azione dei demulsionanti sulle emulsioni è estremamente complessa, e nonostante gli ampi studi condotti in questo campo, non è ancora emersa una teoria unificata del meccanismo di demulsificazione.
Attualmente sono riconosciuti diversi meccanismi:
③ Meccanismo di solubilizzazione: una singola molecola o poche molecole del demulsionante possono formare micelle; queste catene macromolecolari o micelle solubilizzano le molecole dell'emulsionante, provocando la decomposizione del petrolio greggio emulsionato.
④ Meccanismo di deformazione ripiegata – Le osservazioni microscopiche rivelano che le emulsioni W/O possiedono doppi o multipli strati di acqua, con strati di olio interposti tra di essi. Sotto l'effetto combinato di riscaldamento, agitazione e azione demulsionante, gli strati interni delle goccioline si interconnettono, portando alla coalescenza delle goccioline e alla demulsificazione.
Inoltre, la ricerca nazionale sui meccanismi di demulsificazione per i sistemi di petrolio greggio emulsionato O/W suggerisce che un demulsionante ideale deve soddisfare i seguenti criteri: elevata attività superficiale; buone prestazioni di bagnatura; sufficiente potere flocculante; ed efficace capacità di coalescenza.
I demulsionanti sono disponibili in una grande varietà; classificati in base al tipo di tensioattivo, includono varietà cationiche, anioniche, non ioniche e zwitterioniche.
Demulsionanti anionici: carbossilati, solfonati, esteri solfati di acidi grassi poliossietilenici, ecc. — gli svantaggi includono dosaggi elevati, scarsa efficacia e suscettibilità a una riduzione delle prestazioni in presenza di elettroliti.
Demulsionanti cationici: principalmente sali di ammonio quaternario, efficaci per oli leggeri ma inadatti a oli pesanti o invecchiati.
Demulsionanti non ionici: copolimeri a blocchi iniziati da ammine; copolimeri a blocchi iniziati da alcoli; copolimeri a blocchi di resina alchilfenolo-formaldeide; copolimeri a blocchi di resina fenolo-ammina-formaldeide; demulsionanti a base di silicone; demulsionanti ad altissimo peso molecolare; polifosfati; copolimeri a blocchi modificati; e demulsionanti zwitterionici rappresentati da demulsionanti per petrolio greggio a base di imidazolina.
Data di pubblicazione: 4 dicembre 2025