Entschäumer
Entschäumer oder Schaumbekämpfungsmittel[1] sind chemische Formulierungen mit ausgeprägter Grenzflächenaktivität, die geeignet sind, unerwünschte Schaumbildung (z. B. bei der Abwasserreinigung, der Papierherstellung, beim Waschvorgang in Waschmaschinen, beim Lackieren, bei Fermentationsprozessen) zu unterdrücken oder bereits gebildeten Schaum zu zerstören. Dabei wird teilweise zwischen Entschäumern (verhindern die Entstehung von Schaum bzw. lösen Schaum auf) und Entlüftern (bringen die Luftblasen schneller an die Oberfläche) unterschieden.[2] Der ähnliche Begriff Schaumverhüter bezieht sich fast ausschließlich auf den Bereich der Lebensmitteltechnologie und beschreibt prinzipiell identisch wirkende Stoffe oder Gemische.[3]
Sehr verschiedene Substanzklassen können als Entschäumer wirken.
Mono- und Diglyceride von Fettsäuren
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Häufig werden Mono- und Diglyceride eingesetzt.[4]
Strukturformel eines 2-Monoglycerids – Verwendung als Entschäumer in Lebensmitteln
Strukturformel eines 1,2-Diglycerids – Verwendung als Entschäumer in Lebensmitteln
Strukturformel eines Triglycerids – Bestandteil vieler Lebensmittel
Trübungspunktentschäumer / Polyether
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Es gibt homogene Entschäumer, d. h. Entschäumer, die in der schäumenden Flotte gelöst vorliegen (z. B. so genannte Trübungspunkt-Entschäumer) aus der Klasse der Phosphorsäureester:
Polyether können bei der Entschäumung von Rohöl eingesetzt werden[5][6]. Siliconpolyether können ebenfalls als Trübungspunkt-Entschäumer wirken[7][8].
Auf unlöslichem Öl basierende Entschäumer
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Weite Verbreitung finden sog. Compounds aus Mineralölen oder Silikonölen z. B. Dimethylpolysiloxan und darin implementierten Kieselsäure-Partikeln. Hierbei handelt es sich um heterogene Entschäumer, da diese Systeme im schäumenden Medium unlöslich sind[4].
Mechanismus
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Für die Wirkung von Entschäumern auf schäumende Systeme werden verschiedene Mechanismen diskutiert. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Spreitung (Maß für die Fähigkeit von Ölen und ähnlichen Substanzen, sich flächig auszubreiten) eines in die Oberfläche einer Schaumlamelle eingedrungenen Entschäumer-Öltröpfchens. Der Einbau von z. B. Kieselsäure-Partikeln in Silikon-Entschäumer dient dabei dem Zweck, den Eintritt der dispergierten Öltröpfchen in die Grenzfläche Wasser/Luft zu beschleunigen bzw. überhaupt zu ermöglichen.[9]
Für Entschäumer, die auf unlöslichen Öl basieren wird von Garret und Denkov[10] folgender Mechanismus vorgeschlagen:
A: Das Entschäumertröpfchen wandert zu dem asymmetrischen Film (Luft/Tensid/Wasser)
B: Das Entschäumertröpfchen dringt in den asymmetrischen Film ein.
C: Das Entschäumertröpfchen bildet eine Brücke (Bridging)
C1: Es findet eine Entnetzung am Tröpfchen statt (Bridging Dewetting)
C2: Die Brücke dehnt sich und reißt (Bridging Stretching)
Dabei sind folgende thermodynamische Bedingungen wirksam:
Eintrittskoeffizient
E = σ(AW) + σ(OW) – σ(OA)
E muss positiv sein, um Tropfeneintritt zu ermöglichen
Verbrückungskoeffizient
B = σ(AW)2 + σ(OW)2 – σ(OA)2
B muss positiv sein, um instabile Brücken zu bilden. Ist B negativ
Spreitungskoeffizient
S = σ(AW) - σ(OW) – σ(OA)
Die meisten entschäumend wirkenden Öle haben einen positiven Spreitungskoeffizient S.
Dabei bedeuten:
σ(AW) Grenzflächenspannung Luft/Wasser
σ(OW) Grenzflächenspannung Öl/Wasser
σ(OA) Grenzflächenspannung Öl/Luft
Beim Eintritt des Tröpfchens in den asymmetrischen Film muss der der kritische Spaltdruck überwunden werden. Diese kinetische Barriere wird durch die Kieselsäure im Simeticon herabgesetzt. Die Gegenwart von Kieselsäure beeirkt den Unterschied von schnellen und langsamen Entschäumern[10].
Einzelnachweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ Eintrag zu Entschäumer. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 15. August 2015.
- ↑ Bodo Müller: Additive kompakt. 2008, ISBN 978-3-86630-915-9 (Seite 54 in der Google-Buchsuche).
- ↑ Eintrag zu Schaumverhütungsmittel. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 15. August 2015.
- 1 2 Georg Schwedt: Chemie im Alltag für Dummies. 2010, ISBN 978-3-527-70318-0 (Seite 102 in der Google-Buchsuche).
- ↑ Danielle A. Rezende, Rafael R. Bittencourt, Claudia R.E. Mansur: Evaluation of the efficiency of polyether-based antifoams for crude oil. In: Journal of Petroleum Science and Engineering. Band 76, Nr. 3-4, März 2011, S. 172–177, doi:10.1016/j.petrol.2011.01.009.
- ↑ E. Cevada, K. Roos, F. Alvarez, S. Carlotti, F. Vázquez: High molar mass polyethers as defoamers of heavy crude oil. In: Fuel. Band 221, 1. Juni 2018, S. 447–454, doi:10.1016/j.fuel.2018.02.136.
- ↑ Zsolt Németh, György Rácz, Kalman Koczo: Foam Control by Silicone Polyethers—Mechanisms of “Cloud Point Antifoaming”. In: Journal of Colloid and Interface Science. Band 207, Nr. 2, 15. November 1998, S. 386–394, doi:10.1006/jcis.1998.5777.
- ↑ Ratchadaporn Chaisaleea, Sukhwan Soontravanichb, Nantaya Yanumeta, and John F. Scamehornb,*Mechanism of Antifoam Behavior of Solutions of Nonionic Surfactants Above the Cloud Point, Journal of Surfactants and Detergents, Vol. 6, No. 4 (October 2003)
- ↑ Thomas Brock, Michael Groteklaes, Peter Mischke: Lehrbuch der Lacktechnologie. 2000, ISBN 978-3-87870-569-7 (Seite 166 in der Google-Buchsuche).
- 1 2 N. Denkov, Mechanisms of Foam Destruction by Oil-Based Antifoams, Langmuir 2004, 20, 9463–9505, doi:10.1021/la049676o
Literatur
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Peter R. Garrett (Hrsg.) The Science of Defoaming: Theory, Experiment and Applications (Surfactant Science, 155), CRC Press Revised ed.2013, ISBN 978-1420060416