Eliminando a espuma: como escolher um agente antiespumante?
A ocorrência de espuma geralmente causa inconveniência e problemas na produção industrial e na vida cotidiana, portanto, encontrar um método eficaz de remoção de espuma se tornou fundamental.
Os métodos de remoção de espuma podem ser divididos em duas categorias: físicos e químicos.
Do ponto de vista físico, muitos métodos podem ser usados para eliminar a espuma. Por exemplo, defletores ou filtros podem ser usados para impedir mecanicamente a formação e a sobrevivência da espuma; a agitação mecânica pode ser usada para quebrar a estabilidade da espuma por meio de forças externas; os efeitos eletrostáticos podem alterar a distribuição de carga da espuma e promover sua ruptura; o congelamento e o aquecimento podem afetar as propriedades físicas da espuma do ponto de vista das mudanças de temperatura, respectivamente, destruindo a estabilidade do filme de espuma; Vapor, radiação, centrifugação de alta velocidade, pressurização e despressurização, vibração de alta frequência, descarga instantânea e ultrassom (controle de líquido por ondas sonoras) podem, em graus variados, aumentar a permeabilidade do gás em ambas as extremidades do filme líquido, acelerar a expulsão do filme de bolhas e fazer com que o coeficiente de estabilidade da espuma seja menor do que seu coeficiente de atenuação, reduzindo gradualmente a quantidade de espuma. No entanto, esses métodos físicos são claramente limitados por fatores ambientais, e é difícil atingir um alto nível de eficiência na remoção de espuma. No entanto, eles têm a vantagem de serem ecologicamente corretos e de terem uma alta taxa de reciclagem, portanto, ainda são valiosos em alguns cenários em que os requisitos ambientais são rigorosos.
Os métodos de remoção de espuma química incluem principalmente métodos de reação química e métodos de adição de antiespumante. Os métodos de reação química envolvem a adição de reagentes específicos ao sistema de espuma para causar uma reação química com o agente espumante, gerando substâncias insolúveis em água, reduzindo assim a concentração de surfactante no filme líquido e, por fim, causando a quebra da espuma. Entretanto, esse método enfrenta o dilema da dificuldade de determinar a composição do agente espumante, e as substâncias insolúveis produzidas podem danificar o equipamento do sistema. Atualmente, em vários setores, a adição de antiespumantes é o meio mais amplamente utilizado para a formação de espuma. Sua maior vantagem é a alta eficiência antiespumante e a extrema facilidade de uso, mas o segredo é encontrar um produto antiespumante adequado e altamente eficaz.
O princípio de funcionamento dos antiespumantes pode assumir várias formas. Uma forma é reduzir a tensão superficial local da espuma. Por exemplo, a pulverização de álcoois ou óleos vegetais de alta qualidade na espuma, quando dissolvidos no líquido da espuma, pode reduzir significativamente a tensão superficial local. Como essas substâncias têm baixa solubilidade em água, a redução da tensão superficial é limitada à área local da espuma, e a tensão superficial ao redor dela permanece praticamente inalterada. A parte da tensão superficial que foi reduzida é fortemente puxada para os arredores e se expande até que a espuma se rompa. Tomemos como exemplo alguns vasos de reação na produção de produtos químicos. Durante a reação, é gerada uma grande quantidade de espuma. Se uma quantidade moderada de álcool antiespumante de alta qualidade for adicionada, a estabilidade da espuma pode ser efetivamente destruída, de modo que a reação possa prosseguir sem problemas. Em segundo lugar, depois que o antiespumante for adicionado ao sistema de espuma, ele se espalhará pela interface gás-líquido, destruindo a capacidade do surfactante com estabilidade de espuma de restaurar a elasticidade do filme, fazendo com que as bolhas se rompam. Terceiro, os antiespumantes podem promover a descarga de filmes líquidos. A taxa de descarga da espuma está intimamente relacionada à estabilidade da espuma. As substâncias que podem acelerar a descarga da espuma também podem ter um efeito antiespumante. Quarto, as partículas sólidas hidrofóbicas adicionadas à superfície das bolhas atrairão as extremidades hidrofóbicas dos surfactantes, tornando as partículas hidrofóbicas hidrofílicas e entrando na fase aquosa, rompendo assim as bolhas. Esse princípio pode ser usado em alguns processos de tratamento de esgoto para eliminar a espuma por meio da adição de partículas sólidas hidrofóbicas específicas. Em quinto lugar, algumas substâncias de baixo peso molecular que podem ser totalmente misturadas à solução, como álcoois como octanol, etanol e propanol, podem dissolver o surfactante na superfície da bolha, reduzindo sua concentração efetiva. Eles não só podem reduzir a concentração de surfactante na camada superficial, como também podem se dissolver na camada de adsorção do surfactante, enfraquecendo a estabilidade da espuma. Em sexto lugar, no caso de líquidos espumantes que dependem da interação da camada elétrica dupla do tensoativo na espuma para produzir estabilidade, a adição de um eletrólito comum pode destruir a camada elétrica dupla do tensoativo para atingir o objetivo de antiespumante.
Os antiespumantes comuns podem ser divididos em silicone (resina), surfactante, parafina e óleo mineral com base em sua composição. Os antiespumantes de silicone, também conhecidos como antiespumantes emulsificantes, são usados para emulsionar resinas de silicone em água com a ajuda de emulsificantes (surfactantes) e, em seguida, adicioná-los à água residual. O pó fino de sílica é outro tipo de antiespumante de silicone com excelentes propriedades antiespumantes. Os antiespumantes surfactantes são, na verdade, emulsificantes que usam seu efeito de dispersão para manter as substâncias espumantes em um estado emulsionado estável na água, evitando assim a formação de espuma. Os antiespumantes de parafina são produzidos pela emulsificação e dispersão da parafina ou de seus derivados com emulsificantes, e seu uso é semelhante ao dos antiespumantes emulsificantes com surfactantes. O óleo mineral é o principal ingrediente antiespumante e, para aumentar o efeito, substâncias como sabões metálicos, óleos de silicone e sílica às vezes são usadas em combinação. Além disso, vários surfactantes são adicionados para facilitar a propagação do óleo mineral na superfície do líquido espumante ou para dispersar uniformemente os sabões metálicos no óleo mineral.
Diferentes tipos de antiespumantes têm suas próprias vantagens e desvantagens. Os antiespumantes orgânicos, como óleo mineral, amidas, álcoois inferiores, ácidos graxos e ésteres de ácidos graxos e fosfatos, pertencem à primeira geração de antiespumantes. Esses antiespumantes foram desenvolvidos e aplicados relativamente cedo e têm as vantagens de serem matérias-primas fáceis de obter, ecologicamente corretas e de baixo custo de produção. Entretanto, eles têm baixa eficiência antiespumante, são altamente específicos e têm condições de uso adversas. Os antiespumantes de poliéter são antiespumantes de segunda geração e incluem principalmente poliéteres lineares, poliéteres com álcoois ou aminas como iniciadores e derivados de poliéter hidroxila terminal. Sua maior vantagem é a forte capacidade antiespumante, e alguns também têm excelentes propriedades, como resistência a altas temperaturas e a ácidos e álcalis fortes. No entanto, suas condições de aplicação são significativamente limitadas pela temperatura, e seus campos de aplicação são relativamente estreitos. Sua capacidade antiespumante e a taxa de rompimento de bolhas precisam ser aprimoradas. Como um antiespumante de terceira geração, o antiespumante de silicone tem fortes propriedades antiespumantes, uma rápida taxa de rompimento de bolhas, baixa volatilidade, não é tóxico para o meio ambiente, é fisiologicamente inerte e tem uma ampla gama de aplicações. Ele tem amplas perspectivas de aplicação e um enorme potencial de mercado, mas ainda há espaço para melhorias em seu desempenho antiespumante em alguns cenários específicos. O antiespumante de polissiloxano modificado com poliéter combina as vantagens do antiespumante de poliéter e do antiespumante de silicone e é a tendência de desenvolvimento dos antiespumantes. Às vezes, eles podem ser reutilizados com base em sua solubilidade reversa, mas atualmente há poucos tipos desse tipo de antiespumante e eles ainda estão em fase de pesquisa e desenvolvimento, portanto, o custo de produção é relativamente alto.
Ao selecionar um antiespumante, vários fatores precisam ser considerados. Primeiro, o antiespumante deve ser insolúvel ou pouco solúvel no líquido espumante. Como o antiespumante precisa se concentrar e exercer seu efeito na película de espuma, é importante que o antiespumante consiga atingir rapidamente esse estado e que o agente antiespumante o mantenha o tempo todo. Portanto, somente os antiespumantes insolúveis ou pouco solúveis podem atingir facilmente um estado supersaturado no líquido espumante, de modo que possam se acumular na interface gás-líquido e se concentrar no filme de bolhas para exercer seu efeito em uma concentração mais baixa. Para antiespumantes usados em sistemas aquosos, as moléculas do ingrediente ativo precisam ser fortemente hidrofóbicas e fracamente hidrofílicas, e funcionam melhor quando o valor de HLB está entre 1,5 e 3. Por exemplo, na produção de tintas à base de água, se o antiespumante não for adequadamente solúvel, ele não conseguirá eliminar a espuma com eficácia e também poderá afetar a qualidade e o desempenho da tinta. Em segundo lugar, a tensão superficial do antiespumante deve ser menor do que a do líquido espumante. Somente quando as forças intermoleculares das moléculas do antiespumante forem fracas e a tensão superficial for menor do que a do líquido espumante, as partículas do antiespumante poderão penetrar e se expandir no filme de espuma. Deve-se observar aqui que a tensão superficial do líquido espumante não é a tensão superficial da solução, mas especificamente a tensão superficial no estado espumoso. Além disso, o antiespumante e o líquido espumante devem ter uma certa afinidade. Como o processo de formação de espuma é essencialmente uma competição entre a taxa de colapso da espuma e a taxa em que ela é gerada, o antiespumante deve ser capaz de se dispersar rapidamente no líquido espumante para ter um efeito rápido em uma área ampla. Se o ingrediente ativo do antiespumante for muito semelhante ao líquido espumante, ele se dissolverá. Se estiver muito disperso, será difícil fazer efeito. O efeito só será bom quando a afinidade for adequada. Além disso, o antiespumante não deve reagir quimicamente com o líquido espumante, caso contrário, perderá seu efeito antiespumante e, por outro lado, poderá produzir substâncias nocivas, afetando o crescimento microbiano, etc. Por fim, o antiespumante deve ter baixa volatilidade e uma longa duração de ação. Ao determinar o sistema de uso do antiespumante, é necessário distinguir entre um sistema à base de água e um sistema à base de óleo. Por exemplo, no setor de fermentação, geralmente devem ser usados antiespumantes à base de óleo, como óleos de silicone modificados com poliéter ou poliéteres, enquanto os antiespumantes à base de água e os antiespumantes de silicone devem ser usados no setor de tintas à base de água. Ao mesmo tempo, também é necessário comparar a quantidade de antiespumante adicionada e consultar o preço para obter o produto antiespumante mais adequado e econômico.
A eficácia do uso de antiespumantes também é afetada por uma série de fatores. A dispersibilidade do antiespumante na solução tem um efeito significativo no desempenho do antiespumante. Ele deve ter um grau adequado de dispersão, e um tamanho de partícula muito grande ou muito pequeno afetará a atividade antiespumante. Em termos de compatibilidade no sistema de espuma, quando o tensoativo é completamente dissolvido na solução aquosa, ele geralmente tende a estabilizar a espuma na interface gás-líquido da espuma; enquanto que quando o tensoativo é insolúvel ou supersaturado, suas partículas se dispersam na solução e se acumulam na espuma, o que provoca a formação de espuma. A temperatura ambiente do sistema de espumação não deve ser ignorada. Quando a temperatura do líquido espumante é alta, é necessário usar um antiespumante especial para altas temperaturas. Caso contrário, não só o efeito antiespumante dos antiespumantes comuns será bastante reduzido, como também poderá ocorrer desemulsificação. Durante a embalagem, o armazenamento e o transporte, os antiespumantes devem ser armazenados entre 5 e 35°C. O prazo de validade é geralmente de 6 meses. Eles devem ser mantidos longe de fontes de calor e expostos à luz solar. Após o uso, devem ser lacrados para evitar a deterioração. A proporção de adição do antiespumante também é muito importante. O efeito de adicionar o antiespumante não diluído é diferente do efeito de adicioná-lo após a diluição. Devido à baixa concentração de surfactante, a emulsão antiespumante após a diluição é extremamente instável, separando-se rapidamente em camadas. Ela tem um desempenho antiespumante ruim e não é adequada para armazenamento de longo prazo. Recomenda-se usar o antiespumante imediatamente após a diluição. A proporção de adição deve ser determinada por meio de testes no local para garantir o efeito desejado, e não deve ser adicionada em excesso.