Flüssige Entschäumer erklärt: Wie sie Schaumbildung in industriellen Anwendungen unterbinden

Wichtigste Erkenntnisse

Wenn Sie wissen, wie flüssige Entschäumer funktionieren, können Sie in Ihrem Industriebetrieb kostspielige Anlagenschäden und Produktionsausfälle vermeiden, die durch unkontrollierte Schaumbildung verursacht werden.

• Flüssige Entschäumer nutzen drei Komponenten, die zusammenwirken: hydrophobe Stoffe (wie Siliziumdioxid oder Wachse), Trägerstoffe (Öle oder Wasser) sowie geringe Mengen an Emulgatoren, um eine schnelle Ausbreitung zu gewährleisten und den Schaum an der Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche zu destabilisieren.

• Vier Haupttypen von Entschäumern erfüllen unterschiedliche Anforderungen: auf Ölbasis zur Schaumunterdrückung an der Oberfläche, auf Wasserbasis zur Freisetzung von eingeschlossener Luft, auf Silikonbasis für eine Doppelfunktion sowie EO/PO-Copolymere für temperaturabhängige Anwendungen.

• Die Schaumkontrolle erfolgt über drei Mechanismen: Destabilisierung der Schaumlamellen durch Verdrängung von Tensiden, Aufbrechen der Blasen durch Brückenbildung und Entnetzung sowie Förderung der Blasenkoaleszenz, um eingeschlossene Luft schnell freizusetzen.

• Die richtige Auswahl eines Entschäumers beugt Anlagenausfällen vor: In Extraktionsanlagen kann Schaum das Fassungsvermögen des Behälters um 33% verringern und zur Korrosion des Vakuummotors führen, während er in der Metallbearbeitung die Kühl- und Schmierfunktionen beeinträchtigt.

• Die Dosierung hängt von der jeweiligen Anwendung ab.: Die typischen Konzentrationen liegen je nach Schaumbildung und Prozessbedingungen zwischen 0,1 und 0,31 TP3T in Latexfarben, zwischen 10 und 30 ppm bei der Öl-Gas-Trennung und zwischen 10 und 200 ppm in der Abwasserbehandlung.

Der richtige Flüssigentschäumer, der auf Ihren spezifischen industriellen Prozess abgestimmt ist, schützt die Lebensdauer Ihrer Anlagen, gewährleistet die Betriebseffizienz und beseitigt Produktionsengpässe, die durch schaumbedingte Probleme verursacht werden.

Schaumbildung kann Ihre Geräte zerstören. Mit Schmutz und Flusen vermischter, reinigungsmittelhaltiger Schaum wird in die Motoren von Staubsaugern gesaugt, verstopft die Luftkanäle, greift interne Bauteile an und verringert die Saugleistung. Ein flüssiger Entschäumer ist ein chemischer Zusatzstoff, der die Schaumbildung in industriellen Prozessflüssigkeiten reduziert und verhindert. In industriellen Prozessen verursachen Schaumbildungen schwerwiegende Probleme, da sie Fehler an Oberflächenbeschichtungen hervorrufen und eine effiziente Behälterbefüllung verhindern. Am häufigsten treten diese Probleme in Auffangbehältern von Extraktionsmaschinen und automatischen Scheuersaugmaschinen auf, wo die Schaumkontrolle von entscheidender Bedeutung ist. Zu den gängigsten Entschäumungsmitteln zählen unlösliche Öle, Entschäumer auf Silikonbasis wie Polydimethylsiloxane sowie bestimmte Alkohole. In diesem Beitrag untersuchen wir, wie flüssige Entschäumer funktionieren, welche verschiedenen Arten es gibt und wie sie in der Industrie eingesetzt werden.

Was flüssige Entschäumer sind und welche wesentlichen Eigenschaften sie aufweisen

Ein flüssiger Entschäumer besteht aus drei unterschiedlichen Komponenten, die gemeinsam die Schaumbildung unterdrücken. Der Hauptbestandteil ist ein wasserabweisendes Material das als aktives Element fungiert. Zu den hydrophoben Materialien zählen behandeltes Siliziumdioxid, Wachse (synthetisch oder natürlich) sowie Silikone oder Silikonderivate. Diese hydrophoben Stoffe können allein oder in Kombination verwendet werden, um die Leistung zu steigern.

Die zweite Komponente ist eine Trägerfahrzeug die die hydrophoben Wirkstoffe in das hydrophile, lufthaltige System überführt. Zu den Trägerstoffen zählen Mineralöle, Pflanzenöle und Silikonöle. Die Trägerflüssigkeit weist in der Regel eine geringere Oberflächenspannung auf als die schäumende Flüssigkeit. Die Langzeitstabilität des Trägers in der Ausgangsflüssigkeit bestimmt die Wirksamkeit der Schaumkontrolle bei Produkten mit verlängerter Haltbarkeit.

Die dritte Komponente, ein Emulgator, sorgt für eine optimale Verteilung der hydrophoben Komponente im Träger und erleichtert gleichzeitig die Verteilung des Schaumhemmermittels in der Flüssigkeit. Zu den verwendeten Emulgatoren gehören ethoxylierte Alkylphenole und Sorbitanester. Wir halten die Emulgatormenge so gering wie möglich, da diese Verbindungen selbst zur Schaumbildung beitragen können.

Chemische Zusammensetzung und Oberflächenaktivität

Entschäumer wirken besser, wenn die Oberflächenspannung oder die Grenzflächenspannung abnimmt. Ein Entschäumer auf Silikonbasis enthält oberflächenaktive Bestandteile, die die Oberflächenspannung der Flüssigkeit so weit verringern, dass die Luftblasen im Schaum zusammenfallen. Durch diese Verringerung der Oberflächenspannung kann sich der Entschäumer schneller über die Schaumgrenzfläche ausbreiten.

Viskositätsanforderungen für ein schnelles Verteilen

Eine niedrige Viskosität trägt zum Eindringen und zur Verteilung bei. Der flüssige Entschäumer muss einen schnellen Verteilungskoeffizienten aufweisen, damit er sich im Medium ausbreitet. Ohne diese Eigenschaft der niedrigen Viskosität kann der Entschäumer die Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche, an der die Schaumstabilisierung stattfindet, nicht schnell genug erreichen.

Unlöslichkeit in schäumendem Medium

Der Entschäumer muss in dem schäumenden Medium unlöslich sein. Die flüssige Phase eines Entschäumers muss eine gewisse Unverträglichkeit oder Unlöslichkeit gegenüber dem Medium aufweisen, in das er eingebracht wird. Diese Unverträglichkeit ermöglicht es dem Entschäumer, Tröpfchen zu bilden, die an die Oberfläche steigen und sich gut ausbreiten, wodurch Blasen zerplatzen, ohne dass es zu weiterer Schaumbildung kommt.

Arten von flüssigen Entschäumern

Formulierer wählen je nach Trägersystem und den für die jeweiligen Prozessbedingungen erforderlichen aktiven Wirkstoffen aus vier Hauptkategorien flüssiger Entschäumer aus.

Entschäumer auf Ölbasis mit mineralischen oder pflanzlichen Trägern

Formulierungen auf Ölbasis verwenden Mineralöl, Pflanzenöl oder Weißöl als Trägerstoff. Diese Zusammensetzungen enthalten Wachs oder hydrophobes Siliziumdioxid, um die Leistung zu verbessern. Mineralölvarianten sorgen in wasserbasierten Systemen für eine hervorragende Schaumunterdrückung. Alternativen auf Pflanzenölbasis bieten einen Wirkstoffgehalt von 100% und sind in Latexfarbsystemen bereits bei einer Dosierung von 0,1–0,3% (Gew./Gew.) wirksam. Die Pflanzenölformulierungen eliminieren das Risiko einer Silikonverunreinigung, die in Acryl- und Vinylacetat-Systemen zu Kraterbildung, Fischaugen und Haftungsfehlern zwischen den Schichten führt. Diese Entschäumer zeichnen sich durch eine hervorragende Unterdrückung von Oberflächenschaum aus.

Entschäumer auf Wasserbasis zur Freisetzung von eingeschlossener Luft

Formulierungen auf Wasserbasis dispergieren verschiedene Öle und Wachse in einem wässrigen Träger. Bei den Ölen kann es sich um mineralische oder pflanzliche Öle handeln, und die Wachse bestehen aus langkettigen Fettalkoholen, Fettsäureseifen oder Estern. Entschäumer auf Wasserbasis wirken als Entlüfter und setzen im Gegensatz zu Varianten auf Ölbasis eingeschlossene Luft aus Prozessflüssigkeiten frei. Diese spezielle Eigenschaft macht sie ideal für Anwendungen, bei denen die Entfernung von Luft im Inneren wichtiger ist als die Kontrolle von Schaum an der Oberfläche.

Schaumhemmer auf Silikonbasis

Silikonformulierungen enthalten Polymere mit Siliziumgerüst, die als Öle oder Emulsionen auf Wasserbasis vorliegen. Eine typische Silikon-Entschäumeremulsion besteht aus 30%-Polydimethylsiloxan in Wasser mit modifizierten anorganischen Bestandteilen. Diese Verbindungen dispergieren hydrophobes Siliziumdioxid in Silikonöl. Silikonvarianten erfüllen eine doppelte Funktion: Sie unterdrücken Oberflächenschaum und setzen gleichzeitig eingeschlossene Luft frei. Sie eignen sich weiterhin für nichtwässrige Schaumbildungssysteme, darunter auch in der Rohölförderung und in Raffinerieprozessen.

EO/PO-Copolymer-Entschäumer

Ethylenoxid/Propylenoxid-Blockcopolymere wirken über einen inversen Löslichkeitsmechanismus. Diese nichtionischen Tenside bleiben bei niedrigen Temperaturen wasserlöslich, fallen jedoch aus und verteilen sich an der Schaumgrenzfläche, sobald die Prozesstemperatur ihren Trübungspunkt überschreitet. Die Entschäumung hängt vom Verhältnis zwischen dem Trübungspunkt des Tensids und der Anwendungstemperatur ab. Formulierer sollten Blockcopolymere wählen, deren Trübungspunkt unter der vorgesehenen Anwendungstemperatur liegt. Diese silikonfreien Wirkstoffe der Serie 100% zeichnen sich durch biologische Inertheit aus. Dadurch sind sie für den Einsatz in Fermentationssystemen unbedenklich.

Wie flüssige Entschäumer die Schaumbildung regulieren

“Ausbreitungsmodus aufgrund der Aufnahme des Films der geplatzten Blase in den umgebenden Flüssigkeitsfilm” — Rei Kurita, Außerordentlicher Professor, Tokyo Metropolitan University

Drei Mechanismen sind für die Schaumkontrolle nach der Zugabe von flüssigen Entschäumern zu Prozessflüssigkeiten verantwortlich. Diese Mechanismen wirken zusammen, um Oberflächenschaum und mitgeführte Luftblasen zu beseitigen.

Destabilisierung von Schaumlamellen an der Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche

Die Ausbreitung bewirkt einen mechanischen Schock an der Schaumoberfläche und destabilisiert die Struktur. Der Entschäumer breitet sich schneller über die Schaumoberfläche aus, dringt in die Lamellen ein und stört den Zusammenhalt des Schaums. Die hydrophobe Komponente verdrängt stabilisierende Tenside an der Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche. Diese Affinität zur Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche lässt Luftblasen platzen und zersetzt den Oberflächenschaum.

Das Aufbrechen von Luftblasen durch Oberflächenausbreitung

Der Entschäumer dringt in die Blasenwand ein und bricht die Filmstruktur durch einen Brückenbildungsmechanismus auf. Entschäumertröpfchen mit geringer Oberflächenspannung spannen sich über die Lamelle und bilden instabile Brücken. Ein hydrophobes Partikel oder ein Öltropfen mit einem Kontaktwinkel von mehr als 90° bewirkt beim Kontakt mit beiden Seiten einer Lamelle eine Entnetzung. Die mit dem Partikel in Kontakt stehende Flüssigkeit wölbt sich nach innen, bis sich beide Seiten des Films berühren und reißen. Die Lamelle entleert sich, während sich die Brücke bildet, und erreicht einen kritischen Punkt, an dem sie bricht und eingeschlossene Luft freisetzt.

Agglomeration und Aufsteigen von mitgerissenen Luftblasen

Eingeschlossene Luftblasen agglomerieren und bilden größere Blasen, die schneller an die Oberfläche steigen. Mehrere kleine Blasen verschmelzen und entweichen durch Koaleszenz aus der Mischung. Der Entschäumer verringert die Oberflächenspannungsgradienten. Blasenfilme werden dünner und reißen an bestimmten Stellen, wodurch das darin enthaltene Gas freigesetzt wird. Durch diesen Koaleszenzprozess werden große eingeschlossene Luftblasen mit geeigneten Mischverfahren beseitigt.

Industrielle Anwendungen und Problemlösung

“Unsere Silica-Technologien ermöglichen einen geringeren Ölgehalt und eine sparsamere Dosierung dank ihrer starken Verstärkungswirkung, die den Schaumabbau beschleunigt und die Effizienz der Formulierung steigert.” — Evonik, Führendes Unternehmen im Bereich Spezialchemikalien

Industrieunternehmen sind in zahlreichen Branchen mit schaumbedingten Produktionsausfällen konfrontiert. Jede Branche erfordert gezielte Lösungen in Form von flüssigen Entschäumern, die auf die jeweiligen Prozessbedingungen abgestimmt sind.

Schaumkontrolle im Rückgewinnungstank von Absauganlagen

Schaum in den Auffangbehältern von Teppichreinigern führt dazu, dass sich der Schwimmermechanismus zu früh schließt und verringert das Fassungsvermögen des Behälters um bis zu 33%. Die Funktion des Schwimmers versagt, wenn Schaum dies verhindert, und verschmutzte Lösung wird in den Saugmotor gesaugt. Dies führt zu Korrosion und vorzeitigem Ausfall. Wir geben verdünnten Entschäumer über den Rücklaufschlauch hinzu, um das gesamte Saugsystem zu behandeln, und halten anschließend einen Gehalt von 0,5 bis 1,0 Unzen pro Gallone Tankkapazität aufrecht.

Schaummanagement bei Kühl- und Prozessflüssigkeiten

Schaum in Kühlschmierstoffen für die Metallbearbeitung beeinträchtigt die Schmier- und Kühlfunktion. Außerdem erhöht er das Systemvolumen. Eine Unze konzentrierter Entschäumer reicht für 50 Gallonen verdünnten Kühlschmierstoff. Für Hochdruck-CNC-Anwendungen mit Drücken über 800 psi sind spezielle schaumarme Formulierungen erforderlich.

Papierfabrik und Zellstoffverarbeitung

Silikonemulsionen bleiben auch bei hohen Temperaturen und unter alkalischen Bedingungen wirksam. Diese Bedingungen treten in den Phasen des Zellstoffwaschens, der Verdampfung und der Bleichung auf. Diese Formulierungen entfernen eingeschlossene Luft und senken die Oberflächenspannung in den Prozessflüssigkeiten. Das Waschen von Braunstoff mit modifizierten Organosilikonverbindungen reduziert den Chemikalienübertrag und senkt die Bleichkosten.

Lebensmittelverarbeitung und Ölraffineriebetriebe

Entschäumer in Lebensmittelqualität unterdrücken Schaumbildung beim Brauen, bei der Saftverarbeitung und in Molkereibetrieben und entsprechen dabei den FDA-Vorschriften. Silikon-Entschäumer beseitigen Schaum bei einer Dosierung von 10–30 ppm bei der Öl-Gas-Trennung und verhindern den Flüssigkeitsübertrag.

Abwasserbehandlung und Hydrauliksysteme

Abwasser-Entschäumer werden je nach Ausprägung der Schaumbildung in einer Dosierung von 10–200 ppm dosiert. Hydraulische Entschäumer verhindern Kavitationsschäden und sichern die Anlageneffizienz sowie die Langlebigkeit der Komponenten.

Schlussfolgerung

Wir haben bereits erläutert, wie flüssige Entschäumer Schaum durch drei zentrale Mechanismen eindämmen: durch die Destabilisierung von Schaumlamellen, das Aufbrechen von Luftblasen und die Förderung der Blasenkoaleszenz. Spezifische Prozessanforderungen bestimmen, ob wir Formulierungen auf Ölbasis, Wasserbasis, Silikonbasis oder auf Basis von EO/PO-Copolymeren wählen. Diese Mittel schützen kritische Anlagen in Extraktionssystemen, in der Metallverarbeitung, in Papierfabriken und in Kläranlagen. Die richtige Auswahl und Dosierung von Entschäumern verhindert kostspielige Schäden an den Anlagen. Zudem verbessert sie die Prozessleistung und beseitigt Produktionsausfälle, die durch unkontrollierten Schaumbildung verursacht werden.