Tout savoir sur les agents anti-mousse liquides : comment ils contrôlent la formation de mousse dans les applications industrielles

Principaux enseignements

Comprendre le fonctionnement des agents antimousse liquides peut vous éviter, dans le cadre de vos activités industrielles, des dommages coûteux aux équipements et des pertes de production causés par une accumulation incontrôlée de mousse.

- Les agents antimousse liquides reposent sur l'action combinée de trois composants: des matériaux hydrophobes (tels que la silice ou les cires), des véhicules de transport (huiles ou eau) et une quantité minimale d'émulsifiants permettant une diffusion rapide et la déstabilisation de la mousse à l'interface air-liquide.

- Il existe quatre grands types d'agents antimousse, chacun répondant à des besoins différents: à base d'huile pour le contrôle de la mousse en surface, à base d'eau pour l'élimination de l'air entraîné, à base de silicone pour une double fonctionnalité, et à base de copolymères EO/PO pour les applications dépendantes de la température.

- Le contrôle de la mousse s'effectue par le biais de trois mécanismes: déstabiliser les lamelles de mousse en déplaçant les tensioactifs, faire éclater les bulles par effet de pontage et de démouillage, et favoriser la coalescence des bulles afin de libérer rapidement l'air piégé.

- Le choix d'un agent anti-mousse adapté permet d'éviter les pannes d'équipement: Dans les équipements d'extraction, la mousse peut réduire la capacité des cuves de 33% et entraîner la corrosion du moteur à vide, tandis que dans le domaine de la métallurgie, elle nuit aux fonctions de refroidissement et de lubrification.

- Le dosage varie en fonction de l'application: Les concentrations habituelles varient entre 0,1 et 0,31 TP3T dans les peintures au latex, entre 10 et 30 ppm dans la séparation pétrole-gaz, et entre 10 et 200 ppm dans le traitement des eaux usées, en fonction de l'intensité de la formation de mousse et des conditions du procédé.

Un agent anti-mousse liquide adapté à votre processus industriel spécifique permet de préserver la longévité de vos équipements, de maintenir l'efficacité opérationnelle et d'éliminer les goulots d'étranglement de production liés à la formation de mousse.

L'accumulation de mousse peut endommager votre équipement. La mousse riche en détergent, mélangée à la saleté et aux peluches, est aspirée dans les moteurs des aspirateurs, où elle obstrue les conduits d'air, corrode les pièces internes et réduit la puissance d'aspiration. Un antimousse liquide est un additif chimique qui réduit et empêche la formation de mousse dans les fluides utilisés dans les procédés industriels. Les procédés industriels sont confrontés à de sérieux problèmes liés à la mousse, qui provoque des défauts sur les revêtements de surface et empêche un remplissage efficace des conteneurs. Ces problèmes se rencontrent le plus souvent dans les cuves de récupération des machines d’extraction et des autolaveuses, où le contrôle de la mousse devient essentiel. Parmi les agents antimousse les plus courants, on trouve les huiles insolubles, les composés antimousse à base de silicone tels que les polydiméthylsiloxanes, ainsi que certains alcools. Dans cet article, nous allons examiner le fonctionnement des antimousses liquides, leurs différents types et leurs applications dans les opérations industrielles.

Qu'est-ce qu'un antimousse liquide et quelles sont ses principales propriétés ?

Un agent antimousse liquide se compose de trois composants distincts qui agissent conjointement pour contrôler la formation de mousse. Le composant principal est un matériau hydrophobe qui fait office d'élément actif. Parmi les matériaux hydrophobes, on trouve la silice traitée, les cires (synthétiques ou naturelles) ainsi que les silicones ou leurs dérivés. Ces agents hydrophobes peuvent être utilisés seuls ou combinés entre eux pour améliorer les performances.

Le deuxième élément est un véhicule de transport qui transfère les agents actifs hydrophobes dans le système hydrophile retenant l'air. Les fluides porteurs comprennent les huiles minérales, les huiles végétales et les huiles de silicone. Le fluide porteur présente généralement une tension superficielle inférieure à celle du liquide moussant. La stabilité à long terme du fluide porteur dans le liquide d'origine détermine l'efficacité du contrôle de la mousse dans les produits ayant une durée de conservation prolongée.

Le troisième élément, un émulsifiant, permettra une répartition optimale du composant hydrophobe dans le véhicule tout en facilitant la dispersion de l'agent anti-mousse dans le liquide. Les émulsifiants utilisés comprennent des alkylphénols éthoxylés et des esters de sorbitane. Nous réduisons au minimum la quantité d'émulsifiants, car ces composés peuvent eux-mêmes contribuer à la formation de mousse.

Composition chimique et activité de surface

Les agents antimousse sont plus efficaces lorsque la tension superficielle ou la tension interfaciale diminue. Un antimousse à base de silicone contient des composants tensioactifs qui réduisent la tension superficielle du liquide à un point tel que les bulles d'air présentes dans la mousse s'effondrent. Cette réduction de la tension superficielle permet à l'antimousse de se répandre plus rapidement à l'interface de la mousse.

Exigences en matière de viscosité pour une application rapide

Une faible viscosité favorise la pénétration et la diffusion. L'agent antimousse liquide doit présenter un coefficient de diffusion élevé afin de se répartir uniformément dans le milieu. Sans cette faible viscosité, l'agent antimousse ne peut pas atteindre l'interface air-liquide, où la stabilisation de la mousse se produit, assez rapidement.

Insolubilité dans un milieu moussant

L'agent anti-mousse doit être insoluble dans le milieu moussant. La phase liquide d'un agent anti-mousse doit présenter un certain degré d'incompatibilité ou d'insolubilité avec le milieu dans lequel il est introduit. Cette incompatibilité permet à l'agent anti-mousse de former des gouttelettes qui remontent à la surface et se répartissent bien, faisant éclater les bulles sans contribuer à la formation de mousse supplémentaire.

Types d'agents antimousse liquides

Les formulateurs choisissent parmi quatre grandes catégories d'agents antimousse liquides en fonction du système de support et de la composition chimique active requis pour les conditions de processus spécifiques.

Agents antimousse à base d'huile, avec des huiles minérales ou végétales comme véhicules

Les formulations à base d'huile utilisent de l'huile minérale, de l'huile végétale ou de l'huile blanche comme véhicule. Ces composés contiennent de la cire ou de la silice hydrophobe pour améliorer leurs performances. Les variantes à base d'huile minérale offrent une excellente capacité anti-mousse dans les systèmes à base d'eau. Les alternatives à base d’huile végétale offrent une teneur en principe actif de 100% et une efficacité comprise entre 0,1 et 0,3% en poids/poids dans les systèmes de peinture au latex. Les formulations à base d’huile végétale éliminent les risques de contamination par le silicone, responsables de la formation de cratères, d’yeux de poisson et de défauts d’adhérence entre les couches dans les systèmes acryliques et à base d’acétate de vinyle. Ces agents antimousse sont particulièrement efficaces pour éliminer la mousse en surface.

Agents antimousse à base d'eau pour l'élimination de l'air entraîné

Les formulations à base d'eau dispersent diverses huiles et cires dans un véhicule aqueux. Les huiles peuvent être d'origine minérale ou végétale, et les cires sont constituées d'alcools gras à longue chaîne, de savons d'acides gras ou d'esters. Contrairement aux variantes à base d’huile, les antimoussants à base d’eau agissent comme des désaérateurs et libèrent l’air entraîné dans les liquides de process. Cette spécificité les rend idéaux pour les applications où l’élimination de l’air en profondeur est plus importante que le contrôle de la mousse en surface.

Composés antimousse à base de silicone

Les formulations à base de silicone contiennent des polymères à chaîne principale de silicium, se présentant sous forme d'huiles ou d'émulsions aqueuses. Une émulsion antimousse à base de silicone typique est composée de polydiméthylsiloxane 30% en suspension dans l'eau, associé à des composants inorganiques modifiés. Ces composés permettent de disperser de la silice hydrophobe dans de l'huile de silicone. Les variantes à base de silicone remplissent une double fonction : elles éliminent la mousse en surface tout en libérant l'air emprisonné. Elles restent adaptées aux systèmes moussants non aqueux, notamment dans le secteur du pétrole brut et du raffinage.

Agents antimousse à base de copolymères EO/PO

Les copolymères à blocs d'oxyde d'éthylène/oxyde de propylène agissent selon un mécanisme de solubilité inverse. Ces tensioactifs non ioniques restent solubles dans l'eau à basse température, mais précipitent et se répartissent à l'interface de la mousse dès que la température de traitement dépasse leur point de trouble. L'action antimousse dépend de la relation entre le point de trouble du tensioactif et la température d'application. Les formulateurs doivent choisir des copolymères à blocs dont le point de trouble est inférieur à la température d'utilisation prévue. Ces agents actifs 100%, sans silicone, présentent une inertie biologique. Ils peuvent donc être utilisés en toute sécurité dans les systèmes de fermentation.

Comment les agents antimousse liquides contrôlent la formation de mousse

“ mode de propagation dû à l'absorption du film de la bulle éclatée par le film liquide environnant ” — Rei Kurita, Maître de conférences, Université métropolitaine de Tokyo

Trois mécanismes interviennent dans le contrôle de la mousse après l'ajout d'un agent antimousse liquide aux fluides de process. Ces mécanismes agissent conjointement pour éliminer la mousse en surface et les bulles d'air entraînées.

Déstabilisation des lamelles de mousse à l'interface air-liquide

L'action d'étalement provoque un choc mécanique à la surface de la mousse et déstabilise sa structure. L'antimousse se répand plus rapidement à la surface de la mousse, pénètre dans les lamelles et rompt la cohésion de la mousse. Le composant hydrophobe déplace les tensioactifs stabilisateurs à l'interface air-liquide. Cette affinité pour la surface air-liquide provoque la rupture des bulles d'air et la destruction de la mousse en surface.

Rupture des bulles d'air par étalement en surface

L'antimousse pénètre dans la paroi de la bulle et rompt la structure du film grâce à un mécanisme de pontage. Les gouttelettes d'antimousse, qui présentent une faible tension superficielle, s'étendent sur la lamelle et forment des ponts instables. Une particule hydrophobe ou une gouttelette d'huile présentant un angle de contact supérieur à 90° provoque un démouillage au contact des deux faces d'une lamelle. Le liquide en contact avec la particule se courbe vers l'intérieur jusqu'à ce que les deux faces du film se touchent et se rompent. La lamelle se vide à mesure que le pont se forme et atteint un point critique où elle se rompt, libérant ainsi l'air piégé.

Agrégation et remontée des bulles d'air entraînées

Les bulles d'air entraînées s'agglomèrent et forment des bulles plus grosses qui remontent plus rapidement à la surface. De nombreuses petites bulles fusionnent et s'échappent du mélange par coalescence. L'agent antimousse réduit les gradients de tension superficielle. Les films de bulles s'amincissent et se rompent à des endroits précis, libérant ainsi le gaz qu'ils contiennent. Ce processus de coalescence permet d'éliminer les grosses bulles d'air entraînées grâce à des méthodes de mélange adaptées.

Applications industrielles et résolution de problèmes

“ Nos technologies à base de silice permettent de réduire la teneur en huile et d'optimiser le dosage, grâce à leurs puissants effets amplificateurs qui accélèrent la destruction de la mousse et améliorent l'efficacité des formulations. ” — Evonik, Entreprise leader dans le secteur des produits chimiques de spécialité

Les industriels sont confrontés à des pertes de production liées à la formation de mousse dans de nombreux secteurs. Chacun d'entre eux nécessite des solutions anti-mousse liquides ciblées, adaptées aux conditions spécifiques de leurs procédés.

Contrôle de la mousse dans les réservoirs de récupération des équipements d'extraction

La mousse présente dans les réservoirs de récupération des nettoyeurs de moquette provoque la fermeture prématurée du mécanisme à flotteur et réduit la capacité du réservoir jusqu’à 33%. Le fonctionnement du flotteur est perturbé lorsque la mousse l’en empêche, et la solution sale est aspirée dans le moteur d’aspiration. Cela entraîne de la corrosion et une défaillance prématurée. Nous ajoutons un antimousse dilué via le tuyau de récupération pour traiter l’ensemble du système d’aspiration, puis nous maintenons une concentration de 0,5 à 1,0 once par gallon de capacité du réservoir.

Gestion de la formation de mousse dans les fluides de refroidissement et les fluides de process

La mousse présente dans les fluides de refroidissement utilisés en métallurgie nuit aux fonctions de lubrification et de refroidissement. Elle augmente également le volume du système. Une once d'antimousse concentré permet de traiter 50 gallons de fluide de refroidissement dilué. Les opérations CNC à haute pression, supérieures à 800 psi, nécessitent des formulations spécialisées à faible formation de mousse.

Papeterie et transformation de la pâte à papier

Les émulsions de silicone conservent leur efficacité à haute température et en milieu alcalin. Ces conditions sont présentes lors des étapes de lavage de la pâte, d'évaporation et de blanchiment. Ces formulations permettent d'éliminer l'air entraîné et de réduire la tension superficielle des liqueurs de traitement. Le lavage de la pâte brune à l'aide de composés organosiliciés modifiés permet de réduire les pertes de produits chimiques et les coûts de blanchiment.

Activités de transformation alimentaire et de raffinage d'huile

Les antimoussants de qualité alimentaire permettent de contrôler la formation de mousse dans les processus de brassage, de transformation des jus et de production laitière, tout en respectant les réglementations de la FDA. Les antimoussants à base de silicone éliminent la mousse à des doses comprises entre 10 et 30 ppm lors de la séparation huile-gaz et empêchent l'entraînement de liquide.

Traitement des eaux usées et systèmes hydrauliques

Les antimoussants pour eaux usées sont dosés à raison de 10 à 200 ppm, en fonction de l'intensité de la mousse. Les antimoussants hydrauliques préviennent les dommages liés à la cavitation et préservent l'efficacité du système ainsi que la longévité des composants.

Conclusion

Nous avons vu comment les démoussants liquides limitent la formation de mousse grâce à trois mécanismes principaux : la déstabilisation des lamelles de mousse, la rupture des bulles d’air et la favorisation de la coalescence des bulles. Les exigences spécifiques du procédé déterminent si l’on opte pour des formulations à base d’huile, à base d’eau, à base de silicone ou à base de copolymères EO/PO. Ces composés protègent les équipements critiques dans les systèmes d’extraction, les opérations de travail des métaux, les papeteries et les stations d’épuration des eaux usées. Le choix et le dosage appropriés d’un agent antimousse permettent d’éviter des dommages matériels qui peuvent s’avérer coûteux. Ils améliorent également les performances du procédé et éliminent les pertes de production causées par une mousse incontrôlée.