Kluthe Magazin
« Über den Einsatz von Entschäumern »
In technischen Anlagen stellte die Bildung von Schaum häufig ein Problem dar. Dann sind Entschäumer erforderlich, um die Schaumbildung zu vermeiden oder zu unterdrücken. Hier erhalten Sie einen Überblick darüber, wie Schaumschichten entstehen und wie Schaumbekämpfungsmittel wirken.
Schaumbildung in Flüssigkeiten
Schaum besteht aus Gasblasen, die in einer dünnen Hülle eingeschlossen sind. Die Hüllen können fest oder flüssig sein. Feste Schäume sind zum Beispiel in Form von Bau- und Dämmstoffen oder Schwämmen im Einsatz. Flüssige Schäume begegnen uns unter anderem in Lebensmitteln und bei der Körperpflege. Dort leisten sie gute Dienste. In Anlagen der Verfahrens- und Oberflächentechnik oder bei der Abwasserreinigung ist die Schaumbildung in der Regel unerwünscht. Sie kann dazu führen, dass Reaktionsgemische überschäumen und das Reaktionsgefäß unkontrolliert verlassen oder die Qualität der Produkte beeinträchtigen. Voraussetzung für die Entstehung von Schaum ist, dass sich ein Gas mit einer Flüssigkeit vermischt, die stabile Hüllen (Membranen, Lamellen) bilden kann.
Das ist beispielsweise bei Eiweiß- oder Tensidlösungen der Fall. Die Mischung der Flüssigkeit mit einem Gas kann entweder von außen erfolgen oder im Inneren entstehen. Von außen ist oft Luft, die in strömende oder anderweitig bewegte Flüssigkeiten gelangt, für die Schaumbildung verantwortlich (z. B. Waschmaschine). Im Inneren können Gase durch chemische oder biochemische Vorgänge (z. B. Kohlendioxidbildung bei der alkoholischen Gärung) sowie durch die Verdampfung von Bestandteilen eines Flüssigkeitsgemisches (z. B. Überkochen von Milch) entstehen. Will man die Schaumbildung vermeiden, kann man der Flüssigkeit Entschäumer hinzufügen, die die Hüllen der Schaumbläschen zerstören. Gasblasen, die an die Oberfläche der Flüssigkeit gelangen, zerplatzen dann sofort.
Anforderungen an Entschäumer
Als Mittel, um die Schaumbildung zu vermeiden, kommen Stoffe infrage, die sich nicht in der Flüssigkeit lösen, in die Hüllen der Bläschen eindringen können und sich möglichst gut in der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit und dem Gas ausbreiten. Die Schaumbekämpfungsmittel müssen sich in der Flüssigkeit in Form von kleinen Tröpfchen verteilen können. Diese Eigenschaft wird als Dispergierbarkeit bezeichnet. Um in die Hüllen eindringen zu können, muss die Oberflächenspannung der Tröpfchen kleiner sein als die der Flüssigkeit. Dann wandern sie zur Grenzfläche der Gasbläschen und können diese durchqueren. Danach schwächen sie die Hülle so weit, bis sie schließlich aufreißt.
Das Aufreißen wird unterstützt, wenn das Entschäumungsmittel an der Grenzfläche des Bläschens breitläuft. Dieser Vorgang wird in der Fachsprache als Spreitung bezeichnet. Bei der Spreitung spielt die Grenzflächenspannung zwischen Flüssigkeit und Entschäumer eine entscheidende Rolle. Die Grenzflächenspannung sorgt dafür, dass die Tröpfchen zusammenhalten. Ist sie zu hoch, findet keine Spreitung statt.
Zusammensetzung von Entschäumern
Die Zusammensetzung von Entschäumern richtet sich nach den Systemen, in denen sie eingesetzt werden. Um die Schaumbildung zu vermeiden, werden häufig Mineralöle eingesetzt. Sie weisen eine geringe Oberflächenspannung auf und können sich in wässrigen Medien gut verteilen. Dabei helfen geringe Mengen von Emulgatoren.
Häufig werden den Entschäumern wasserabweisende Feststoffpartikel zugesetzt, die das Eindringen der Tröpfchen in die Hüllen der Bläschen erleichtern. Außerdem enthalten diese Entschäumer Biozide, um die Vermehrung von Keimen zu unterdrücken. Sehr effektiv sind wegen ihrer besonders niedrigen Oberflächenspannung Silikonöle. Sie sind allerdings mit vielen wässrigen Medien unverträglich. Gute Verträglichkeit und hohe Effizienz bei der Vermeidung von Schaum bieten modifizierte Silikonöle.
Einsatzgebiete von Entschäumern
Die Einsatzgebiete von Entschäumern sind vielfältig. Sie erstrecken sich unter anderem sich von der Lebensmittelindustrie über die Papier- und Zellstoffherstellung, die Textilindustrie und die Abwasserreinigung bis zur Oberflächentechnik und zur Metallbearbeitung. Der Schaum entsteht häufig durch Bestandteile der eingesetzten Roh- und Hilfsstoffe oder durch Stoffe, die in vorangegangenen Prozessschritten als Hilfsstoffe benötigt wurden.
Metallbearbeitung
In der Metallbearbeitung werden Kühlschmierstoffe benötigt, um die durch Reibung entstehende Wärme abzuleiten. Dort erfolgt technologisch bedingt eine starke Durchmischung von Luft und Flüssigkeit, die eine Schaumbildung begünstigt.
Schaum würde die Wärmeableitung behindern und Probleme bei der Umwälzung der Kühlschmierstoffe hervorrufen.
Oberflächenvorbehandlung
Die Oberflächenvorbehandlung schließt die Reinigung und Entfettung der Werkstücke ein. In den Reinigungsmitteln enthaltene Tenside neigen naturgemäß zum Schäumen. Hier werden Entschäumungsmittel eingesetzt, um die Bildung von Schaum zu reduzieren und ein Überschäumen zu vermeiden.
Oberflächenbeschichtung
Die Oberflächenbeschichtung ist auf Netzmittel angewiesen, um die Prozesschemikalien gleichmäßig auf den Werkstücken zu verteilen. Die Netzmittel bestehen hauptsächlich aus schaumbildenden Tensiden. Schaumbläschen auf den Oberflächen würden die Wirkung der Netzmittel beeinträchtigen und die Haftung von Beschichtungsstoffen stören. In Lacken und Farben eingeschlossene Schaumbläschen würden zu Lackierfehlern wie Kratern führen.
Abwasserbehandlung
Auch bei der Abwassereinigung ist es erforderlich, die Schaumbildung zu vermeiden. Die Abwasserbehandlung im Klärwerk erfolgt durch den Einsatz von Bakterien, die beim Abbau der Verunreinigungen Sauerstoff verbrauchen.
Verfahrenstechnik
Bei vielen Verfahren in der chemischen Industrie stehen gasförmige und flüssige Stoffe in engem Kontakt. Dazu gehören zum Beispiel die Destillation oder die Gaswäsche. Neigen die eingesetzten Chemikalien zum Schäumen, kann das zu erheblichen Problemen und Sicherheitsrisiken führen und die Prozesse zum Erliegen bringen. Deshalb ist es hier unumgänglich, die Schaumbildung zu vermeiden.
