Post on 06-Feb-2018
erzeugen, regulieren, zerstren prfen und bewerten
Schaum
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*Mitglieder:Dr. Wolfgang Brennich,Zschimmer & Schwarz GmbH & Co. KG, 56112 Lahnstein
Dr. Britta Jakobs-Sauter,** 45764 Marl
Rolf-Dieter Kahl,** 67056 Ludwigshafen
Drs. Hamke Meijer,**46422 Emmerich
Dr. Dennis Miller,Clariant Produkte (Deutschland) GmbH,65926 Frankfurt
Dr. Renke Rommerskirchen, Sasol Germany GmbH, 45772 Marl
Dr. Natascha Schelero,Clariant Produkte (Deutschland) GmbH, 65926 Frankfurt
Dr. Kati Schmidt,BASF SE, 67056 Ludwigshafen
Dr. Jrg Andreas Schrter,Ecogreen Oleochemicals GmbH,06861 Dessau-Rolau
Dr. Wolfgang Spiegler,**67056 Ludwigshafen
Dr. Michael Stapels,KaoChemicals GmbH, 46446 Emmerich
Dr. Rainer Traber,**CH-4002 Basel
Dr. Joachim Venzmer, Evonik Nutrition & Care GmbH, 45127 Essen
** ehemalige Mitglieder der Arbeitsgruppe
Schaumbroschre TEGEWA Arbeitsgruppe
Grenzflchenaktive Substanzen*
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Schaumbroschre TEGEWA Arbeitsgruppe Grenzflchenaktive Substanzen"
Inhalt1. Ziele der Broschre 4
2. Theoretische Grundlagen 5
3. Tenside 12
4. Entschumer 15
5. Schaum in der Praxis 19
5.1 Stark schumende Systeme 19
Flssige Krperreinigungsmittel 19
Haarfestigerschaum 20
Rasierschaum 21
Handgeschirrsplmittel 22
Schaumreiniger fr harte Oberflchen 22
Beschichtung textiler Flchen 24
Flotation 25
Lschschaum 26
Lebensmittel 27
5.2 Schwach schumende Systeme 28
Waschmittel 28
Automatische Geschirrreinigung 30
Industrielle Flaschenwsche 31
Reiniger fr den gewerblichen Bereich 32
5.3 Schaumfreie Systeme 33
Herstellung von Papierfasern 34
Faserherstellung aus Holz 34
Faserherstellung aus Altpapier 34
Herstellung der wssrigen Fasersuspension (Pulpe) 35
Papierherstellung 35
Textilvorbehandlung 36
Textilfrbung 38
Textildruck und Textilausrstung 39
Metallbearbeitung 40
Wssrige Lacksysteme 41
Zuckerherstellung 42
6. Schaumprfmethoden 43
7. Literatur 51
8. Glossar 52
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Schaumbroschre TEGEWA Arbeitsgruppe Grenzflchenaktive Substanzen"
1. Ziele der Broschre
In vielen Prozessen, sei es im Haushalt oder im
industriellen Bereich, spielt Schaum eine wichti-
ge Rolle. Dabei kann das Entstehen von Schaum
erwnscht sein und wie bei der Bierblume
oder auch beim Haarshampoo ein charakteri-
stisches Produktmerkmal darstellen. Vielfach
leistet der Schaum auch einen wichtigen Bei -
trag zur Performance der Produkte, so bei-
spielsweise in Wasch- und Reinigungsmitteln.
In anderen Fllen dagegen wie etwa bei der
Textil- und Papierherstellung strt Schaum
ganz empfindlich und muss daher vollstndig
und sicher vermieden werden.
Schaum wird also je nach Bedarf mglichst
gezielt erzeugt, gesteuert oder zerstrt, seine
Qualitten und Eigenschaften werden den
Anforderungen entsprechend eingestellt. Dies
erffnet in zahlreichen Anwendungsgebieten
und Industrien, in denen Grenzflcheneffekte
und grenzflchenaktive Substanzen von Be -
deutung sind, vielfltige Mglichkeiten zur
Entwicklung neuer und verbesserter Produkte
und Herstellverfahren. Hierzu ist zum einen ein
grundlegendes Verstndnis der physikalischen
und molekularen Vorgnge der Schaumbildung
und des Schaumverhaltens erforderlich, zum
anderen aber auch die Fhigkeit, anwendungs-
orientierte Fragestellungen mit Hilfe geeigneter
Labormethoden untersuchen und mglichst
wirklichkeitsnah simulieren zu knnen. Nicht
zuletzt kommt hier der Auswahl geeigneter
Schaumprfmethoden eine wichtige Rolle zu.
Die Komplexitt des Themas Schaum mit sei-
nen vielfltigen Ausprgungen hat inzwischen
jedoch zu einer kaum noch berschaubaren
Anzahl von Prfmethoden gefhrt, die zwar oft
hnliche Aussagen liefern, aber nur bedingt
vergleichbar sind. Eine Bestandsaufnahme und
ein Vergleich der in den verschiedenen Arbeits-
gebieten verwendeten Prfmethoden scheint
uns daher hilfreich zu sein.
Standardisierte Prfmethoden erleichtern es,
Produkte und deren Eigenschaften in definierter
Weise zu charakterisieren und die Daten indu-
strieweit effizient zu kommunizieren. Die stndi-
ge Weiterentwicklung der Methoden und die
fortschreitende Automatisierung der Labor -
technik machen es daher notwendig, den Be -
darf an einer weiteren Standardisierung und
Normung von Prfmethoden frhzeitig zu erken-
nen und ihm Rechnung zu tragen.
Ziel dieser Broschre ist es, das Phnomen
Schaum sowohl theoretisch als auch anwen-
dungsbezogen zu beschreiben und die Anfor -
der ungen und Problemlsungen in unterschied-
lichen Anwendungssegmenten anschaulich
darzustellen. Sie richtet sich daher in erster
Linie an Produktentwickler und Anwendungs -
tech niker im Labor. Aber auch Verfahrens -
technikern, die Schaumphnomene bei der
Ausarbeitung und Steuerung von Prozessen
zu bercksichtigen haben, und Praktikern im
Betrieb, die mglicherweise bei Prozess -
strungen mit Schaumproblemen konfrontiert
werden, kann sie wertvolle Hilfestellung bieten.
Nach einer theoretischen Einfhrung in das
Thema Schaum werden Eigenschaften und
Verwendung sowohl von Tensiden als auch
Entschumern beschrieben. Dem gezielten Ein -
satz dieser grenzflchenaktiven Substanzen
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Schaumbroschre TEGEWA Arbeitsgruppe Grenzflchenaktive Substanzen"
kommt bei der Schaumerzeugung und -kon -
trolle ebenso wie bei der Einstellung spezieller
Schaum eigenschaften eine entscheidende
Rolle zu.
Es folgt eine Beschreibung des Phnomens
Schaum und seiner vielfltigen Facetten
anhand von Beispielen aus der Praxis. Sie rei-
chen von stark schumenden Systemen, in
denen Schaum von ganz spezieller Qualitt ver-
langt wird, ber schwach schumende Systeme
mit gezielt reguliertem und niedrig gehaltenem
Schaumvolumen bis hin zu schaumfreien
Systemen, in denen Schaum unerwnscht ist
und deshalb vermieden oder zerstrt werden
muss.
Nach einer Diskussion allgemeiner Aspekte zu
Schaumprfmethoden folgt im abschlieenden
Kapitel eine zusammenfassende Darstellung der
in den einzelnen Anwendungsgebieten gngigen
Prfmethoden. Die in der Praxis in groer Zahl
fr spezielle anwendungstechnische Frage stel -
lungen genutzten Tests konnten in der Bro -
schre nicht bercksichtigt werden, weil dies
den vorgesehenen Rahmen gesprengt htte.
Auerdem musste die Thematik auf flssige
Schume begrenzt bleiben. Wssrige Schume
stehen dabei, ihrer praktischen Bedeutung ent-
sprechend, im Vordergrund.
EinleitungSchaum kann als eine Dispersion von Gas in
einer Flssigkeit definiert werden, in der das
Volumen des Gases berwiegt. Schume sind
thermodynamisch nicht stabil und zerfallen all-
mhlich. Die Zeitskala, in der dies geschieht,
variiert stark: Kurzlebige, durch kleine grenzfl-
chenaktive Molekle stabilisierte Schume
knnen in wenigen Sekunden zerfallen.
Schume, die durch Polymere oder Tenside
stabilisiert werden, bestehen ber Stunden
oder sogar Tage. Bei der Mehrzahl der aus der
Praxis bekannten Schume handelt es sich um
wssrige Systeme.
SchaumstrukturEs gibt zwei typische Schaumstrukturen, die als
Grenzflle betrachtet werden knnen.
Kugelschaum Diese Struktur mit kugelfrmigen Gasblasen
ist typisch fr Schume mit einem hohen
Flssigkeitsgehalt und liegt gewhnlich un -
mittelbar nach der Schaumbildung vor.
PolyederschaumHier werden polyedrische Gasblasen von
dnnen Flssigkeitsfilmen getrennt. Diese
Struktur, die in Abb. 1 gezeigt wird, bildet
sich aus, wenn der Schaum entwssert ist.
Das Volumen der Flssigkeit kann dabei sehr
klein werden. Dabei treffen drei Filmlamellen
in einem Winkel von 120 aufeinander und
bilden den so genannten Plateaukanal
(benannt nach dem belgischen Physiker
Joseph Plateau, 1801-1883).
2. Theoretische Grundlagen
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Schaumbroschre TEGEWA Arbeitsgruppe Grenzflchenaktive Substanzen"
Die Drainage der Flssigkeit verursacht einen
allmhlichen bergang vom Kugelschaum in
den Polyederschaum. Dnne Filme, wie zu
beobachten in Schumen und Seifenblasen,
weisen hufig Interferenzfarben auf. Dies zeigt,
dass sie in ihrer Dicke vergleichbar sind mit der
Wellenlnge des Lichts. Bei dnneren Filmen
sind diese Farben nicht zu beobachten.
Abb. 2 zeigt beide Strukturen in einer
Schaumschicht. In viskosen Flssigkeiten ver-
luft die Drainage langsam und begnstigt dort
die Ausbildung der Kugelschaumstruktur.
Abb. 1
Schaumstruktur (Polyederschaum);
Foto: Clariant
Polyederschaum
Kugelschaum
Abb. 2
Struktur einer Schaumschicht
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Schaumbroschre TEGEWA Arbeitsgruppe Grenzflchenaktive Substanzen"
Schaumbildung und -zerstrung
Die Fhigkeit des Schaums, sich zu bilden, wird
als Schaumbildungs- oder Schumvermgen
bezeichnet. Dies zeigt die kurzfristige Stabilitt
dnner Filme. Schaumbildung bedeutet auch
die Bildung einer neuen Oberflche. Die dafr
bentigte Energie steht in Zusammenhang mit
der Oberflchenspannung. Die dynamische
Oberflchenspannung ist, eher als die stati