Entschäumer
physikalisch wirkende chemische Verbindungen (im Lebensmittelbereich Schaumverhüter)
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Entschäumer oder Schaumbekämpfungsmittel[1] sind chemische Formulierungen mit ausgeprägter Grenzflächenaktivität, die geeignet sind, unerwünschte Schaumbildung (z. B. bei der Abwasserreinigung, der Papierherstellung, beim Waschvorgang in Waschmaschinen, beim Lackieren, bei Fermentationsprozessen) zu unterdrücken oder bereits gebildeten Schaum zu zerstören. Dabei wird teilweise zwischen Entschäumern (verhindern die Entstehung von Schaum bzw. lösen Schaum auf) und Entlüftern (bringen die Luftblasen schneller an die Oberfläche) unterschieden.[2] Der ähnliche Begriff Schaumverhüter bezieht sich fast ausschließlich auf den Bereich der Lebensmitteltechnologie und beschreibt prinzipiell identisch wirkende Stoffe oder Gemische.[3]
Sehr verschiedene Substanzklassen können als Entschäumer wirken.
Mono- und Diglyceride von Fettsäuren
Häufig werden Mono- und Diglyceride eingesetzt.[4]
Strukturformel eines 2-Monoglycerids – Verwendung als Entschäumer in Lebensmitteln
Strukturformel eines 1,2-Diglycerids – Verwendung als Entschäumer in Lebensmitteln
Strukturformel eines Triglycerids (also eines natürlichen Fettes) – Bestandteil vieler Lebensmittel
Trübungspunktentschäumer / Polyether
Es gibt homogene Entschäumer, d. h. Entschäumer, die in der schäumenden Flotte gelöst vorliegen (z. B. so genannte Trübungspunkt-Entschäumer) aus der Klasse der Phosphorsäureester:
Polyether können bei der Entschäumung von Rohöl eingesetzt werden[5][6]. Siliconpolyether können ebenfalls als Trübungspunkt-Entschäumer wirken[7][8].
Auf unlöslichem Öl basierende Entschäumer
Weite Verbreitung finden sog. Compounds aus Mineralölen oder Silikonölen z. B. Dimethylpolysiloxan und darin implementierten Kieselsäure-Partikeln. Hierbei handelt es sich um heterogene Entschäumer, da diese Systeme im schäumenden Medium unlöslich sind[4].
Mechanismus
Für die Wirkung von Entschäumern auf schäumende Systeme werden verschiedene Mechanismen diskutiert. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Spreitung (Maß für die Fähigkeit von Ölen und ähnlichen Substanzen, sich flächig auszubreiten) eines in die Oberfläche einer Schaumlamelle eingedrungenen Entschäumer-Öltröpfchens. Der Einbau von z. B. Kieselsäure-Partikeln in Silikon-Entschäumer dient dabei dem Zweck, den Eintritt der dispergierten Öltröpfchen in die Grenzfläche Wasser/Luft zu beschleunigen bzw. überhaupt zu ermöglichen.[9]
Für Entschäumer, die auf unlöslichen Öl basieren wird von Garret und Denkov[10] folgender Mechanismus vorgeschlagen:
A: Das Entschäumertröpfchen wandert zu dem asymmetrischen Film (Luft/Tensid/Wasser)
B: Das Entschäumertröpfchen dringt in den asymmetrischen Film ein.
C: Das Entschäumertröpfchen bildet eine Brücke (Bridging)
C1: Es findet eine Entnetzung am Tröpfchen statt (Bridging Dewetting)
C2: Die Brücke dehnt sich und reißt (Bridging Stretching)
Dabei sind folgende thermodynamische Bedingungen wirksam:
Eintrittskoeffizient
E = σ(AW) + σ(OW) – σ(OA)
E muss positiv sein, um Tropfeneintritt zu ermöglichen
Verbrückungskoeffizient
B = σ(AW)2 + σ(OW)2 – σ(OA)2
B muss positiv sein, um instabile Brücken zu bilden. Ist B negativ
Spreitungskoeffizient
S = σ(AW) - σ(OW) – σ(OA)
Die meisten entschäumend wirkenden Öle haben einen positiven Spreitungskoeffizient S.
Dabei bedeuten:
σ(AW) Grenzflächenspannung Luft/Wasser
σ(OW) Grenzflächenspannung Öl/Wasser
σ(OA) Grenzflächenspannung Öl/Luft
Beim Eintritt des Tröpfchens in den asymmetrischen Film muss der der kritische Spaltdruck überwunden werden. Diese kinetische Barriere wird durch die Kieselsäure im Simeticon herabgesetzt. Die Gegenwart von Kieselsäure bewirkt den Unterschied von schnellen und langsamen Entschäumern[10].