Méthodes anti-mousse pour une mousse excessive causée par une concentration accrue de tensioactif

Lorsque l’air entre dans une phase liquide, il se dissout à peine dans l’eau et est divisé en d’innombrables petites bulles par force de cisaillement externe, formant ainsi un système moussant hétérogène. La formation de mousse élargit considérablement la zone de contact gaz-liquide et augmente l'énergie libre du système.

À mesure que la concentration du tensioactif augmente, la tension superficielle du système chute brusquement au début et se stabilise jusqu'à une valeur d'équilibre avec une croissance ultérieure de la concentration. Les expériences de Milles et Shedlovsky prouvent que les points minimaux anormaux sur la courbe de tension superficielle résultent principalement d'impuretés du système ou d'interactions entre différents tensioactifs, et ce point de bascule fait référence à la concentration critique de micelles (CMC). Une fois que la concentration atteint la CMC, d'abondantes molécules de tensioactif se disposent de manière compacte sur la surface du liquide pour former un film unimoléculaire dense et sans espace, minimisant ainsi la tension superficielle globale. Une tension superficielle plus faible réduit le seuil d’énergie libre pour la formation de mousse, ce qui rend le moussage beaucoup plus facile.

Dans la production industrielle, les tensioactifs sont généralement dosés au-dessus de la CMC pour garantir la stabilité au stockage à long terme des émulsions. Malgré l'amélioration de la stabilité de l'émulsion, un excès de tensioactifs présente des inconvénients évidents : en plus de réduire la tension superficielle, les tensioactifs excédentaires enveloppent l'air emprisonné à l'intérieur des émulsions pour former des films liquides résistants et construire une couche bimoléculaire à la surface du liquide, augmentant considérablement la difficulté de décomposition de la mousse.

La mousse est un agrégat de nombreuses bulles, avec un gaz comme phase dispersée et un liquide comme phase continue. Le gaz à l’intérieur des bulles peut se diffuser à travers les bulles adjacentes ou s’échapper dans l’air ambiant, conduisant finalement à la coalescence et à la rupture des bulles.

L'eau pure ou les solutions tensioactives monocomposantes présentent des compositions homogènes. Les films liquides formés manquent d’élasticité, la mousse résultante est donc instable et s’effondre spontanément. Les théories thermodynamiques soutiennent que les mousses générées à partir de liquides purs sont temporaires et se décomposent via le drainage des liquides des parois du film.

Les revêtements à base d'eau contiennent de l'eau, des émulsifiants polymères et divers additifs tensioactifs, notamment des dispersants, des agents mouillants et des épaississants. Ces substances actives coexistantes déclenchent facilement le moussage et stabilisent la mousse existante.

1. Après le moussage, l’attraction intermoléculaire pousse les tensioactifs à s’adsorber sur les films à bulles. Les groupes hydrophiles s'étendent dans l'émulsion externe tandis que les groupes hydrophobes pointent vers l'air à l'intérieur des bulles. Un arrangement moléculaire régulier à l'interface gaz-liquide produit des films élastiques qui résistent à la rupture. La gravité induit un drainage du liquide vers le bas du film à bulles et un amincissement partiel du film. Deux mécanismes d'auto-réparation empêchent l'effondrement du film : la contraction élastique de Gibbs se produit lorsque la zone expansée du film augmente la tension superficielle locale et génère des gradients de tension pour rétrécir le film ; l'effet Marangoni permet aux molécules de tensioactif adsorbées de migrer des zones à basse tension vers les zones à haute tension pour une tension superficielle uniforme. Ensemble, les deux effets maintiennent une mousse stable.

2. Les émulsifiants ioniques transportent des charges statiques sur les films à bulles. La répulsion électrostatique entre des bulles de charge identique empêche les petites bulles de fusionner en plus grosses, empêchant ainsi le démoussage naturel et la stabilisation de la mousse.

3. Les émulsifiants à longue chaîne créent une forte attraction intermoléculaire entre les chaînes moléculaires, conférant aux films à bulles une excellente élasticité et une excellente résistance mécanique pour résister à la fissuration et retarder l'élimination de la mousse.

4. Des agents épaississants sont ajoutés pour augmenter la viscosité des revêtements à base d’eau. Une viscosité plus élevée empêche l'écoulement du liquide entre les bulles, ralentit l'amincissement du film et arrête la rupture du film, ce qui stabilise la mousse et complique le démoussage.