Schaum

Schaum ist ein Verband von Zweiphasensystemen, bestehend aus gasförmigen Bläschen, die durch flüssige Lamellen (flüssiger Schaum) oder feste Wände (fester Schaum) getrennt sind. Gegenstand dieses Glossars sind flüssige Schäume als Grenzflächenphänomen, an deren Entstehung und Stabilisierung Tenside beteiligt sind.

Hintergrund

Befinden sich Gasbläschen in einer Tensidlösung, dann adsorbieren Tensidmoleküle an der Bläschenoberfläche und setzen die Oberflächenspannung zwischen Bläschen und der Volumenphase herab. Steigt ein Bläschen auf, dann entstehen von einem dünnen Film (Lamelle) umschlossene Blasen, deren Lamellen sich mit anderen verbinden können und so einen Schaum bilden. Eine Lamelle besteht aus einer Tensiddoppelschicht, deren eine Seite aus den nach oben transportierten Tensidmolekülen und deren andere Seite aus den zuvor an der Oberfläche befindlichen Molekülen besteht.

Bildung eines Film mit Tensiddoppelschicht

Stabilisiert werden Lamellen durch die Adsorptionsenthalpie der Tensidmoleküle, destabilisiert werden sie durch den Innendruck (Laplace-Druck) und durch die Schwerkraft, die zu einem Abfließen der Flüssigkeit aus den Lamellen (Drainage) führt. Die destabilisierenden Effekte führen dazu, dass flüssiger Schaum allmählich zerfällt. Hinsichtlich der Schäumbarkeit und der Schaumstabilität können sich Tensidlösungen sehr deutlich unterscheiden.

Bedeutung

Schaum hat eine herausragende industrielle Bedeutung. Bei Produkten der Kosmetik, der Körperpflege oder der Lebensmittelindustrie, bei der Reinigung, bei der Stofftrennung mittels Schaum (Floatation) oder bei der Brandbekämpfung werden schäumbare Tensidlösungen im großen Maßstab eingesetzt.
Ebenso wichtig ist die Vermeidung von Schaum bei Prozessen wie Drucken, Pumpen, Kühlen oder Schmieren. Hier kommen Entschäumer (engl. Defoamer) oder Antischäumer (Antifoamer) zum Einsatz, die Schäume destabilisieren bzw. ihre Bildung unterbinden.

Messmethoden (Auswahl)

  • Messung der Schäumbarkeit: Eine Probe wird z. B. per Gasstrom, mit Hilfe eines Rührers oder durch Fallen einer Reservoirlösung in eine Vorlagelösung (Methode nach Ross-Miles) aufgeschäumt. Nach dem Aufschäumen wird die erreichte Schaumhöhe bestimmt.
  • Messung der Schaumstabilität: Die Schaumhöhe bei einer definiert aufgeschäumten Probe wird beobachtet. Anhand verschiedener Parameter kann die Zerfallsgeschwindigkeit des Schaums bewertet werden.
  • Schaumstrukturanalyse: Schaum wird mit einer Videokamera aufgenommen, wobei mit Hilfe eines speziellen Prismas ein zweidimensionaler Schnitt durch die Schaumstruktur erzeugt wird. Das Video wird mit Hilfe einer Software analysiert, um die Anzahl der Blasen pro Flächeneinheit, die Blasengrößen und deren statistische Verteilung zu berechnen.
  • Leitfähigkeitsmessung (Bestimmung des Flüssigkeitsgehalts): Anhand eines Vergleichs der Leitfähigkeit der Ausgangslösung und des gebildeten Schaums kann der Flüssigkeitsgehalt des Schaums bestimmt werden. Höhen- und zeitabhängige Messungen ermöglichen die Charakterisierung hinsichtlich Drainage und Stabilität.