Un antiespumante o agente antiespumante es un aditivo químico que reduce y dificulta la formación de espuma en líquidos de procesos industriales . Los términos agente antiespumante y antiespumante se utilizan a menudo indistintamente. Estrictamente hablando, los antiespumantes eliminan la espuma existente y los antiespumantes previenen la formación de más espuma. Los agentes más utilizados son los aceites insolubles, los polidimetilsiloxanos y otras siliconas, ciertos alcoholes, estearatos y glicoles . El aditivo se utiliza para prevenir la formación de espuma o se añade para romper una espuma ya formada.
En los procesos industriales, las espumas plantean graves problemas, ya que provocan defectos en los revestimientos de las superficies e impiden el llenado eficaz de los contenedores. Existen diversas fórmulas químicas para evitar la formación de espumas. [1]
En general, un antiespumante es insoluble en el medio espumante y tiene propiedades tensioactivas. Una característica esencial de un producto antiespumante es su baja viscosidad y su capacidad para extenderse rápidamente sobre superficies espumosas. Tiene afinidad con la superficie aire-líquido, donde desestabiliza las láminas de espuma. Esto provoca la ruptura de las burbujas de aire y la descomposición de la espuma superficial. Las burbujas de aire atrapadas se aglomeran y las burbujas más grandes suben a la superficie del líquido a granel más rápidamente. [2]
Los primeros antiespumantes tenían como objetivo descomponer la espuma visible en la superficie. El queroseno , el fueloil y otros productos derivados del petróleo ligero se utilizaban para descomponer la espuma. Los aceites vegetales también encontraron algún uso. Los alcoholes grasos (C7 – C22) eran antiespumantes eficaces pero costosos. Se añadían a los productos derivados del petróleo para aumentar su eficacia. La leche y la nata fueron los antecesores de los antiespumantes de tipo emulsión modernos. [3]
Durante la década de 1950, comenzaron los experimentos con antiespumantes a base de silicona . Estos se basaban en polidimetilsiloxano (aceite de silicona) disperso en agua o aceite ligero. Los aceites de silicona funcionaron bien, pero causaron alteraciones de la superficie en muchas aplicaciones como pinturas y fabricación de papel . En 1963 se patentaron los primeros antiespumantes con partículas hidrófobas ( sílice hidrófoba ) en aceite ligero . A principios de la década de 1970, se desarrollaron ceras hidrófobas como la etileno bis estearamida dispersas en aceites. Este tipo de antiespumantes eran muy eficientes, pero la crisis del petróleo de 1973 los hizo demasiado caros y dio lugar a un impulso para la reducción del contenido de aceite. La solución fue agregar agua . Entonces aparecieron los antiespumantes extendidos en agua (emulsión de agua en aceite) y a base de agua (emulsión de aceite en agua). [4]
El desarrollo de antiespumantes a base de silicona ha continuado, utilizando diferentes emulsionantes y aceites de silicona modificados. A principios de los años 90, los antiespumantes a base de emulsión de silicona que causaban menos alteración de la superficie se utilizaron en la industria de la pulpa de madera con gran éxito. Estos causaron un mejor lavado, redujeron la demanda biológica de oxígeno (DBO) en el efluente y redujeron los depósitos.
Los antiespumantes a base de aceite tienen un aceite portador. El aceite puede ser aceite mineral , aceite vegetal o cualquier otro aceite que sea insoluble en el medio espumante, excepto aceite de silicona . Un antiespumante a base de aceite también contiene una cera y/o sílice hidrófoba para aumentar el rendimiento. Las ceras típicas son la etilen-bis-estearamida (EBS), las ceras de parafina , las ceras de ésteres y las ceras de alcoholes grasos . Estos productos también pueden tener surfactantes para mejorar la emulsificación y la distribución en el medio espumante.
Son antiespumantes de alta resistencia y normalmente son los mejores para eliminar la espuma de la superficie.
Los antiespumantes en polvo son, en principio, antiespumantes a base de aceite sobre un soporte particulado como sílice . Se añaden a productos en polvo como cemento , yeso y detergentes .
Los antiespumantes a base de agua son distintos tipos de aceites y ceras dispersados en una base de agua. Los aceites suelen ser aceites minerales o vegetales y las ceras son alcoholes grasos de cadena larga , jabones de ácidos grasos o ésteres . Normalmente son los mejores como desaireadores , lo que significa que son los mejores para liberar el aire atrapado.
Los antiespumantes a base de silicona son polímeros con cadenas principales de silicona. Pueden suministrarse como un aceite o una emulsión a base de agua. El compuesto de silicona consiste en una sílice hidrófoba dispersa en un aceite de silicona . Se añaden emulsionantes para garantizar que la silicona se extienda rápidamente y bien en el medio espumante. El compuesto de silicona también puede contener glicoles de silicona y otros fluidos de silicona modificados. [5]
Estos también son antiespumantes de alta resistencia y son buenos tanto para eliminar la espuma superficial como para liberar el aire atrapado.
Los antiespumantes a base de silicona también son adecuados en sistemas de formación de espuma no acuosos, como el petróleo crudo y la refinación de petróleo . Para aplicaciones muy exigentes, las fluorosiliconas pueden ser adecuadas.
Los antiespumantes a base de EO/PO contienen copolímeros de polietilenglicol y polipropilenglicol. Se suministran como aceites, soluciones acuosas o emulsiones a base de agua. Los copolímeros de EO/PO normalmente tienen buenas propiedades de dispersión y suelen ser muy adecuados cuando los problemas de sedimentación son un problema.
Los poliacrilatos de alquilo son adecuados para su uso como antiespumantes en sistemas no acuosos en los que la liberación de aire es más importante que la descomposición de la espuma superficial. Estos antiespumantes suelen administrarse en un disolvente portador como los destilados de petróleo .
La forma más notoria de espuma es la que flota sobre la superficie del material. Es fácil de controlar y relativamente fácil de manipular y es más un problema estético. La espuma superficial puede causar problemas con los niveles de líquido y provocar desbordes que generen charcos de aceite alrededor del equipo, lo que constituye un problema de seguridad. [6] Además, esto puede reducir la velocidad del proceso y la disponibilidad del equipo de proceso. El principal problema mecánico suele producirse cuando la espuma entra en el sistema, ya que el aire es un lubricante deficiente, lo que significa que puede producirse contacto entre metales. [6]
El aire u otro gas disuelto en el fluido puede salir de la solución en forma de pequeñas burbujas (aire atrapado). Si estas pequeñas burbujas tienen suficiente flotabilidad , pueden subir a la superficie y juntas formar espuma. Factores mecánicos que pueden generar aire atrapado:
La espuma, el aire arrastrado y disuelto que están presentes en los refrigerantes y líquidos de procesamiento pueden causar varios tipos de problemas, entre ellos:
Hay varias formas de probar los antiespumantes.
La forma más sencilla de hacerlo es observar la espuma de la superficie. Todo lo que se necesita es un sistema para generar espuma. Esto se puede hacer con un sistema de bombeo circular con una boquilla y un cilindro o con un sistema de inyección de aire en un cilindro. El cilindro está equipado con una escala para medir la altura de la espuma. Este equipo puede tener un calentador para controlar la temperatura.
El aire atrapado se puede probar con un equipo similar que tiene un densímetro que puede registrar los cambios en la densidad del líquido a lo largo del tiempo.
El drenaje se puede comprobar con un sistema de filtrado para medir el tiempo que tarda un líquido en pasar por el filtro. El filtro puede estar presurizado o tener un sistema de vacío .
Los antiespumantes se añaden a ciertos tipos de detergentes para reducir la formación de espuma que podría disminuir la acción del detergente. Por ejemplo, los detergentes para lavavajillas deben tener poca espuma para que el lavavajillas funcione correctamente. El antiespumante se añade al tanque de recuperación de los extractores de alfombras para evitar que la formación excesiva de espuma dañe el motor de la aspiradora.
Cuando se utilizan como ingrediente en alimentos , los agentes antiespumantes tienen como objetivo frenar la efusión o efervescencia durante la preparación o el servicio. [ cita requerida ] Los agentes se incluyen en una variedad de alimentos y en materiales para la preparación de alimentos; McDonald's incluye polidimetilsiloxano (un tipo de silicona ) en su aceite para mitigar las salpicaduras peligrosas de aceite causadas por la formación de espuma en las freidoras, [7] por lo que se ha incluido como ingrediente en sus nuggets de pollo , papas fritas y otros elementos fritos del menú. [8] [9]
Los antiespumantes se utilizan en muchos procesos y productos industriales: pulpa de madera , papel , pinturas , tratamiento de aguas residuales industriales , procesamiento de alimentos , perforación petrolera , industria de máquinas-herramientas , aceites para herramientas de corte , hidráulica , etc.
También se venden en el mercado agentes antiespumantes para aliviar la hinchazón . Un ejemplo conocido es el fármaco simeticona , que es el ingrediente activo de medicamentos como Gas-X . [ cita requerida ]