A desinfecção das mãos ganhou destaque durante a crise sanitária da COVID-19. Como são convenientes de usar e possuem um custo acessível, os dispensadores de espuma são amplamente utilizados para fornecer desinfetante para as mãos na forma de espuma. A espuma é gerada ao pressionar o atuador do dispensador, momento em que um volume de ar é injetado na solução desinfetante enquanto ela é bombeada, resultando na formação da espuma.
A Importância de Controlar as Propriedades da Espuma nos Dispensadores
Para os fabricantes de desinfetantes para as mãos, é de extrema importância controlar o volume de espuma dispensado e as propriedades da espuma, como estabilidade e textura ao ser friccionada nas mãos.
O Analisador de Espuma FOAMSCAN™: Precisão para Caracterizar as Propriedades da Espuma
O FOAMSCAN™ é o analisador de espuma mais preciso para o seu laboratório. Espumas líquidas são comuns em vários processos industriais e em nosso dia a dia. Ser capaz de gerar uma espuma líquida controlada e entender os fenômenos responsáveis pela sua destabilização é crucial para otimizar formulações.
Propriedades de Formação e Estabilidade de Espuma
- As propriedades de formação e estabilidade da espuma dependem de:
- Frações líquidas: quantidade de líquido comparada ao volume de espuma.
- Tamanho das bolhas: variando de micrômetros a centímetros.
- Polidispersidade: distribuição dos tamanhos das bolhas.
A linha de Analisadores de Espuma da TECLIS caracteriza precisamente as propriedades de formação de espuma e testa a eficácia de antiespumantes, economizando tempo valioso na formulação de produtos espumantes.
Metodologia do Experimento com o Analisador de Espuma FOAMSCAN
O analisador de espuma FOAMSCAN™ é utilizado para estudar três soluções espumantes, A, B e C, produzidas por três dispensadores de espuma. A Espuma A é feita a partir de uma solução hidroalcoólica, enquanto as Espumas B e C são feitas a partir de soluções à base de água.
O software FOAMSCAN™ mede o volume e a estabilidade da espuma ao longo do tempo, enquanto a estrutura da espuma (tamanho e distribuição das bolhas) e a fração líquida da espuma são analisadas usando o software CSA.
Configuração do Experimento
As espumas A, B e C são geradas diretamente dos dispensadores em uma cubeta de vidro de quartzo (ID 25×25×65 mm) equipada com prismas. A medição começa imediatamente após o enchimento da cubeta com espuma e dura 600 segundos.
Os experimentos são realizados três vezes para garantir a reprodutibilidade das medições.
Analisador de espuma FOAMSCAN™ - Configuração do experimento
Análise das Propriedades da Espuma
Após a formação da espuma, as imagens da estrutura mostram que a Espuma A apresenta bolhas homogêneas em tamanho, enquanto as Espumas B e C possuem bolhas mais heterogêneas em tamanho (Fig. 1).
O amplo campo de visão (10 mm²) permite visualizar centenas de bolhas (mais de 700 para a Espuma A no início), garantindo uma boa representatividade estatística da população de bolhas.
Fig. 1 Imagens das bolhas de espuma capturadas pela câmera CSA logo após a produção da espuma, barra = 2,3 mm
Crescimento das Bolhas ao Longo do Tempo
A análise estatística da estrutura da espuma ao longo do tempo mostra que, embora as três espumas sejam semelhantes em tamanho de bolhas logo após a formação, elas envelhecem de maneiras diferentes. De fato, aos 10 segundos (t=10 sec.), o raio médio das bolhas é de 35 µm, 45 µm e 55 µm para as espumas C, B e A, respectivamente (Fig. 2). As bolhas da Espuma C aumentam rapidamente de 35 µm para grandes bolhas com raio médio de até 0,5 mm, enquanto o crescimento do tamanho das bolhas nas Espumas A e B é muito mais baixo e lento em comparação com a Espuma C.
Mecanismos de Envelhecimento: Maturação e Coalescência
O aumento no tamanho das bolhas é explicado por dois mecanismos simultâneos de envelhecimento da espuma, que são a maturação e a coalescência [Boos 2013]. A análise do índice de polidispersidade de T=0 a t=100 sec. (Fig. 2) indica que há mais eventos de coalescência na Espuma C, enquanto a estabilidade do índice de polidispersidade para as Espumas A e B sugere menos eventos de coalescência e mais maturação, ou seja, transferência de gás das bolhas menores para as maiores.
Fig. 2 Análise da Estrutura da Espuma com o software CSA
Tempo (s)
Estabilidade da Espuma ao Longo do Tempo
Medir o volume da espuma ao longo do tempo permite avaliar a estabilidade geral de uma espuma. A estabilidade esperada da espuma obviamente varia de uma aplicação para outra. No caso de desinfetante para as mãos produzido por um dispensador de espuma: a espuma precisa permanecer estável o tempo suficiente para que a pessoa possa espalhá-la por toda a mão.
Volume da Espuma: Comparação entre as Espumas A, B e C
O volume da espuma ao longo do tempo (Fig. 3) mostra que a espuma B é a mais estável. Seu volume diminui muito lentamente ao longo de 600 segundos, um tempo muito maior do que o necessário para a aplicação. O volume da espuma C diminui rapidamente e seu tempo de meia-vida t1/2 = 220 s é o mais curto. A espuma A mostra uma estabilidade intermediária, duas vezes maior do que a Espuma C (t1/2 = 440 s).
Fig. 3 Volume da espuma ao longo do tempo, n=3
Drenagem e Coalescência: Mecanismos de Dissipação da Espuma
A drenagem e a coalescência são os dois principais mecanismos de dissipação que ocorrem. Enquanto a coalescência é difícil de quantificar, a drenagem pode ser caracterizada pela medição da fração líquida.
A Fração Líquida e Seu Impacto na Estabilidade da Espuma
A fração líquida da espuma representa a quantidade de líquido presente na espuma. Essa fração líquida pode ser calculada por meio de análise de imagens utilizando o software CSA [Forel 2016]. Monitorar essa fração líquida ao longo do tempo indica como a drenagem desempenha um papel na degradação da espuma.
Fig. 4 Fração líquida ao longo do tempo, n=3
No início, as espumas A, B e C apresentam frações líquidas iniciais de 9%, 12% e 23%, respectivamente (Fig. 4). A Espuma C é a mais úmida. Com o tempo, a drenagem é mais rápida para a Espuma C do que para as Espumas A e B. Quando as espumas são espalhadas sobre a pele, a sensação percebida pela pessoa será diferente dependendo se a espuma está úmida ou não e se a drenagem é rápida ou lenta. É interessante relacionar esses dados quantitativos com os resultados da pesquisa qualitativa com consumidores.
Sensação Percebida na Aplicação de Espuma nas Mãos
Além disso, a fração líquida está envolvida no estresse de rendimento da espuma. Após o uso dos 3 dispensadores de espuma para desinfetante para as mãos, observamos dois comportamentos diferentes ao espalhar a espuma nas mãos. As Espumas A e B permanecem bastante firmes, enquanto a Espuma C se desintegra e escorre. A Espuma C escorre na pele devido à sua fração líquida excessivamente alta. Ela não consegue sustentar seu próprio peso. Um tamanho de bolhas menor seria necessário para dar a essa formulação um maior estresse de rendimento.
CONCLUSÃO
As propriedades da espuma dependem não apenas da formulação da solução desinfetante, mas também do dispensador de espuma utilizado para produzi-la.
O analisador de espuma FOAMSCAN™ pode medir as propriedades das espumas geradas por qualquer dispositivo externo, o que o torna uma ferramenta poderosa para otimizar a relação custo-benefício do produto final:
-
Melhorar a formulação da solução espumante
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Escolher o melhor processo ou dispositivo para gerar a espuma
Referências
Boos, J.; Drenckhan, W.; Stubenrauch, C., Protocol for studying aqueous foams stabilized by surfactant mixtures. Journal of Surfactants and Detergents 2013, 16 (1), 1-12.
Yazhgur, P.; Rio, E.; Rouyer, F.; Pigeonneau, F.; Salonen, A., Drainage in a rising foam. Soft Matter 2016, 12 (3), 905-13.
Volp, A. R.; Willenbacher, N., Shear modulus and yield stress of foams: contribution of interfacial elasticity. Soft Matter 2021, 17 (14), 3937-3944.
Forel, E.; Rio, E.; Schneider, M.; Beguin, S.; Weaire, D.; Hutzler, S.; Drenckhan, W., The surface tells it all: relationship between volume and surface fraction of liquid dispersions. Soft Matter 2016, 12 (38), 8025-8029.
