Caracterização de Espumas com o FOAMSCAN e um Dispositivo Externo

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

• Escolher o melhor processo ou dispositivo para gerar a espuma