Dispersão: Um Indicador para Classificar a Dissipação de Espumas

Apresentação do Estudo

Neste estudo, exploramos como a análise de imagem pode ser utilizada para classificar espumas de acordo com seus mecanismos de dissipação. Investigamos duas formulações de espumas, denominadas Espuma A e Espuma B, produzidas com o mesmo protocolo, mas que apresentam comportamentos distintos ao longo do tempo. 

Os principais pontos abordados neste estudo são:

• Introdução aos mecanismos de dissipação de espumas: drenagem, coalescência e crescimento de bolhas;

• Metodologia de produção e análise das espumas A e B;

• Utilização da dispersão como indicador para classificar espumas;

• Comparação da evolução estrutural entre as duas espumas;

• Discussão sobre as implicações dos resultados para aplicações industriais.

Este trabalho oferece uma abordagem prática para compreender e diferenciar espumas em função de sua estabilidade e mecanismo de dissipação, sendo altamente relevante para diversas áreas como a indústria de cosméticos, alimentos e produção de petróleo.

Introdução

Espumas representam uma ampla classe de materiais formados por gás e líquido. Dependendo do objetivo, é essencial compreender as características da espuma para direcionar a formulação em busca do comportamento desejado.

Em algumas aplicações, busca-se uma espuma duradoura, enquanto em outras, uma espuma de rápida dissipação é preferida. 

Durante seu envelhecimento, a espuma se dissipa por três mecanismos principais:

• Drenagem: causada pela gravidade;

• Coalescência: ocorre quando o filme da bolha se torna suficientemente fino e se rompe;

• Crescimento (Coarsening): impulsionado pela diferença de pressão entre bolhas vizinhas.

O objetivo deste estudo é ilustrar como a análise de imagem da estrutura da espuma pode auxiliar na classificação de dois tipos de espumas, baseando-se nos diferentes mecanismos de dissipação.

Metodologia

Duas espumas, denominadas Espuma A e Espuma B, foram produzidas utilizando o mesmo protocolo de formação. A estrutura das espumas foi estudada ao longo do tempo utilizando o sistema FOAMSCAN™ CSA (Cell Size Analysis software).

Assumindo uma distribuição monomodal do tamanho das bolhas, foi calculada a dispersão — definida como a razão entre o desvio padrão e o raio médio — em função do tempo.

Protocolo Experimental

As Espumas A e B foram geradas por agitação mecânica durante 60 segundos e posteriormente transferidas para um recipiente de vidro. As imagens das espumas foram capturadas a cada 10 segundos por um período total de 1800 segundos.

Resultados da Análise de Imagem

A estrutura da espuma foi determinada por análise de imagem. As imagens abaixo representam a espuma antes de qualquer processamento:

• O bom contraste entre as bolhas e o fundo permitiu o uso de segmentação automática para contar e analisar todas as bolhas individualmente.

• O parâmetro estatístico D (dispersão) foi utilizado para demonstrar a capacidade da análise de imagem em detectar alterações estruturais na espuma.

A dispersão D, definida pela fórmula $D = \frac{\sqrt{r^2 - \bar{r}^2}}{\bar{r}}$ ,  foi plotada ao longo do tempo para as espumas A e B.

• A dispersão da Espuma A permaneceu praticamente constante.

• A dispersão da Espuma B aumentou com o tempo.

Essa diferença de comportamento indica dois mecanismos de dissipação distintos:

• Espuma B: Dissipação dominada por coalescência (fusão de bolhas).

• Espuma A: Dissipação majoritariamente através de crescimento (Coarsening).

Gráficos e Imagens

• Espuma A aos 0 min e 30 min

• Espuma B aos 0 min e 30 min

O gráfico mostra a evolução da dispersão em função do tempo, ilustrando claramente o contraste entre os comportamentos das duas espumas.

Conclusão

Duas espumas foram analisadas e suas evoluções estruturais estudadas por meio de imagens.

A dispersão foi um parâmetro poderoso para:

• Detectar mecanismos de dissipação diferentes;

• Classificar espumas com base em seu comportamento ao longo do tempo.

Enquanto a Espuma A apresenta crescimento de bolhas por coarsening (também conhecido como ripening de Oswald), a Espuma B sofre significativa coalescência.

Esses achados são relevantes para qualquer aplicação onde a estabilidade da espuma é crítica, como na indústria de cosméticos, alimentícia e petróleo.

Referências

1. Boos, J.; Drenckhan, W.; Stubenrauch, C., "On how surfactant depletion during foam generation influences foam properties", Langmuir 2012, 28(25), 9303-9310.

2. 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.