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Comment mesurer l'efficacité des agents antimousse avec FOAMSCAN™
Bien que les mousses liquides soient thermodynamiquement instables, elles peuvent, dans des conditions pratiques, rester stables pendant de longues périodes, ce qui pose souvent des problèmes importants dans divers secteurs industriels. Pour obtenir une faible capacité moussante ou une faible stabilité de la mousse, des additifs spécifiques sont utilisés afin d'empêcher ou de détruire sa formation.
FOAMSCAN™ permet de quantifier avec précision l'efficacité des agents antimousse grâce à l'analyse de la génération et de la disparition contrôlées de la mousse. Un antimousse, le Defoamer X, a été testé à quatre concentrations (25 à 500 ppm) dans deux systèmes tensioactifs. Les mousses ont été produites par injection de gaz ; le temps nécessaire pour atteindre un volume de mousse cible a permis de mesurer la capacité moussante, tandis que la demi-vie de la mousse a indiqué sa stabilité. Dans cette étude, FOAMSCAN™ a fourni une méthode fiable, quantitative et automatisée pour évaluer à la fois la capacité moussante et la stabilité de la mousse, ce qui en fait un outil idéal pour le criblage et l'optimisation des additifs antimousse dans les formulations à base de tensioactifs.
Comment mesurer les propriétés interfaciales des huiles solides avec TRACKER™
Les propriétés solidifiantes des huiles sont exploitées dans de nombreuses applications industrielles, alimentaires, cosmétiques et pharmaceutiques. Ces propriétés proviennent de la capacité de certaines huiles à cristalliser, durcir ou former des structures solides dans des conditions spécifiques, telles que des variations de température ou des interactions avec d'autres substances.
Cependant, la mesure de la tension superficielle de ces huiles peut s'avérer complexe en raison de leur solidification, notamment lorsque leur point de fusion est élevé. Pour pallier cette difficulté, le tensiomètre à goutte TRACKER™ est équipé d'un porte-seringue spécifique permettant de chauffer l'échantillon à la fois dans la seringue et à l'extrémité de l'aiguille, garantissant ainsi des mesures précises.
Pour démontrer les capacités du TRACKER™, la tension superficielle de trois huiles solides (huile de coco, beurre et cire de paraffine) a été mesurée aux interfaces air-huile et eau-huile...
Caractérisation des mousses produites par un dispositif externe
La désinfection des mains s'est particulièrement développée avec la crise sanitaire de la COVID-19. Pratiques et économiques, les distributeurs de mousse sont couramment utilisés pour administrer du désinfectant pour les mains sous forme de mousse.
Pour les fabricants de désinfectants pour les mains, il est primordial de contrôler le volume de mousse délivré par le distributeur et les propriétés de la mousse, telles que sa stabilité ou sa texture, lorsqu'elle est malaxée dans les mains.
L'analyseur de mousse FOAMSCAN™ permet de caractériser les propriétés des mousses générées par les distributeurs, en mesurant 2 paramètres clés : la fraction liquide et la structure de la mousse (taille et distribution des bulles) .
L'influence des paramètres expérimentaux sur la capacité moussante
Cette note illustre comment les paramètres expérimentaux ont un impact direct sur les propriétés moussantes des liquides analysés avec le FOAMSCAN™.
Les mousses étaient produites soit par injection de gaz, soit par agitation mécanique.
Pour le barbotage de gaz, le débit de gaz et la porosité de la fritte de verre influent fortement sur le temps de moussage et l'humidité de la mousse, tandis que le volume initial de liquide a peu d'influence. Les pores de fritte plus petits produisent des mousses plus lentes mais plus humides.
Pour les mousses agitées mécaniquement, la vitesse d'agitation et le volume de liquide étaient tous deux essentiels : une vitesse trop faible entraînait une formation de mousse lente, tandis qu'une vitesse trop élevée consommait tout le liquide.
L'étude démontre que les paramètres de génération de mousse doivent être soigneusement sélectionnés afin de garantir des résultats reproductibles et significatifs.
Erreur standard, cinq raisons de vérifier le profil de chute
Le tensiomètre à goutte TRACKER™ repose sur l'analyse de la forme d'une goutte laplacienne ; toute déviation introduit des erreurs de calcul. Par conséquent, le TRACKER™ évalue les résidus entre le profil laplacien théorique et le contour réel de la goutte afin de détecter ces déviations.
Cinq cas typiques de non-laplacie sont décrits : vibrations mécaniques, interruptions de profil dues à des bulles ou à de la poussière, bulles d’air emprisonnées dans des gouttes, films interfacials solides et profils mobiles. Chaque cas produit un motif résiduel caractéristique qui permet de diagnostiquer le problème de mesure.
L'analyse des résidus est une étape de contrôle qualité rapide et fiable pour des mesures interfaciales précises utilisant les méthodes de la goutte pendante ou de la goutte ascendante.
Rhéologie interfaciale, un outil pour sonder les interfaces
Bien que la tension superficielle permette de quantifier l'adsorption et l'activité interfaciale, elle ne peut décrire entièrement le comportement interfacial. Deux systèmes présentant la même tension superficielle peuvent avoir des propriétés macroscopiques très différentes.
L'application d'oscillations sinusoïdales à la surface interfaciale permet de déterminer le module viscoélastique interfacial (E)*, dont les composantes élastique (E′) et visqueuse (E″) révèlent la mobilité et la relaxation moléculaires. Par exemple, le SDS et les mélanges eau/IPA présentent des tensions superficielles similaires mais des réponses interfaciales distinctes : le SDS présente un comportement viscoélastique marqué, contrairement à l'IPA.
Cette technique permet ainsi de distinguer les interfaces simplement actives en surface de celles présentant une réponse élastique ou visqueuse significative, essentielle à la stabilité des mousses et des émulsions. La rhéologie interfaciale est donc indispensable pour relier les interactions à l'échelle moléculaire aux propriétés macroscopiques telles que la stabilité et la texture des mousses, des émulsions et des dispersions.
Influence de la fréquence, de l'amplitude et de la concentration sur le module viscoélastique interfacial
Le module viscoélastique interfacial dépend de trois paramètres expérimentaux clés : la fréquence d’oscillation, l’amplitude et la concentration de la solution. À l’aide du TRACKER™, des mesures ont été réalisées sur des interfaces stabilisées par des protéines, des polysaccharides et des émulsions de bitume.
À faible amplitude ou fréquence, les molécules ont le temps de diffuser et de se réorganiser ; à des fréquences plus élevées, les interfaces présentent un comportement plus élastique. L’augmentation de la fréquence accroît le module d’élasticité (E′) mais diminue le module de viscosité (E″), conformément aux modèles d’adsorption limités par la diffusion. L’effet d’amplitude montre que de fortes déformations peuvent fragiliser le réseau interfacial, notamment dans les mélanges de protéines végétales et laitières. L’effet de concentration suit souvent une courbe en cloche, avec une élasticité maximale pour un taux de recouvrement de surface intermédiaire.
L'étude conclut que E* n'est pas une constante intrinsèque du matériau mais dépend du régime de sollicitation mécanique, soulignant ainsi la nécessité de protocoles de mesure bien définis.
Rhéologie interfaciale : illustrations micro et macro
Cette note établit un lien entre les propriétés interfaciales à l'échelle moléculaire et la stabilité macroscopique des mousses et des émulsions.
Les molécules tensioactives confèrent aux interfaces un comportement élastique et visqueux, quantifié par le module viscoélastique interfacial.
À l'échelle microscopique, la mesure de E′ et E″ permet de suivre l'adsorption moléculaire, la dynamique des réactions ou la désorption des particules (par exemple, la déstabilisation du chitosane induite par le CO₂). À l'échelle macroscopique, les systèmes présentant une élasticité de surface plus élevée sont plus stables face à la coalescence, au drainage et au mûrissement d'Ostwald. Dans les émulsions, la présence de films interfacials rigides est corrélée à une stabilité à long terme accrue (≥ 30 jours).
Globalement, la rhéologie interfaciale fait le lien entre les interactions moléculaires et les propriétés des matériaux en vrac, fournissant un paramètre puissant pour la caractérisation des interfaces fluide/fluide.
Dispersivité : un indicateur permettant de classifier la dissipation de la mousse
L'analyse de la structure de la mousse permet de distinguer les mécanismes de dissipation de la mousse.
FOAMSCAN™ a été utilisé pour générer deux mousses, A et B, dans des conditions identiques et analysées sur 1800 secondes. La dispersité (D), définie comme le rapport de l'écart type de la taille des bulles au rayon moyen, a été suivie au fil du temps.
La mousse A a conservé une dispersité constante, indiquant un grossissement (maturation d'Ostwald) comme principal mécanisme de vieillissement.
La mousse B a montré une dispersité croissante, typique de la dégradation de la mousse induite par la coalescence.
Ces résultats montrent que la dispersité est un indicateur puissant pour classer les mousses selon leurs mécanismes de dissipation.
Le dépôt d'une monocouche de phospholipides à l'interface huile-eau
Dans de nombreux domaines, les monocouches se situent à l'interface entre des phases non miscibles, formant ainsi des émulsions. Il existe différents types de monocouches, qui peuvent être constituées de molécules tensioactives, comme des lipides, des polymères, des protéines, des asphaltènes, des particules solides… Généralement, l'une des deux phases non miscibles est l'eau et l'autre peut être une huile naturelle, un alcane à chaîne variable ou un solvant volatil comme le chloroforme ou le toluène… Les gouttelettes lipidiques [1] sont des organites composés d'un noyau de lipides neutres (triglycérides, esters de stérol, vitamines liposolubles) et d'une monocouche de phospholipides dans laquelle sont intégrées des protéines (impliquées dans la régulation, la structure, la synthèse et la mobilisation des lipides)…
Comment contrôler la pression de surface d'une interface
À l'aide du tensiomètre à goutte TRACKER™, des phospholipides ont été adsorbés à l'interface huile/eau, et la pression de surface a été ajustée en comprimant ou en dilatant la goutte. L'augmentation de la surface dilue la monocouche, ce qui accroît la tension superficielle, tandis que la compression augmente la compacité des phospholipides et la diminue.
Après l'équilibre d'adsorption, des expansions et des compressions séquentielles ont permis la création d'interfaces avec différentes pressions contrôlées allant de 5 à 28 mN/m.
Cette méthode permet d'étudier l'adsorption, la désorption et les propriétés rhéologiques des films interfacials sous différentes pressions. Cette approche est particulièrement pertinente pour la modélisation des membranes biologiques et des gouttelettes lipidiques, où les phospholipides déterminent la stabilité interfaciale.
Comment déterminer la pression de surface maximale d'une molécule
La pression de surface maximale (ΠMAX) définit la limite au-delà de laquelle une molécule adsorbée est éjectée d'une interface.
À l'aide du tensiomètre à goutte TRACKER™, des protéines ont été adsorbées à l'interface huile/eau et soumises à des cycles successifs de compression et d'expansion. Les variations de tension superficielle (Δγ) ont été enregistrées afin de déterminer si les molécules restaient adsorbées ou désorbées.
Pour la protéine A, ΠMAX = 14,6 mN/m, ce qui indique une désorption à pression modérée, tandis que la protéine B est restée fortement liée. Ce paramètre permet de classer les molécules selon leur affinité interfaciale et leur stabilité mécanique.
Cette méthode permet une analyse détaillée de la dynamique d'adsorption-désorption moléculaire, cruciale en biologie, en cosmétique et dans les systèmes émulsionnés .
Comment déterminer la pression d'exclusion de surface d'une molécule
La pression d'exclusion de surface (Πₑ) représente la pression maximale au-dessus de laquelle une molécule ne peut plus s'insérer dans une monocouche lipidique.
À l'aide du tensiomètre TRACKER™, une interface huile/eau a été recouverte de phospholipides, et des protéines ont été injectées à différentes pressions de surface. La pression supplémentaire induite par l'adsorption des protéines (ΔΠ) a été mesurée ; lorsque ΔΠ= 0, l'adsorption a cessé, identifiant ainsi Πₑ.
Ce paramètre quantifie l'affinité des biomolécules pour les interfaces lipidiques, influencée par la charge lipidique, l'état de phase et les conditions de la sous-phase.
Cette méthode permet de mieux comprendre les mécanismes d'insertion moléculaire et les interactions protéine-lipide.