Care sunt agenții anti-spumanți obișnuiți? Tipuri, reguli de selecție și remedieri de defecte

O linie de acoperire cu bobine a trecut la un nou grund acrilic pe bază de apă în primăvara trecută. În două schimburi, rolele aplicatoare transportau o pătură de spumă vizibilă, filmul întărit prezenta găuri, iar lotul a fost respins. Formulatorul a dozat 0,10% dintr-un antispuman standard de dimetil silicon, același produs care funcționase impecabil în vechiul sistem pe bază de solvenți. Nimic despre pachetul de control al spumei nu a fost greșit singur. Pur și simplu nu se potrivea cu încărcătura de surfactant, pH-ul și profilul de forfecare al noii formulări.

Dacă întrebați care sunt de fapt agenții antispumanți obișnuiți, iată mai întâi răspunsul scurt, cu detaliile în spate mai jos.

Aproape fiecare antispumă de pe piață aparține uneia dintre cele patru familii de chimie:

• Ulei mineral și dispersii de ceară
• Antispumante siliconice, inclusiv silicon dimetil și variante organomodificate
• Antispumante polimerice fără silicon, de obicei bloc copolimeri EO/PO, polimeri acrilici și esteri polieterici
• Produse de specialitate și amestecate construite pentru un singur sistem, cum ar fi formulările UV, cu pH ridicat sau pentru contactul alimentar

Alegerea dintre ele nu este o chestiune de a alege cel mai puternic ucigaș de spumă. Antispumul potrivit trebuie să fie suficient de incompatibil pentru a rupe lamelele de spumă și suficient de compatibil pentru a lăsa filmul fără defecte. Totul de mai jos este despre găsirea acelei ferestre înguste.

Cum se rupe o peliculă de spumă și ce înseamnă asta pentru alegerea antispumă

O spumă nu este doar bule. Este o rețea de filme subțiri lichide stabilizate de molecule de surfactant dispuse la interfața aer-lichid. Trei forțe mențin acele filme în viață:

1. Elasticitatea suprafeței. Când un film se întinde, surfactantul migrează pe suprafața nou creată și restabilește tensiunea superficială locală. Acesta este efectul Marangoni și este cel mai puternic stabilizator din majoritatea sistemelor de acoperire, cerneală și adeziv.
2. Vâscozitatea suprafeței. Polimerii solubili în apă, agenții de îngroșare și modificatorii de reologie asociativă cresc vâscozitatea suprafeței filmului și încetinesc drenajul.
3. Repulsie electrostatică și sterica între cele două interfețe ale peliculei, în special la pH ridicat sau în prezența particulelor fine de pigment.

Un antispumant funcționează numai dacă interferează cu unul sau mai multe dintre aceste mecanisme. În practică, un antispumant care funcționează face patru lucruri în succesiune: intră în pelicula de spumă, se răspândește de-a lungul interfeței, destabiliza local stratul de surfactant și drenează pelicula până se rupe.

Pentru ca intrarea și răspândirea să aibă loc, tensiunea superficială a antispumantului trebuie să fie mai mică decât cea a lichidului spumant. De aceea, aproape fiecare concentrat antispumant conține o componentă cu energie de suprafață scăzută: ulei de silicon, siloxan modificat sau o particule de ceară hidrofobă. Uleiul purtător, emulgatorul și umplutura hidrofobă decid împreună dacă produsul se răspândește sau pur și simplu se scufundă.

A doua condiție este mai greu de vorbit și mai importantă în practică: antispumantul trebuie să fie insolubil în mediu. Dacă se dizolvă, încetează să mai fie un antispumant și devine un alt surfactant. Dar insolubilitatea are un cost. Un antispumant prea incompatibil nu se va dispersa suficient de fin și aceleași picături care izbucnesc spuma la suprafață creează, de asemenea, cratere, ochi de pește și găuri în pelicula uscată. Fiecare decizie practică de selecție stă pe acel balansoar.

Antispumante cu ulei mineral și ceară

Antispumantele cu uleiuri minerale sunt cea mai veche familie și, ca volum, încă cea mai utilizată. Un produs tipic este o dispersie de particule hidrofobe - silice pirogenă, amide de acizi grași sau ceară modificată - într-un purtător de ulei parafinic sau naftenic, stabilizat cu unul sau doi emulgatori neionici. În sistemele pe bază de apă, acestea ajung fie ca o emulsie ulei-în-apă, fie ca un ulei activ 100% pe care formulatorul îl emulsionează în loc.

Unde tipurile de uleiuri minerale funcționează bine

• Sisteme alcaline pe bază de apă: vopsele arhitecturale, acoperiri de hârtie și formulări textile unde pH-ul este peste 8.
• Polimerizarea în emulsie și manipularea latexului, unde spuma este generată în mod continuu, mai degrabă decât în explozii.
• Procese în care contaminarea cu silicon este o interdicție strictă, cum ar fi anumite linii de finisare pentru automobile și acoperiri electronice.
• Formulări sensibile la costuri în care un antispumant cu spectru larg de la 0,2% până la 0,5% este suficient.

Acolo unde sunt scurte

Antispumantele cu uleiuri minerale sunt slabe în sistemele cu luciu ridicat și limpezi. Picăturile de ulei se află la un indice de refracție ușor diferit față de liant, iar la doze mai mari ele apar ca ceață sau ca o pierdere măsurabilă a luciului. De asemenea, tind să-și piardă eficiența la forfecare mare, deoarece acțiunea mecanică reemulsionează picăturile de ulei și își pierd capacitatea de a se răspândi pe suprafața spumei.

Stabilitatea la depozitare este un alt aspect. La temperatură ridicată uleiul se poate separa și pluti la suprafață, producând o peliculă vizibilă pe vopsea sau pe cerneala imprimată. Dacă procesul dumneavoastră funcționează la o agitație ridicată și necesită o deprimare rapidă, mai degrabă decât o suprimare pe termen lung, un produs pur cu ulei mineral este de obicei prima încercare greșită.

Antispumante organosiliconice

Antispumele siliconice domină industria acoperirilor și a cernelurilor dintr-un singur motiv: combină cea mai scăzută tensiune superficială disponibilă cu o stabilitate termică excelentă. O coloană vertebrală de polidimetilsiloxan are o tensiune superficială în jur de 20 până la 21 mN/m, mult sub apă la aproximativ 72 mN/m și sub majoritatea lianților și solvenților organici. Acea energie de suprafață scăzută este exact ceea ce face ca răspândirea să fie atât de eficientă și demolarea atât de rapidă.

Silicon hidrofob umplut cu particule

Tipul cal de lucru constă dintr-un suport de silicon dimetil încărcat cu silice pirogenă hidrofobizată. Particulele de silice conferă picăturii o suprafață aspră, hidrofobă, care străpunge mecanic lamelele de spumă - un mecanism de legătură care este mult mai eficient decât răspândirea singură. Aceste produse sunt furnizate în mod normal sub formă de lichid activ 100% sau sub formă de emulsie 10% până la 30% și sunt dozate între 0,05% și 0,3% din formula totală.

Riscul principal este defectul de suprafață. Uleiul de silicon liber care nu se dispersează complet poate călători departe de punctul de adăugare și poate produce cratere, coajă de portocală și probleme de reaplicabilitate. Într-un strat superior sau în orice sistem care trebuie să accepte un al doilea strat, un silicon dimetil neumplut trebuie tratat cu prudență.

Siloxani modificați cu polieter

Grefarea lanțurilor de polieter pe coloana vertebrală a siloxanului modifică în mod substanțial comportamentul. Grupurile de polieter cresc compatibilitatea cu lianții organici și cu apa, ceea ce îmbunătățește calitatea dispersiei și reduce tendința de a forma defecte de suprafață - dar reduce și eficiența antispumă brută. Siloxanii modificați cu polieter sunt, prin urmare, tipul de alegere atunci când sistemul este sensibil, când riscul de defecte este mare și când este acceptabil controlul moderat al spumei.

Aceste produse se comportă diferit cu temperatura. Siloxanii modificați cu polieter au un punct de tulburare; deasupra ei devin insolubile și dintr-o dată mult mai eficiente ca antispumante, dar pot, de asemenea, să cadă din soluție și să provoace ceață într-un strat transparent. Dacă temperatura de aplicare variază cu mai mult de 15 grade C pe linie, testați la ambele capete ale intervalului.

Pentru sistemele pe bază de apă, un antispumant siliconic pe bază de emulsie este adesea cel mai practic punct de plecare, deoarece se dispersează prin amestecare simplă și nu necesită un premix cu forfecare mare.

Antispumante polimerice fără silicon

Antispumante fără silicon există deoarece o mare parte a pieței nu poate tolera deloc siliconul. Liniile OEM și de finisare pentru automobile, unele componente electronice și acoperiri de afișare, lacuri de supraimprimare care trebuie să rămână repetate și o serie de adezivi industriali interzic în mod explicit contaminarea cu siloxan. De asemenea, această familie evită în întregime mecanismul defectelor determinat de tensiunea superficială.

Chimia este mai variată decât se așteaptă majoritatea oamenilor. Blocurile de construcție comune includ:

• Copolimeri bloc EO/PO, care acționează ca agenți de umectare sau antispumanți în funcție de raport și de capacul final
• Polimeri acrilici cu polaritate controlată, adesea utilizați în cernelurile pe bază de apă și în sistemele UV
• Esteri polieteri, alcoxilați de alcool gras și uleiuri naturale modificate
• Silice hidrofobă dispersată într-un purtător organic fără silicon prezent

Viteza de deprimare este în general mai mică decât un produs cu silicon umplut. Ceea ce tipurile fără silicon fac bine este suprimarea pe termen lung și calitatea filmului. Deoarece sunt formulate pentru a sta mai aproape de limita de compatibilitate, se dispersează mai fin, rămân suspendate mai mult timp și nu lasă aproape nicio semnătură la suprafață la doza recomandată.

Dozarea este în mod normal mai mare decât pentru silicon - 0,2% până la 1,0% din formula totală este tipică, iar unele sisteme de cerneală rulează până la 1,5%. Confirmați întotdeauna limita superioară cu o reducere, deoarece peste o anumită concentrație aceste produse încep să acționeze ca agenți de umectare și pot stabiliza spuma în loc să o rupă. Acest punct de inversare este real și este una dintre cele mai frecvente greșeli de formulare pe care le vedem pe bancă.

Alegerea după sistem: un tabel de comparație

Tabelul de mai jos rezumă tipurile de chimie care de obicei funcționează cel mai bine în fiecare sistem, împreună cu intervalele de doze tipice și defectul de urmărit. Tratați intervalele de doze ca puncte de plecare pentru un studiu pe scară, nu ca recomandări fixe.

Parametrii tehnici care decid de fapt rezultatul

Două antispumante pot avea aceeași familie chimică pe etichetă și se pot comporta complet diferit în formula dumneavoastră. Aceștia sunt parametrii care merită solicitați de la un furnizor înainte de a vă angaja într-un proces.

Încă un parametru merită propria mențiune: compatibilitatea. Un simplu ecran de compatibilitate este să adăugați antispumantul în doză de două ori mai mare decât doza prevăzută la o probă mică, să îl trageți pe sticlă și să inspectați la lumină de greblare după întărirea completă. Dacă vedeți ceață, pete sau cratere în doză dublă, le veți vedea în doză normală pe un substrat diferit sau cu o grosime diferită a filmului.

Eliminarea spumei și suprimarea spumei sunt două locuri de muncă diferite

Formulatorii folosesc adesea cuvintele în mod interschimbabil, dar testele măsoară lucruri diferite, iar profilurile produselor diferă.

Eliminarea spumei, uneori numită knockdown, înseamnă distrugerea spumei care există deja. Este dominată de coeficientul de răspândire și de cât de repede picăturile de antispumă ajunge la suprafața spumei. Produsele din silicon cu umplutură hidrofobă sunt cele mai puternice performanțe aici.

Suprimarea, sau antispumante în sens strict, se referă în primul rând la prevenirea formării spumei. Depinde de cât timp activul rămâne dispersat în vrac și cât de bine migrează către noi interfețe. Polimerii fără silicon și emulsiile fin dispersate tind să se descurce mai bine în acest rol.

Clasamentul de mai sus se menține într-un sistem de modele curate. Se schimbă odată ce puneți antispumul într-o vopsea sau cerneală adevărată, deoarece lianții, pigmenții și modificatorii de reologie concurează pentru aceleași interfețe pe care trebuie să le ocupe antispumul. De aceea, testul de model vă spune ce chimie să listați scurt, iar testul de aplicare vă spune ce notă să păstrați.

Testarea spumei: de la pahar la rezervorul de producție

Controlul spumei este una dintre puținele proprietăți dintr-un laborator de acoperire care aproape întotdeauna este subestimată la scară de banc. Un pahar de 200 ml la 800 rpm generează mult mai puțin antrenament de aer decât un rezervor de 2.000 L cu un dispersor cu forfecare mare care funcționează la aceeași viteză de vârf. Planificați scara de testare în consecință.

Pasul 1: verificarea compatibilităţii

Adăugați candidatul la 0,1%, 0,3% și 1,0% la etapa de dezamăgire. Turnați filme pe sticlă și pe substratul dorit. Verificați pentru cratere, ochi de pește, ceață și orice pierdere a luciului sau a aderenței după 24 de ore.

Pasul 2: Testele de agitare și amestecare

Un test gradat de agitare a cilindrului oferă o clasare rapidă a vitezei de deprimare. Un test de agitare de mare viteză la 2.000 până la 3.000 rpm timp de 5 minute oferă un clasament al suprimarii, deoarece continuă să genereze o nouă interfață pe durata testului.

Pasul 3: Simularea aplicației

Retragerile, aplicarea cu role și pulverizările dezvăluie defecte pe care un test de pahar nu le arată niciodată. Aplicarea prin pulverizare în special creează o peliculă subțire în care o picătură instabilă antispumă produce un orificiu de fiecare dată.

Pasul 4: Proba de producție cu o probă de reținere

Luați o probă din rezervor imediat după degajare și din nou după 24 de ore de depozitare. Înălțimea spumei și calitatea filmului trebuie măsurate pe ambele. Un produs care funcționează în ziua zero, dar își pierde dispersia în prima zi va eșua în linia clientului, nu în a ta.

Păstrați lotul de probă în aceleași condiții de depozitare ca și producție. Emulsiile antispumante sunt dispersii fizice, iar înghețarea, depozitarea prelungită peste 40 de grade C sau ciclurile repetate de pompare le pot destabiliza.

Agenți anti-spumanți obișnuiți în aplicații specifice

Acoperiri industriale pe bază de apă

Aceste sisteme suportă cea mai mare încărcătură de surfactant din orice categorie de acoperire, deoarece agenții de umectare, dispersanții, substraturile și agenții de îngroșare asociativi contribuie cu toții la spuma. O abordare cu două componente funcționează adesea cel mai bine: un silicon umplut pentru deformare în timpul producției, plus o cantitate mică de polimer fără silicon pentru suprimare în timpul aplicării.

DH-2277S Antispumant pe bază de apă Antispumant de tip emulsie cu hidrocarburi alifatice, fără silicon, cu lanț lung; Vizualizare produs →

Cerneluri de imprimare

Cernelurile pe bază de apă formează spumă în timpul pompării, în timpul etapei de curățare și în interiorul vasului de cerneală. Contaminarea cu silicon cauzează defecte de imprimare greu de urmărit, astfel încât majoritatea caselor de cerneală standardizează chimia fără silicon. Controlul dozei contează mai mult decât în ​​acoperiri, deoarece același produs care ucide spuma poate afecta și tensiunea superficială și, prin urmare, creșterea punctelor, pete și aderență la substrat.

Adezivi si etansanti

Spuma într-un adeziv nu este doar o problemă de procesare. Aerul antrenat reduce aria de contact efectivă la linia de legătură, care se manifestă ca rezistență redusă la exfoliere și ca goluri în adezivul întărit. Uleiurile minerale și tipurile de copolimeri EO/PO sunt alegerile obișnuite aici, deoarece produc cea mai mică interferență cu aderența și cu proprietățile mecanice finale.

Sisteme pe bază de solvenți

Spuma este mai puțin persistentă în acoperirile pe bază de solvenți, deoarece solvenții organici au o tensiune superficială mai mică și se scurg mai repede. Atunci când apare spuma, aceasta este de obicei cauzată de încărcarea ridicată a pigmentului și de sistemul de dispersare. O doză mică de silicon umplut fără solvent, de obicei 0,05% până la 0,2%, este de obicei suficientă.

Sisteme UV și cu conținut ridicat de solide

Aceste formulări nu au apă sau solvent care să se scurgă, astfel încât spuma care se formează rămâne. Sunt preferate tipurile acrilice și polieter fără silicon, deoarece siliconii pot interfera cu întărirea UV la suprafață. Un simptom obișnuit este o peliculă ușor lipicioasă sau neclară după vindecare completă, care este ușor de diagnosticat greșit ca problemă de fotoinițiator.

Dacă problema spumei se datorează mai degrabă umezirii pigmentului decât liantului, soluția poate aparține etapei de dispersie. Ghidul nostru pe cum să selectați gradul potrivit de agent de dispersie pentru acoperiri acoperă logica de selecție pentru acea parte a formulării.

De asemenea, chimia siliconului interacționează direct cu controlul suprafeței. Dacă utilizați un sistem care conține silicon și vedeți probleme de curgere sau alunecare alături de probleme de spumă, articolul însoțitor despre agenți de nivelare acrilat în acoperiri industriale explică modul în care cele două pachete de aditivi ar trebui echilibrate.

Depanarea defectelor legate de spumă

Când apare un defect al filmului, antispumul este adesea primul suspect și uneori cel greșit. Acest tabel mapează simptomul vizibil cu cauza probabilă și cu acțiunea corectivă.

Note de achiziție, depozitare și manipulare

Antispumante sunt de obicei un articol mic dintr-o formulare, ceea ce face ușor să treceți cu vederea detaliile practice care decid dacă funcționează în producție.

• Punct suplimentar. Antispumantele din silicon funcționează cel mai bine atunci când sunt adăugate în etapa de lasare, după dispersia pigmentului, unde forfecarea este moderată. Adăugarea lor în timpul măcinarii poate distruge emulsia și poate îngropa substanța activă în interiorul aglomeratelor de pigment.
• Diluare. Multe produse în emulsie pot fi pre-diluate cu apă pentru a îmbunătăți distribuția, dar diluția scurtează considerabil durata de valabilitate. Diluează doar ceea ce vei folosi într-o tură.
• Depozitare. Păstrați recipientele între 5 și 35 de grade C. Înghețarea rupe majoritatea emulsiilor definitiv și nicio cantitate de amestecare nu le va aduce înapoi.
• Amestecarea. Dați tamburului o rulare lent înainte de utilizare. Așezarea umpluturii hidrofobe este normală și nu este un defect de calitate.
• Documentare. Solicitați fișa cu date tehnice, fișa cu date de securitate și un certificat de analiză specific lotului. Pentru piețele de export, solicitați declarația de reglementare care acoperă țara de destinație înainte de încercare, nu după prima comandă.

Un obicei de cumpărare care economisește mult timp: calificați două produse din familii chimice diferite în același timp. Dacă o modificare de reglementare sau un deficit de materie primă elimină una, a doua este deja aprobată și nu reporniți munca de la zero.

Întrebări frecvente

Care este doza tipică pentru un antispumant?

Majoritatea antispumelor siliconice sunt utilizate între 0,05% și 0,3% pe totalul formulării. Tipurile de uleiuri minerale și polimeri fără silicon sunt de obicei de la 0,2% la 1,0%. Începeți de la capătul inferior al intervalului, rulați o scară și confirmați că capătul superior al scării nu introduce defecte de suprafață.

Pot adăuga antispumă la sfârșitul producției în loc de în timpul dezactivarii?

Postadăugarea este posibilă și este uneori singura opțiune practică pentru un rezervor care a spumat deja. Funcționează mai bine cu produse în emulsie și cu agitare moderată. Schimbul este distribuția: un produs adăugat târziu are mai puțin timp și mai puțin forfecare pentru a se dispersa, astfel încât poate controla spuma din rezervor, dar totuși eșuează în timpul aplicării.

De ce se înrăutățește spuma după ce adaug antispumă?

Există două motive comune. Primul este supradozajul: peste o anumită concentrație, unii agenți tensioactivi se comportă mai degrabă ca stabilizatori ai spumei decât ca spărgătoare de spumă. Al doilea este emulsionarea slabă, în care un antispumant slab dispersat formează picături mari care generează defecte și simultan nu reușesc să ajungă la suprafața spumei. Ambele se rezolvă prin reducerea dozei și îmbunătățirea amestecării.

Cum aleg între o spumă siliconică și una fără silicon?

Alegeți siliconul atunci când aveți nevoie de cea mai rapidă dozare și cea mai mică doză și când sistemul tolerează siliconul. Alegeți fără silicon atunci când filmul este transparent sau lucios, când stratul de acoperire trebuie să accepte un al doilea strat, când o etapă ulterioară a procesului este sensibilă la siloxani sau când aplicarea finală interzice siliconul din motive de conformitate.

Antispumul va afecta aderența sau reaplicabilitatea?

Se poate, iar produsele care conțin silicon sunt vinovații obișnuiți. Uleiul de silicon liber migrează la suprafață în timpul formării peliculei și reduce energia de suprafață, ceea ce face ca următorul strat să nu se ude. Dacă un sistem are nevoie de repetare, fie reduceți doza de silicon, fie testați o alternativă fără silicon la același nivel de eficiență.

Cât timp pot păstra un antispumă?

Perioada de valabilitate tipică este de 12 luni de la data fabricării într-un recipient nedeschis, depozitat între 5 și 35 de grade C. Emulsiile pot prezenta o ușoară decantare, ceea ce este normal. Separarea în două straturi clare sau un miros puternic indică faptul că produsul nu trebuie utilizat fără un nou test de compatibilitate.

Pot amesteca două antispumante diferite?

Da, iar amestecarea este adesea cel mai bun răspuns atunci când un singur produs nu poate oferi atât deprimare, cât și suprimare. Amestecați un silicon umplut pentru doborâre rapidă cu un polimer fără silicon pentru suprimare pe termen lung, într-un raport determinat de propriul studiu pe scară. Nu amestecați două emulsii cu încărcătură ionică opusă fără un test prealabil - amestecul se poate rupe în tambur.

Cum știu dacă antispumul este compatibil înainte de o încercare completă?

Rulați un ecran în trei puncte: adăugați produsul la jumătate din doza dorită, în doza dorită și de două ori doza dorită în probe separate, apoi turnați filme pe sticlă. Inspectați sub lumina de greblare după uscarea completă. Dacă proba cu doză dublă este curată, produsul are suficient spațiu de compatibilitate pentru variația normală a producției.