Koja su uobičajena sredstva protiv pjenjenja? Vrste, pravila odabira i popravci nedostataka

Linija za nanošenje premaza u zavojnice prešla je na novi akrilni temeljni premaz na vodenoj bazi prošlog proljeća. Unutar dvije smjene, valjci aplikatora nosili su vidljivu pjenastu deku, stvrdnuti film pokazao je rupice, a serija je odbijena. Formulator je dozirao 0,10% standardnog dimetil silikonskog sredstva protiv pjenjenja, istog proizvoda koji je besprijekorno radio u starom sustavu na bazi otapala. Ništa u vezi s paketom za kontrolu pjene nije bilo loše samo po sebi. Jednostavno nije odgovarao količini surfaktanta, pH i profilu smicanja nove formulacije.

Ako pitate koja su zapravo uobičajena sredstva protiv pjenjenja, evo najprije kratkog odgovora, s pojedinostima iza njega niže.

Gotovo svako sredstvo protiv pjenjenja na tržištu pripada jednoj od četiri kemijske obitelji:

• Disperzije mineralnih ulja i voska
• Silikonska sredstva protiv pjenjenja, uključujući dimetil silikon i organomodificirane varijante
• Polimerna sredstva protiv pjenjenja bez silikona, obično EO/PO blok kopolimeri, akrilni polimeri i polieterski esteri
• Specijalni i miješani proizvodi napravljeni za jedan sustav, kao što su UV, visoko-pH ili formulacije koje dolaze u kontakt s hranom

Biranje između njih nije stvar odabira najjačeg ubojice pjene. Pravo sredstvo protiv pjenjenja mora biti dovoljno nekompatibilno da razbije lamele pjene i dovoljno kompatibilno da film ostane bez nedostataka. Sve u nastavku odnosi se na pronalaženje tog uskog prozora.

Kako se pjenasti film lomi i što to znači za izbor antifooma

Pjena nisu samo mjehurići. To je mreža tankih tekućih filmova stabiliziranih molekulama surfaktanta raspoređenim na granici zrak-tekućina. Tri sile održavaju te filmove na životu:

1. Površinska elastičnost. Kada se film rasteže, surfaktant migrira na novostvorenu površinu i obnavlja lokalnu površinsku napetost. Ovo je Marangoni efekt, i to je najjači stabilizator u većini sustava premaza, tinte i ljepila.
2. Površinska viskoznost. Vodotopivi polimeri, zgušnjivači i asocijativni modifikatori reologije podižu viskoznost površine filma i usporavaju drenažu.
3. Elektrostatsko i steričko odbijanje između dviju sučelja filma, osobito pri visokom pH ili u prisutnosti finih pigmentnih čestica.

Sredstvo protiv pjenjenja djeluje samo ako ometa jedan ili više ovih mehanizama. U praksi, aktivni antifoom čini četiri stvari u nizu: ulazi u pjenasti film, širi se duž površine, destabilizira površinski aktivni sloj lokalno i isušuje film dok ne pukne.

Da bi došlo do ulaska i širenja, površinska napetost sredstva protiv pjenjenja mora biti niža od one tekućine koja se pjeni. Zato gotovo svaki koncentrat protiv pjenjenja sadrži komponentu niske površinske energije: silikonsko ulje, modificirani siloksan ili hidrofobnu česticu voska. Nosivo ulje, emulgator i hidrofobno punilo zajedno odlučuju hoće li se proizvod širiti ili jednostavno tonuti.

O drugom uvjetu je teže govoriti i važniji je u praksi: sredstvo protiv pjenjenja mora biti netopljivo u mediju. Ako se otopi, prestaje biti sredstvo protiv pjenjenja i postaje drugi surfaktant. Ali nerješivost ima svoju cijenu. Antipjenilo koje je previše nekompatibilno neće se dovoljno fino raspršiti, a iste kapljice koje prskaju pjenu na površini također stvaraju kratere, riblje oči i rupice u suhom filmu. Svaka praktična odluka o odabiru stoji na toj klackalici.

Mineralna ulja i vosak protiv pjenjenja

Sredstva protiv pjenjenja s mineralnim uljima najstarija su obitelj i, po volumenu, još uvijek najčešće korištena. Tipičan proizvod je disperzija hidrofobnih čestica — parenog silicija, amida masnih kiselina ili modificiranih voskova — u nosaču parafinskog ili naftenskog ulja, stabiliziranog s jednim ili dva neionska emulgatora. U sustavima na bazi vode oni dolaze ili kao emulzija ulje u vodi ili kao 100% aktivno ulje koje formulator emulgira na mjestu.

Tamo gdje vrste mineralnog ulja imaju dobre rezultate

• Alkalni sustavi na bazi vode: arhitektonske boje, premazi za papir i tekstilne formulacije gdje je pH iznad 8.
• Polimerizacija emulzije i rukovanje lateksom, gdje se pjena stvara kontinuirano, a ne u naletima.
• Procesi u kojima je kontaminacija silikonom stroga zabrana, poput određenih linija za doradu automobila i premaza za elektroniku.
• Troškovno osjetljive formulacije gdje je dovoljno antipjenilo širokog spektra od 0,2% do 0,5%.

Gdje ne uspijevaju

Mineralno ulje protiv pjenjenja slabo je u sustavima visokog sjaja i prozirnim sustavima. Kapljice ulja imaju nešto drugačiji indeks loma od veziva, a pri većim dozama pojavljuju se kao maglica ili kao mjerljivi gubitak sjaja. Također imaju tendenciju da izgube učinkovitost pod velikim smicanjem, jer mehaničko djelovanje ponovno emulgira kapljice ulja i one gube sposobnost širenja po površini pjene.

Stabilnost skladištenja još je jedno razmatranje. Na povišenoj temperaturi ulje se može odvojiti i isplivati ​​na površinu, stvarajući vidljiv film na boji ili na tiskanoj tinti. Ako se vaš proces odvija uz veliku agitaciju i treba mu brzo zaustavljanje, a ne dugotrajno potiskivanje, proizvod s čistim mineralnim uljem obično je pogrešan prvi pokušaj.

Organosilikonska sredstva protiv pjenjenja

Silikonska sredstva protiv pjenjenja dominiraju industrijom premaza i boja iz jednog razloga: kombiniraju najnižu dostupnu površinsku napetost s izvrsnom toplinskom stabilnošću. Okosnica polidimetilsiloksana ima površinsku napetost od oko 20 do 21 mN/m, znatno ispod vode na otprilike 72 mN/m i ispod većine organskih veziva i otapala. Ta niska površinska energija upravo je ono što čini širenje tako učinkovitim, a obaranje tako brzim.

Hidrofobni silikon punjen česticama

Tip radnog konja sastoji se od nosača od dimetil silikona napunjenog hidrofobiziranim silicijevim dioksidom. Čestice silicijevog dioksida daju kapljici hrapavu, hidrofobnu površinu koja mehanički probija lamelu pjene - mehanizam premošćivanja koji je daleko učinkovitiji od samog širenja. Ovi proizvodi se obično isporučuju kao 100% aktivna tekućina ili kao 10% do 30% emulzija, a doziraju se između 0,05% i 0,3% na ukupnu formulaciju.

Glavni rizik je oštećenje površine. Slobodno silikonsko ulje koje se ne rasprši u potpunosti može putovati daleko od točke dodavanja i uzrokovati kratere, narančinu koru i probleme s nanošenjem drugog premaza. U završnom sloju ili u bilo kojem sustavu koji mora prihvatiti drugi sloj, s neispunjenim dimetil silikonom treba postupati s oprezom.

Siloksani modificirani polieterima

Cijepljenje polieterskih lanaca na okosnicu siloksana značajno mijenja ponašanje. Polieterske skupine povećavaju kompatibilnost s organskim vezivima i vodom, što poboljšava kvalitetu disperzije i smanjuje sklonost stvaranju površinskih defekata — ali također smanjuje učinkovitost sirovog sredstva protiv pjenjenja. Polieterom modificirani siloksani stoga su vrsta izbora kada je sustav osjetljiv, kada je rizik od kvara visok i kada je umjerena kontrola pjene prihvatljiva.

Ovi se proizvodi također drugačije ponašaju s temperaturom. Siloksani modificirani polieterima imaju točku zamućenja; iznad toga postaju netopivi i odjednom mnogo učinkovitiji kao sredstva protiv pjenjenja, ali također mogu ispasti iz otopine i uzrokovati zamućenje u prozirnom premazu. Ako vaša temperatura primjene varira za više od 15 stupnjeva C preko linije, testirajte na oba kraja raspona.

Za sustave na bazi vode, silikonski pjenilo na bazi emulzije često je najpraktičnija polazna točka jer se raspršuje jednostavnim miješanjem i ne zahtijeva predmješavinu s velikim smicanjem.

Polimerna sredstva protiv pjenjenja bez silikona

Postoje sredstva protiv pjenjenja bez silikona jer velik dio tržišta uopće ne podnosi silikon. Automobilske OEM linije i linije za doradu, neka elektronika i premazi za zaslone, lakovi za pretisak koji se moraju premazati ponovno i brojna industrijska ljepila izričito zabranjuju kontaminaciju siloksanom. Ova obitelj također u potpunosti izbjegava mehanizam oštećenja uzrokovan površinskom napetosti.

Kemija je raznolikija nego što većina ljudi očekuje. Uobičajeni gradivni blokovi uključuju:

• EO/PO blok kopolimeri, koji djeluju kao sredstva za vlaženje ili sredstva protiv pjenjenja, ovisno o omjeru i završnom zatvaranju
• Akrilni polimeri s kontroliranim polaritetom, često se koriste u tintama na bazi vode i u UV sustavima
• Polieterski esteri, alkoksilati masnih alkohola i modificirana prirodna ulja
• Hidrofobni silicij dispergiran u organskom nosaču bez prisutnog silikona

Brzina obaranja općenito je sporija od punjenog silikonskog proizvoda. Ono što vrste bez silikona rade dobro je dugotrajno potiskivanje i kvaliteta filma. Budući da su formulirani tako da budu bliže granici kompatibilnosti, finije se raspršuju, dulje ostaju lebdeći i ne ostavljaju gotovo nikakav trag na površini u preporučenoj dozi.

Doziranje je obično veće nego kod silikona — tipično je 0,2% do 1,0% ukupne formulacije, a neki sustavi tinte rade do 1,5%. Gornju granicu uvijek potvrdite spuštanjem, jer iznad određene koncentracije ovi proizvodi počinju djelovati kao sredstva za vlaženje i mogu stabilizirati pjenu umjesto da je razbiju. Ta točka inverzije je stvarna i jedna je od najčešćih grešaka u formulaciji koje vidimo na klupi.

Odabir po sustavu: usporedna tablica

Tablica u nastavku sažima vrste kemije koje obično najbolje funkcioniraju u svakom sustavu, zajedno s tipičnim rasponima doza i kvarom na koji treba obratiti pažnju. Tretirajte raspone doza kao početne točke za ljestvičastu studiju, a ne kao fiksne preporuke.

Tehnički parametri koji zapravo odlučuju o ishodu

Dva sredstva protiv pjenjenja mogu imati istu kemijsku skupinu na etiketi i ponašati se potpuno različito u vašoj formulaciji. Ovo su parametri koje vrijedi zatražiti od dobavljača prije nego što se obvežete na probu.

Još jedan parametar zaslužuje poseban spomen: kompatibilnost. Jednostavan pregled kompatibilnosti je dodavanje sredstva protiv pjenjenja u dvostrukoj dozi od predviđene doze malom uzorku, navlačenje na staklo i ispitivanje pod rasvjetnim svjetlom nakon potpunog stvrdnjavanja. Ako vidite izmaglicu, točkice ili kratere pri dvostrukoj dozi, vidjet ćete ih i pri normalnoj dozi na drugoj podlozi ili različitoj debljini filma.

Otklanjanje pjene i suzbijanje pjene dva su različita posla

Formulatori često koriste te riječi naizmjenično, ali testovi mjere različite stvari i profili proizvoda se razlikuju.

Odstranjivanje pjene, koje se ponekad naziva i knockdown, odnosi se na uništavanje pjene koja već postoji. Njime dominira koeficijent širenja i brzina kojom kapljica protiv pjenjenja doseže površinu pjene. Silikonski proizvodi s hidrofobnim punilom ovdje su najjači.

Suzbijanje, ili antipjenjenje u strogom smislu, prije svega je sprječavanje stvaranja pjene. Ovisi o tome koliko dugo aktivno ostaje raspršeno u masi i koliko dobro migrira na nova sučelja. Polimeri bez silikona i fino dispergirane emulzije obično se bolje snalaze u ovoj ulozi.

Gornji poredak vrijedi u sustavu čistog modela. Mijenja se nakon što stavite sredstvo protiv pjenjenja u pravu boju ili tintu, jer se veziva, pigmenti i modifikatori reologije natječu za iste površine koje sredstvo protiv pjenjenja treba zauzeti. Zato model test govori koju kemiju u uži izbor, a prijavni test koju ocjenu zadržati.

Ispitivanje pjene: od čaše do proizvodnog spremnika

Kontrola pjene jedno je od rijetkih svojstava u laboratoriju za nanošenje premaza koje se gotovo uvijek podcjenjuje na stolnoj razini. Čaša od 200 mL pri 800 okretaja u minuti stvara daleko manje uvlačenja zraka nego spremnik od 2000 L s raspršivačem visokog smicanja koji radi pri istoj brzini vrha. Planirajte ispitne ljestve u skladu s tim.

Korak 1: Provjera kompatibilnosti

Dodajte kandidata na 0,1%, 0,3% i 1,0% u fazu razočaranja. Cast filmove na staklo i na predviđenu podlogu. Nakon 24 sata provjerite ima li kratera, ribljih očiju, izmaglice i bilo kakvog gubitka sjaja ili prianjanja.

Korak 2: Testovi protresanja i miješanja

Test postupnog potresanja cilindra daje brzu ocjenu brzine rušenja. Test miješanja velikom brzinom pri 2.000 do 3.000 okretaja u minuti tijekom 5 minuta daje rangiranje potiskivanja, jer nastavlja generirati novo sučelje tijekom trajanja testa.

Korak 3: Simulacija aplikacije

Povlačenje, nanošenje valjkom i raspršivanje otkrivaju nedostatke koje test čašom nikada ne pokazuje. Nanošenje raspršivanjem posebno stvara tanki film gdje nestabilna kapljica protiv pjenjenja svaki put stvara rupicu.

Korak 4: Probna proizvodnja s zadržanim uzorkom

Uzmite uzorak iz spremnika odmah nakon ispuštanja i ponovno nakon 24 sata skladištenja. Visinu pjene i kvalitetu filma treba mjeriti na oba. Proizvod koji radi nulti dan, ali gubi disperziju prvog dana neće uspjeti u liniji kupaca, ne u vašoj.

Čuvajte probnu seriju pod istim uvjetima skladištenja kao i proizvodnju. Emulzije protiv pjenjenja su fizičke disperzije, a smrzavanje, produljeno skladištenje iznad 40 stupnjeva C ili ponovljeni ciklusi pumpanja mogu ih destabilizirati.

Uobičajena sredstva protiv pjenjenja u određenim primjenama

Industrijski premazi na bazi vode

Ovi sustavi nose najveće opterećenje surfaktantima u bilo kojoj kategoriji premaza, jer sredstva za vlaženje, disperzanti, supstrati i asocijativni zgušnjivači doprinose stvaranju pjene. Dvokomponentni pristup često najbolje funkcionira: punjeni silikon za obaranje tijekom proizvodnje, plus mala količina polimera bez silikona za suzbijanje tijekom nanošenja.

DH-2277S Sredstvo protiv pjenjenja na bazi vode Nesilikonski, dugolančani alifatski ugljikovodik biljnog ulja protiv pjenjenja; Pogledajte proizvod →

Boje za tiskanje

Tinte na bazi vode pjene se tijekom pumpanja, tijekom koraka doktoriranja i unutar spremnika s tintom. Onečišćenje silikonom uzrokuje nedostatke ispisa koje je teško pronaći, tako da većina proizvođača tinte standardizira kemiju bez silikona. Kontrola doze je važnija nego kod premaza, jer isti proizvod koji ubija pjenu također može utjecati na površinsku napetost, a time i na povećanje točkica, mrlje i prianjanje na podlogu.

Ljepila i brtvila

Pjena u ljepilu nije samo problem obrade. Uvučeni zrak smanjuje efektivnu kontaktnu površinu na liniji spajanja, što se očituje kao smanjena čvrstoća na ljuštenje i kao praznine u stvrdnutom ljepilu. Mineralno ulje i tipovi kopolimera EO/PO ovdje su uobičajeni izbor, jer uzrokuju najmanje smetnji u vezivanju i konačnim mehaničkim svojstvima.

Sustavi na bazi otapala

Pjena je manje postojana u premazima na bazi otapala jer organska otapala imaju nižu površinsku napetost i brže istječu. Kada se pjena ipak pojavi, obično je uzrokovana visokim sadržajem pigmenta i disperznim sustavom. Mala doza silikona punjenog bez otapala, obično 0,05% do 0,2%, obično je dovoljna.

UV i sustavi s visokim postotkom čvrstih tvari

Ove formulacije nemaju vodu ili otapalo za ispuštanje, tako da pjena koja se stvara ostaje. Poželjne su vrste akrila i polietera bez silikona jer silikoni mogu ometati UV stvrdnjavanje na površini. Uobičajeni simptom je blago ljepljiv ili zamagljen film nakon potpunog stvrdnjavanja, što je lako pogrešno dijagnosticirati kao problem fotoinicijatora.

Ako problem s pjenom potiče od vlaženja pigmenta, a ne od veziva, popravak bi umjesto toga mogao pripadati fazi disperzije. Naš vodič na kako odabrati pravu vrstu disperznog sredstva za premaze pokriva logiku odabira za taj dio formulacije.

Kemija silikona također izravno djeluje na kontrolu površine. Ako koristite sustav koji sadrži silikon i vidite probleme s protokom ili klizanjem uz probleme s pjenom, popratni članak o akrilatna sredstva za izravnavanje u industrijskim premazima objašnjava kako dva paketa aditiva trebaju biti uravnotežena.

Otklanjanje kvarova povezanih s pjenom

Kada se pojavi nedostatak filma, antipjenilo je često prvi osumnjičeni, a ponekad i pogrešan. Ova tablica prikazuje vidljivi simptom na mogući uzrok i korektivnu radnju.

Bilješke o nabavi, skladištenju i rukovanju

Sredstva protiv pjenjenja obično su mala stavka u formulaciji, zbog čega je lako previdjeti praktične detalje koji odlučuju hoće li funkcionirati u proizvodnji.

• Dodatna točka. Silikonska sredstva protiv pjenjenja najbolje djeluju kada se dodaju u fazi raspadanja, nakon disperzije pigmenta, gdje je smicanje umjereno. Njihovo dodavanje tijekom mljevenja može uništiti emulziju i zakopati aktivne unutar aglomerata pigmenta.
• Razrjeđivanje. Mnogi emulzijski proizvodi mogu se prethodno razrijediti vodom kako bi se poboljšala distribucija, ali razrjeđivanje znatno skraćuje rok trajanja. Razrijedite samo ono što ćete koristiti unutar smjene.
• Skladištenje. Čuvajte posude na temperaturi između 5 i 35 stupnjeva C. Zamrzavanje trajno razbija većinu emulzija i nikakvo miješanje ih neće vratiti.
• Miješanje. Lagano zakotrljajte bubanj prije upotrebe. Taloženje hidrofobnog punila je normalno i nije nedostatak kvalitete.
• Dokumentacija. Zatražite tehnički list, sigurnosno-tehnički list i potvrdu o analizi za određenu seriju. Za izvozna tržišta, zatražite regulatornu izjavu koja pokriva zemlju odredišta prije probe, a ne nakon prve narudžbe.

Jedna kupovna navika koja štedi puno vremena: kvalificirajte dva proizvoda iz različitih kemijskih skupina u isto vrijeme. Ako regulatorna promjena ili nestašica sirovina ukloni jedan, drugi je već odobren i ne počinjete ponovno s radom od nule.

Često postavljana pitanja

Koja je tipična doza za sredstvo protiv pjenjenja?

Većina silikonskih sredstava protiv pjenjenja koristi se između 0,05% i 0,3% ukupne formulacije. Mineralno ulje i vrste polimera bez silikona obično se kreću od 0,2% do 1,0%. Započnite od donjeg kraja raspona, pokrenite ljestve i potvrdite da gornji kraj ljestvi ne stvara površinske nedostatke.

Mogu li dodati sredstvo protiv pjenjenja na kraju proizvodnje umjesto tijekom raspuštanja?

Naknadno dodavanje je moguće i ponekad je jedina praktična opcija za spremnik koji se već zapjenio. Bolje djeluje s emulzijskim proizvodima i uz umjereno miješanje. Kompromis je distribucija: kasno dodan proizvod ima manje vremena i manje smicanja da se rasprši, tako da može kontrolirati pjenu u spremniku, ali i dalje ne uspijeva tijekom nanošenja.

Zašto se pjena pogoršava nakon dodavanja sredstva protiv pjenjenja?

Postoje dva uobičajena razloga. Prvi je predoziranje: iznad određene koncentracije, neki surfaktanti ponašaju se kao stabilizatori pjene, a ne kao razbijači pjene. Drugi je loša emulgacija, gdje slabo raspršeno sredstvo protiv pjene stvara velike kapljice koje stvaraju nedostatke i istovremeno ne uspijevaju doći do površine pjene. I jedno i drugo se rješava smanjenjem doze i poboljšanjem miješanja.

Kako mogu izabrati između silikonskog i antipjenitelja bez silikona?

Odaberite silikon kada trebate najbrži nokdaun i najmanju dozu te kada sustav tolerira silikon. Odaberite bez silikona kada je film proziran ili visokog sjaja, kada premaz mora prihvatiti drugi sloj, kada je sljedeći korak procesa osjetljiv na siloksane ili kada završna aplikacija zabranjuje silikon zbog usklađenosti.

Hoće li sredstvo protiv pjenjenja utjecati na prianjanje ili mogućnost ponovnog premazivanja?

Može, a proizvodi koji sadrže silikon uobičajeni su krivci. Slobodno silikonsko ulje migrira na površinu tijekom stvaranja filma i smanjuje površinsku energiju, što je upravo ono zbog čega se sljedeći sloj ne navlaži. Ako je sustavu potrebno ponovno premazivanje, smanjite dozu silikona ili testirajte alternativu bez silikona na istoj razini učinkovitosti.

Koliko dugo mogu čuvati antifoom?

Uobičajeni rok trajanja je 12 mjeseci od datuma proizvodnje u neotvorenom spremniku, pohranjen na temperaturi između 5 i 35 stupnjeva C. Emulzije mogu pokazati lagano taloženje, što je normalno. Razdvajanje u dva prozirna sloja ili jak miris ukazuje na to da se proizvod ne smije koristiti bez novog testa kompatibilnosti.

Mogu li pomiješati dva različita sredstva protiv pjenjenja?

Da, a miješanje je često najbolji odgovor kada jedan proizvod ne može pružiti i nokdaun i suzbijanje. Pomiješajte punjeni silikon za brzo spuštanje s polimerom bez silikona za dugotrajnu supresiju u omjeru određenom vašom vlastitom studijom na ljestvici. Nemojte miješati dvije emulzije suprotnog ionskog naboja bez prethodnog testa - smjesa se može slomiti u bubnju.

Kako mogu znati je li sredstvo protiv pjenjenja kompatibilno prije potpune probe?

Pokrenite sito u tri točke: dodajte proizvod u pola predviđene doze, u predviđenoj dozi i u dvostrukoj dozi od predviđene u odvojenim uzorcima, a zatim izlijte filmove na staklo. Nakon potpunog stvrdnjavanja provjerite pod rasvjetom. Ako je uzorak dvostruke doze čist, proizvod ima dovoljno prostora za kompatibilnost za normalnu proizvodnu varijaciju.