Jaké jsou běžné prostředky proti pěnění? Typy, pravidla výběru a opravy defektů

Loni na jaře přešla linka na nanášení svitků na nový vodouředitelný akrylový základní nátěr. Během dvou směn nesly aplikační válce viditelnou pěnovou přikrývku, vytvrzený film vykazoval dírky a šarže byla vyřazena. Formulátor nadávkoval 0,10 % standardního dimethylsilikonového odpěňovače, stejného produktu, který bezchybně fungoval ve starém rozpouštědlovém systému. Nic na balíčku kontroly pěny nebylo samo o sobě špatné. Jednoduše neodpovídal obsahu povrchově aktivní látky, pH a profilu smyku nové formulace.

Pokud se ptáte, co jsou vlastně běžná činidla proti pěnění, zde je nejprve krátká odpověď s podrobnostmi níže.

Téměř každý odpěňovač na trhu patří do jedné ze čtyř chemických skupin:

• Disperze minerálních olejů a vosků
• Silikonové odpěňovače, včetně dimethyl silikonu a organomodifikované varianty
• Polymerové odpěňovače bez obsahu silikonu, typicky EO/PO blokové kopolymery, akrylové polymery a polyetherestery
• Speciální a smíšené produkty vytvořené pro jeden systém, jako jsou UV přípravky, přípravky s vysokým pH nebo přípravky pro styk s potravinami

Vybírat mezi nimi není otázkou výběru nejsilnějšího pěnového zabijáka. Správný odpěňovač musí být dostatečně nekompatibilní, aby rozbil pěnové lamely, a dostatečně kompatibilní, aby zůstal film bez vad. Vše níže je o nalezení toho úzkého okna.

Jak se pěnový film láme a co to znamená pro výběr protipěnivosti

Pěna nejsou jen bublinky. Jedná se o síť tenkých kapalných filmů stabilizovaných molekulami povrchově aktivní látky uspořádanými na rozhraní vzduch-kapalina. Tři síly udržují tyto filmy při životě:

1. Elasticita povrchu. Když se film natáhne, povrchově aktivní látka migruje na nově vytvořený povrch a obnovuje místní povrchové napětí. Toto je Marangoniho efekt a je to nejsilnější stabilizátor ve většině nátěrových, inkoustových a adhezivních systémů.
2. Povrchová viskozita. Ve vodě rozpustné polymery, zahušťovadla a asociativní modifikátory reologie zvyšují viskozitu povrchu filmu a zpomalují drenáž.
3. Elektrostatické a sterické odpuzování mezi dvěma rozhraními filmu, zejména při vysokém pH nebo v přítomnosti jemných pigmentových částic.

Odpěňovač funguje pouze v případě, že zasahuje do jednoho nebo více z těchto mechanismů. V praxi pracovní odpěňovač dělá čtyři věci za sebou: vstupuje do pěnového filmu, šíří se podél rozhraní, lokálně destabilizuje vrstvu povrchově aktivní látky a odvádí fólii, dokud nepraskne.

Aby mohlo dojít ke vstupu a šíření, musí být povrchové napětí odpěňovače nižší než povrchové napětí pěnící kapaliny. Proto téměř každý koncentrát proti pěnění obsahuje složku s nízkou povrchovou energií: silikonový olej, modifikovaný siloxan nebo hydrofobní voskovou částici. Nosný olej, emulgátor a hydrofobní plnivo společně rozhodují o tom, zda se produkt rozteče nebo jednoduše potopí.

O druhé podmínce je těžší mluvit a v praxi je důležitější: odpěňovač musí být nerozpustný v médiu. Pokud se rozpustí, přestane být odpěňovačem a stane se dalším povrchově aktivním činidlem. Ale nerozpustnost něco stojí. Příliš nekompatibilní odpěňovač se nerozptýlí dostatečně jemně a stejné kapičky, které praskají pěnu na povrchu, také vytvářejí krátery, rybí oka a dírky v suchém filmu. Každé praktické rozhodnutí o výběru sedí na této houpačce.

Minerální olej a vosk proti pěnění

Minerální oleje odpěňovače jsou nejstarší skupinou a objemově stále nejpoužívanější. Typickým produktem je disperze hydrofobních částic — pyrogenní oxid křemičitý, amidy mastných kyselin nebo modifikované vosky — v nosiči parafinového nebo naftenového oleje, stabilizovaná jedním nebo dvěma neiontovými emulgátory. Ve vodou ředitelných systémech přicházejí buď jako emulze olej ve vodě, nebo jako 100% aktivní olej, který formulátor emulguje na místě.

Kde dobře fungují typy minerálních olejů

• Alkalické vodou ředitelné systémy: architektonické barvy, nátěry na papír a textilní přípravky, kde je pH nad 8.
• Emulzní polymerace a manipulace s latexem, kde pěna vzniká kontinuálně, spíše než nárazově.
• Procesy, kde je kontaminace silikonem přísně zakázána, jako jsou některé automobilové lakovací linky a povlaky elektroniky.
• Nákladově citlivé přípravky, kde stačí širokospektrální odpěňovač v koncentraci 0,2 % až 0,5 %.

Kde zaostávají

Minerální oleje proti pěnění jsou slabé ve vysoce lesklých a čirých systémech. Kapky oleje sedí na mírně odlišném indexu lomu než pojivo a při vyšších dávkách se projevují jako zákal nebo jako měřitelná ztráta lesku. Mají také tendenci ztrácet účinnost při vysokém střihu, protože mechanické působení reemulguje kapičky oleje a ty ztrácejí schopnost se šířit po povrchu pěny.

Dalším aspektem je stabilita při skladování. Při zvýšené teplotě se olej může oddělit a vyplavat na povrch a vytvořit viditelný film na barvě nebo na vytištěném inkoustu. Pokud váš proces běží při silném míchání a vyžaduje rychlé snížení, spíše než dlouhodobé potlačení, je obyčejný produkt z minerálního oleje obvykle nesprávnou první zkouškou.

Organosilikonové odpěňovače

Silikonové odpěňovače dominují v průmyslu nátěrových hmot a inkoustů z jednoho důvodu: kombinují nejnižší dostupné povrchové napětí s vynikající tepelnou stabilitou. Polydimethylsiloxanový hlavní řetězec má povrchové napětí kolem 20 až 21 mN/m, hluboko pod vodou, přibližně 72 mN/m a pod většinou organických pojiv a rozpouštědel. Tato nízká povrchová energie je přesně to, co dělá rozmetání tak efektivní a srážení tak rychlé.

Silikon plněný hydrofobními částicemi

Typ tahouna sestává z dimethylsilikonového nosiče naplněného hydrofobizovaným pyrogenním oxidem křemičitým. Částice oxidu křemičitého dávají kapce drsný, hydrofobní povrch, který mechanicky propíchne pěnovou lamelu – přemosťovací mechanismus, který je mnohem účinnější než samotné šíření. Tyto produkty se běžně dodávají jako 100% aktivní kapalina nebo jako 10% až 30% emulze a dávkují se mezi 0,05 % a 0,3 % z celkové formulace.

Hlavním rizikem je povrchová vada. Volný silikonový olej, který se plně nedisperguje, může cestovat daleko od místa přidání a vytvářet krátery, pomerančovou kůru a problémy s přetíráním. Ve vrchním nátěru nebo v jakémkoli systému, který musí přijmout druhý nátěr, by se s neplněným dimethylsilikonem mělo zacházet opatrně.

Polyetherem modifikované siloxany

Roubování polyetherových řetězců na siloxanovou kostru podstatně mění chování. Polyetherové skupiny zvyšují kompatibilitu s organickými pojivy a vodou, což zlepšuje kvalitu disperze a snižuje tendenci k tvorbě povrchových defektů – ale také snižuje účinnost surového odpěňovače. Polyetherem modifikované siloxany jsou proto typem volby, když je systém citlivý, když je vysoké riziko defektu a když je přijatelná mírná kontrola pěny.

Tyto produkty se také chovají odlišně s teplotou. Polyetherem modifikované siloxany mají bod zákalu; nad ním se stanou nerozpustnými a najednou mnohem účinnější jako odpěňovače, ale mohou také z roztoku vypadávat a způsobit zákal v čirém nátěru. Pokud se teplota vaší aplikace mění o více než 15 stupňů C napříč čarou, otestujte na obou koncích rozsahu.

Pro vodou ředitelné systémy je často nejpraktičtějším výchozím bodem silikonový odpěňovač na bázi emulze, protože se disperguje jednoduchým mícháním a nevyžaduje předsměs s vysokým smykem.

Polymerové odpěňovače bez obsahu silikonu

Bezsilikonové odpěňovače existují, protože velká část trhu silikon vůbec netoleruje. Automobilové OEM a opravárenské linky, některé povlaky elektroniky a displejů, přetiskové laky, které musí zůstat přetíratelné, a řada průmyslových lepidel výslovně zakazuje kontaminaci siloxany. Tato rodina se také zcela vyhýbá mechanismu defektů řízeným povrchovým napětím.

Chemie je pestřejší, než většina lidí očekává. Mezi běžné stavební bloky patří:

• EO/PO blokové kopolymery, které působí jako smáčedla nebo odpěňovače v závislosti na poměru a koncové úpravě
• Akrylové polymery s řízenou polaritou, často používané ve vodou ředitelných inkoustech a v UV systémech
• Polyetherestery, alkoxyláty mastných alkoholů a modifikované přírodní oleje
• Hydrofobní oxid křemičitý dispergovaný v organickém nosiči bez přítomnosti silikonu

Rychlost srážení je obecně nižší než u plněného silikonového produktu. To, co typy bez silikonu dělají dobře, je dlouhodobé potlačení a kvalita filmu. Protože jsou formulovány tak, aby seděly blíže limitu kompatibility, rozptylují se jemněji, zůstávají déle suspendované a nezanechávají téměř žádný povrchový podpis při doporučené dávce.

Dávkování je normálně vyšší než u silikonů – typické je 0,2 % až 1,0 % z celkového složení a některé inkoustové systémy dosahují 1,5 %. Horní hranici vždy potvrďte stažením, protože od určité koncentrace začnou tyto produkty působit jako smáčedla a dokážou pěnu stabilizovat, místo aby ji rozbily. Ten inverzní bod je skutečný a je to jedna z nejčastějších formulačních chyb, které na lavičce vidíme.

Výběr podle systému: Srovnávací tabulka

Níže uvedená tabulka shrnuje typy chemických látek, které obvykle fungují nejlépe v každém systému, spolu s typickými rozsahy dávek a vadou, kterou je třeba sledovat. Považujte rozsahy dávek za výchozí body pro žebříčkovou studii, nikoli jako pevná doporučení.

Technické parametry, které skutečně rozhodují o výsledku

Dvě odpěňovače mohou mít na štítku stejnou chemickou skupinu a ve vašem složení se mohou chovat zcela odlišně. Toto jsou parametry, které stojí za to požadovat od dodavatele, než se zavážete ke zkoušce.

Samostatnou zmínku si zaslouží ještě jeden parametr: kompatibilita. Jednoduchým screeningem kompatibility je přidat odpěňovač v dvojnásobné zamýšlené dávce do malého vzorku, natáhnout ho na sklo a po úplném vytvrzení zkontrolovat pod ostrým světlem. Pokud uvidíte zákal, skvrny nebo krátery při dvojnásobné dávce, uvidíte je při normální dávce v jiném substrátu nebo jiné tloušťce filmu.

Odpěnění a potlačení pěny jsou dvě různé práce

Formulátoři často používají slova zaměnitelně, ale testy měří různé věci a profily produktů se liší.

Odpěnění, někdy nazývané knockdown, je o zničení pěny, která již existuje. Dominuje mu koeficient rozmetání a to, jak rychle kapka odpěňovače dosáhne povrchu pěny. Silikonové produkty s hydrofobním plnivem jsou zde nejvýkonnější.

Potlačení neboli odpěňování v užším slova smyslu je především o zabránění tvorbě pěny. Záleží na tom, jak dlouho aktivní zůstane rozptýleno ve velkém a jak dobře migruje na nová rozhraní. Polymery bez silikonu a jemně dispergované emulze mají tendenci se v této roli lépe zvládat.

Výše uvedené pořadí platí v čistém modelovém systému. Změní se, jakmile nanesete odpěňovač do skutečné barvy nebo inkoustu, protože pojiva, pigmenty a modifikátory reologie soutěží o stejná rozhraní, která musí odpěňovač obsadit. To je důvod, proč vám modelový test řekne, kterou chemii zařadit do užšího výběru, a aplikační test vám řekne, kterou známku si ponechat.

Testování pěny: Od kádinky po výrobní nádrž

Kontrola pěnivosti je jednou z mála vlastností v laboratoři nátěrových hmot, která je téměř vždy podceňována na pracovním stole. Kádinka o objemu 200 ml při 800 otáčkách za minutu generuje mnohem méně strhávání vzduchu než nádrž o objemu 2 000 l s dispergátorem s vysokým střihem běžícím při stejné rychlosti špičky. Podle toho naplánujte zkušební žebřík.

Krok 1: Kontrola kompatibility

Přidejte kandidáta na 0,1 %, 0,3 % a 1,0 % do fáze zklamání. Lité fólie na sklo a na zamýšlený podklad. Po 24 hodinách zkontrolujte krátery, rybí oka, zákal a jakoukoli ztrátu lesku nebo přilnavosti.

Krok 2: Testy protřepejte a promíchejte

Odstupňovaný test otřesů válců poskytuje rychlou klasifikaci rychlosti srážení. Vysokorychlostní test míchání při 2 000 až 3 000 otáčkách za minutu po dobu 5 minut poskytuje hodnocení potlačení, protože po dobu trvání testu neustále generuje nové rozhraní.

Krok 3: Simulace aplikace

Tažení, nanášení válečkem a nástřiky odhalují vady, které test v kádince nikdy neukáže. Aplikace sprejem vytváří tenký film, kde nestabilní kapička proti pěnění pokaždé vytvoří dírku.

Krok 4: Zkouška výroby se zadrženým vzorkem

Odeberte vzorek z nádrže ihned po odstavení a znovu po 24 hodinách skladování. Výška pěny a kvalita filmu by se měly měřit na obou. Produkt, který funguje v den nula, ale ztrácí rozptyl do prvního dne, selže v zákaznické lince, nikoli ve vaší.

Uchovávejte zkušební šarži za stejných skladovacích podmínek jako při výrobě. Odpěňovací emulze jsou fyzikální disperze a zmrazení, dlouhodobé skladování nad 40 stupňů C nebo opakované cykly čerpání je mohou destabilizovat.

Běžné prostředky proti pěnění ve specifických aplikacích

Vodou ředitelné průmyslové nátěry

Tyto systémy nesou největší zatížení povrchově aktivní látky ze všech kategorií nátěrů, protože k tvorbě pěny přispívají smáčedla, dispergační činidla, substráty a asociativní zahušťovadla. Dvousložkový přístup často funguje nejlépe: naplněný silikon pro snížení během výroby plus malé množství polymeru bez silikonu pro potlačení během aplikace.

DH-2277S Odpěňovač na vodní bázi Nesilikonový odpěňovač typu emulze alifatického uhlovodíkového rostlinného oleje s dlouhým řetězcem; Zobrazit produkt →

Tiskařské barvy

Inkousty na vodní bázi pění během čerpání, během kroku natírání a uvnitř inkoustové misky. Kontaminace silikonem způsobuje vady tisku, které je těžké vysledovat, takže většina inkoustových domů standardizuje chemii bez silikonu. Na kontrole dávky záleží více než u nátěrů, protože stejný produkt, který zabíjí pěnu, může také ovlivnit povrchové napětí, a tedy získat bod, skvrnitost a přilnavost k podkladu.

Lepidla a tmely

Pěna v lepidle není jen problémem zpracování. Unášený vzduch snižuje účinnou kontaktní plochu na spojované lince, což se projevuje sníženou pevností v odlupování a dutinami ve vytvrzeném lepidle. Typy minerálních olejů a EO/PO kopolymerů jsou zde obvyklou volbou, protože způsobují nejmenší narušení lepivosti a konečných mechanických vlastností.

Rozpouštědlové systémy

Pěna je méně odolná v nátěrech na bázi rozpouštědel, protože organická rozpouštědla mají nižší povrchové napětí a rychleji stékají. Když se objeví pěna, je to obvykle způsobeno vysokým obsahem pigmentu a dispergačním systémem. Nízká dávka plněného silikonu bez rozpouštědla, typicky 0,05 % až 0,2 %, je obvykle dostatečná.

UV systémy a systémy s vysokým obsahem pevných látek

Tyto formulace nemají žádnou vodu ani rozpouštědlo, které by odtékaly, takže pěna, která se tvoří, zůstává. Upřednostňují se bezsilikonové akrylové a polyetherové typy, protože silikony mohou narušovat UV vytvrzování na povrchu. Častým příznakem je po úplném vytvrzení mírně lepkavý nebo zamlžený film, který lze snadno chybně diagnostikovat jako problém s fotoiniciátorem.

Pokud problém s pěnou souvisí spíše se smáčením pigmentu než s pojivem, může fix patřit do kroku disperze. Náš průvodce dál jak vybrat správný typ dispergačního činidla pro nátěry pokrývá logiku výběru pro tuto část formulace.

Silikonová chemie také přímo spolupracuje s kontrolou povrchu. Pokud provozujete systém obsahující silikon a vedle problémů s pěnou vidíte problémy s tokem nebo skluzem, doprovodný článek na akrylátové nivelační prostředky v průmyslových nátěrech vysvětluje, jak by měla být tato dvě balení aditiv vyvážena.

Odstraňování závad souvisejících s pěnou

Když se objeví defekt filmu, odpěňovač je často prvním podezřelým a někdy nesprávným. Tato tabulka mapuje viditelný příznak k pravděpodobné příčině a nápravnému opatření.

Poznámky k nákupu, skladování a manipulaci

Odpěňovače jsou obvykle malou řádkovou položkou ve složení, což umožňuje snadno přehlédnout praktické detaily, které rozhodují o tom, zda budou fungovat ve výrobě.

• Bod přidání. Silikonové odpěňovače fungují nejlépe, když jsou přidány do fáze poklesu po disperzi pigmentu, kde je smyk mírný. Jejich přidání během mletí může zničit emulzi a pohřbít aktivní část pigmentových aglomerátů.
• Ředění. Mnoho emulzních produktů může být předem zředěno vodou, aby se zlepšila distribuce, ale ředění značně zkracuje skladovatelnost. Řeďte pouze to, co během směny použijete.
• Skladování. Nádoby udržujte při teplotě mezi 5 a 35 °C. Zmrazováním se většina emulzí trvale rozbije a žádné míchání je nevrátí zpět.
• Míchání. Před použitím buben pomalu rozválejte. Usazování hydrofobního plniva je normální a nejedná se o závadu kvality.
• Dokumentace. Vyžádejte si technický list, bezpečnostní list a osvědčení o analýze specifické pro šarži. U exportních trhů požádejte o regulační prohlášení týkající se země určení před zahájením zkoušky, nikoli po první objednávce.

Jeden nákupní zvyk, který ušetří spoustu času: kvalifikujte dva produkty z různých chemických rodin současně. Pokud regulační změna nebo nedostatek surovin jeden odstraní, druhý je již schválen a nezačínáte práci znovu od nuly.

Často kladené otázky

Jaké je typické dávkování pro odpěňovač?

Většina silikonových odpěňovačů se používá mezi 0,05 % a 0,3 % z celkového složení. Typy polymerů bez minerálních olejů a silikonů se obvykle pohybují od 0,2 % do 1,0 %. Začněte na spodním konci rozsahu, spusťte žebřík a ujistěte se, že horní konec žebříku nezavádí povrchové vady.

Mohu přidat odpěňovač na konci výroby místo během zpomalování?

Dodatečné přidání je možné a někdy je to jediná praktická možnost pro nádrž, která již napěnila. Lépe se pracuje s emulzními produkty a při mírném míchání. Kompromisem je distribuce: produkt přidaný pozdě má kratší dobu a menší smyk na rozptýlení, takže může kontrolovat pěnu v nádrži, ale stále selže během aplikace.

Proč se pěna po přidání odpěňovače zhorší?

Existují dva běžné důvody. První je předávkování: od určité koncentrace se některé povrchově aktivní látky chovají spíše jako stabilizátory pěny než jako přerušovače pěny. Druhým je špatná emulgace, kdy špatně dispergovaný odpěňovač tvoří velké kapičky, které vytvářejí defekty a současně nedosáhnou na povrch pěny. Obojí se řeší snížením dávky a zlepšením míchání.

Jak si mohu vybrat mezi silikonovým a bezsilikonovým odpěňovačem?

Zvolte silikon, když potřebujete nejrychlejší sražení a nejnižší dávku a když systém toleruje silikon. Bez silikonu zvolte, když je film čirý nebo vysoce lesklý, když povlak musí přijmout druhý nátěr, když je následný procesní krok citlivý na siloxany nebo když konečná aplikace zakazuje silikon z důvodu shody.

Ovlivní odpěňovač adhezi nebo přetíratelnost?

Může a výrobky obsahující silikon jsou obvyklými viníky. Volný silikonový olej migruje na povrch během tvorby filmu a snižuje povrchovou energii, což je přesně to, co způsobuje, že další nátěr nesmáčí. Pokud systém vyžaduje přetíratelnost, buď snižte dávku silikonu, nebo vyzkoušejte alternativu bez silikonu na stejné úrovni účinnosti.

Jak dlouho mohu odpěňovač skladovat?

Typická skladovatelnost je 12 měsíců od data výroby v neotevřeném obalu, skladovaném mezi 5 a 35 °C. Emulze mohou vykazovat mírné usazování, což je normální. Rozdělení na dvě čiré vrstvy nebo silný zápach znamená, že produkt by neměl být používán bez čerstvého testu kompatibility.

Mohu smíchat dva různé odpěňovače?

Ano, a mísení je často nejlepší odpovědí, když jediný produkt nemůže zajistit snížení i potlačení. Smíchejte plněný silikon pro rychlé sražení s polymerem bez silikonu pro dlouhodobé potlačení v poměru určeném vaší vlastní žebříčkovou studií. Bez předběžného testu nemíchejte dvě emulze s opačným iontovým nábojem – směs se může v bubnu rozbít.

Jak zjistím, zda je odpěňovač kompatibilní před úplným vyzkoušením?

Spusťte tříbodové síto: přidejte produkt v poloviční zamýšlené dávce, v zamýšlené dávce a v dvojnásobku zamýšlené dávky v samostatných vzorcích a poté nalijte filmy na sklo. Po úplném vytvrzení zkontrolujte pod lampou. Pokud je vzorek s dvojitou dávkou čistý, má produkt dostatečnou rezervu pro kompatibilitu pro normální výrobní odchylky.