Aké sú bežné prostriedky proti peneniu? Typy, pravidlá výberu a opravy defektov

Linka na poťahovanie cievok prešla na nový vodouriediteľný akrylový základný náter minulú jar. V priebehu dvoch zmien niesli aplikačné valce viditeľnú penovú prikrývku, vytvrdený film vykazoval dierky a šarža bola odmietnutá. Formulátor nadávkoval 0,10 % štandardného dimetylsilikónového odpeňovača, rovnakého produktu, ktorý bezchybne fungoval v starom rozpúšťadlovom systéme. Nič na balení kontroly peny nebolo samo osebe zlé. Jednoducho to nezodpovedalo obsahu povrchovo aktívnej látky, pH a profilu šmyku novej formulácie.

Ak sa pýtate, aké sú v skutočnosti bežné prostriedky proti peneniu, tu je najprv krátka odpoveď s podrobnosťami nižšie.

Takmer každý odpeňovač na trhu patrí do jednej zo štyroch chemických skupín:

• Disperzie minerálnych olejov a voskov
• Silikónové odpeňovače, vrátane dimetylsilikónu a organomodifikované varianty
• Polymérne odpeňovače bez obsahu silikónu, typicky EO/PO blokové kopolyméry, akrylové polyméry a polyéterové estery
• Špeciálne a zmiešané produkty vytvorené pre jeden systém, ako sú UV, s vysokým pH alebo prípravky prichádzajúce do kontaktu s potravinami

Výber medzi nimi nie je otázkou výberu najsilnejšieho penového zabijaka. Správna odpeňovacia hmota musí byť dostatočne nekompatibilná, aby porušila penové lamely a dostatočne kompatibilná, aby zostala fólia bez chýb. Všetko nižšie je o nájdení toho úzkeho okna.

Ako sa penový film láme a čo to znamená pre výber protipeny

Pena nie sú len bublinky. Ide o sieť tenkých kvapalných filmov stabilizovaných molekulami povrchovo aktívnych látok usporiadaných na rozhraní vzduch-kvapalina. Tri sily udržujú tieto filmy pri živote:

1. Elasticita povrchu. Keď sa film natiahne, povrchovo aktívna látka migruje na novovytvorený povrch a obnovuje lokálne povrchové napätie. Toto je Marangoniho efekt a je to najsilnejší stabilizátor vo väčšine náterových, atramentových a lepiacich systémov.
2. Povrchová viskozita. Vo vode rozpustné polyméry, zahusťovadlá a asociatívne modifikátory reológie zvyšujú viskozitu povrchu filmu a spomaľujú drenáž.
3. Elektrostatické a stérické odpudzovanie medzi dvoma rozhraniami filmu, najmä pri vysokom pH alebo v prítomnosti jemných pigmentových častíc.

Odpeňovač funguje iba vtedy, ak zasahuje do jedného alebo viacerých z týchto mechanizmov. V praxi robí pracovný odpeňovač štyri veci za sebou: vstupuje do penového filmu, šíri sa pozdĺž rozhrania, lokálne destabilizuje vrstvu povrchovo aktívneho činidla a odvádza fóliu, až kým nepraskne.

Aby došlo k vniknutiu a šíreniu, povrchové napätie protipenivého prostriedku musí byť nižšie ako povrchové napätie peniacej kvapaliny. Preto takmer každý koncentrát proti peneniu obsahuje zložku s nízkou povrchovou energiou: silikónový olej, modifikovaný siloxán alebo hydrofóbnu voskovú časticu. Nosný olej, emulgátor a hydrofóbne plnivo spoločne rozhodujú o tom, či sa produkt šíri alebo jednoducho klesá.

O druhej podmienke sa hovorí ťažšie a v praxi je dôležitejšia: odpeňovač musí byť nerozpustný v médiu. Ak sa rozpustí, prestane pôsobiť proti peneniu a stane sa ďalšou povrchovo aktívnou látkou. Nerozpustnosť však niečo stojí. Príliš nekompatibilný odpeňovač sa nerozptýli dostatočne jemne a tie isté kvapky, ktoré prasknú penu na povrchu, tiež vytvárajú krátery, rybie oká a dierky v suchom filme. Každé praktické rozhodnutie o výbere sedí na tejto hojdačke.

Minerálne oleje a vosk proti peneniu

Minerálne olejové odpeňovače sú najstaršou rodinou a z hľadiska objemu sú stále najpoužívanejšie. Typickým produktom je disperzia hydrofóbnych častíc – mikronizovaného oxidu kremičitého, amidov mastných kyselín alebo modifikovaných voskov – v nosiči parafínového alebo nafténového oleja, stabilizovaná jedným alebo dvoma neiónovými emulgátormi. Vo vodných systémoch prichádzajú buď ako emulzia olej vo vode, alebo ako 100% aktívny olej, ktorý formulátor emulguje na mieste.

Tam, kde typy minerálnych olejov fungujú dobre

• Alkalické vodou riediteľné systémy: architektonické farby, nátery na papier a textilné prípravky s pH vyšším ako 8.
• Emulzná polymerizácia a manipulácia s latexom, kde sa pena vytvára kontinuálne a nie nárazovo.
• Procesy, pri ktorých je kontaminácia silikónom prísne zakázaná, ako sú niektoré automobilové opravárenské linky a povrchové úpravy elektroniky.
• Nákladovo citlivé formulácie, kde postačuje širokospektrálne odpeňovacie činidlo v množstve 0,2 % až 0,5 %.

Kde zaostávajú

Minerálne oleje odpeňovače sú slabé vo vysoko lesklých a čírych systémoch. Kvapôčky oleja sedia na trochu inom indexe lomu ako spojivo a pri vyšších dávkach sa prejavujú ako zákal alebo ako merateľná strata lesku. Tiež majú tendenciu strácať účinnosť pri vysokom strihu, pretože mechanické pôsobenie reemulguje kvapôčky oleja a strácajú schopnosť šíriť sa po povrchu peny.

Ďalším aspektom je stabilita pri skladovaní. Pri zvýšenej teplote sa olej môže oddeliť a vyplávať na povrch, čím sa vytvorí viditeľný film na farbe alebo na vytlačenom atramente. Ak váš proces beží pri silnom miešaní a vyžaduje si skôr rýchle zníženie než dlhodobé potlačenie, produkt z čistého minerálneho oleja je zvyčajne nesprávnou prvou skúškou.

Organosilikónové odpeňovače

Silikónové odpeňovače dominujú v priemysle náterov a atramentov z jedného dôvodu: kombinujú najnižšie dostupné povrchové napätie s vynikajúcou tepelnou stabilitou. Polydimetylsiloxánový hlavný reťazec má povrchové napätie okolo 20 až 21 mN/m, hlboko pod vodou, približne 72 mN/m a pod väčšinou organických spojív a rozpúšťadiel. Táto nízka povrchová energia je presne to, čo robí šírenie tak efektívnym a zrážaním tak rýchlym.

Silikón plnený hydrofóbnymi časticami

Typ ťažného koňa pozostáva z dimetylsilikónového nosiča naplneného hydrofobizovaným dymovým oxidom kremičitým. Častice oxidu kremičitého dávajú kvapôčke drsný, hydrofóbny povrch, ktorý mechanicky prepichne penovú lamelu – premosťovací mechanizmus, ktorý je oveľa účinnejší ako samotné šírenie. Tieto produkty sa bežne dodávajú ako 100 % aktívna kvapalina alebo ako 10 % až 30 % emulzia a dávkujú sa medzi 0,05 % a 0,3 % z celkovej formulácie.

Hlavným rizikom je povrchová chyba. Voľný silikónový olej, ktorý sa úplne nedisperguje, môže cestovať ďaleko od miesta pridania a vytvárať krátery, pomarančovú kôru a problémy s pretierateľnosťou. V krycom nátere alebo v akomkoľvek systéme, ktorý musí prijať druhý náter, by sa s neplneným dimetylsilikónom malo zaobchádzať opatrne.

Polyéterom modifikované siloxány

Vrúbľovanie polyéterových reťazcov na siloxánovú kostru podstatne mení správanie. Polyéterové skupiny zvyšujú kompatibilitu s organickými spojivami a vodou, čo zlepšuje kvalitu disperzie a znižuje sklon k tvorbe povrchových defektov – ale tiež znižuje účinnosť surového odpeňovača. Polyéterom modifikované siloxány sú preto typom voľby, keď je systém citlivý, keď je riziko defektov vysoké a keď je prijateľná mierna kontrola peny.

Tieto produkty sa tiež správajú odlišne s teplotou. Polyéterom modifikované siloxány majú bod zákalu; nad ním sa stanú nerozpustnými a zrazu oveľa účinnejšie ako odpeňovače, ale môžu tiež vypadávať z roztoku a spôsobiť zákal v čírom nátere. Ak sa teplota vašej aplikácie mení o viac ako 15 stupňov C naprieč čiarou, otestujte na oboch koncoch rozsahu.

Pre vodné systémy je často najpraktickejším východiskovým bodom silikónový odpeňovač na báze emulzie, pretože sa disperguje jednoduchým miešaním a nevyžaduje predzmes s vysokým strihom.

Polymérové odpeňovače bez obsahu silikónu

Bezsilikónové odpeňovače existujú, pretože veľká časť trhu na silikón vôbec nedá dopustiť. Automobilové OEM a opravárenské linky, niektoré nátery elektroniky a displejov, pretlačové laky, ktoré musia zostať pretierateľné, a množstvo priemyselných lepidiel výslovne zakazuje kontamináciu siloxánmi. Táto rodina sa tiež úplne vyhýba mechanizmu defektov poháňaného povrchovým napätím.

Chémia je pestrejšia, ako väčšina ľudí očakáva. Bežné stavebné bloky zahŕňajú:

• EO/PO blokové kopolyméry, ktoré pôsobia ako zmáčadlá alebo odpeňovače v závislosti od pomeru a koncovky
• Akrylové polyméry s kontrolovanou polaritou, často používané vo vodouriediteľných atramentoch a v UV systémoch
• Polyéterové estery, alkoxyláty mastných alkoholov a modifikované prírodné oleje
• Hydrofóbny oxid kremičitý dispergovaný v organickom nosiči bez prítomnosti silikónu

Rýchlosť zrážania je vo všeobecnosti nižšia ako pri plnenom silikónovom produkte. Čo robí typom bez silikónu dobre, je dlhodobé potlačenie a kvalita filmu. Pretože sú formulované tak, aby sedeli bližšie k hranici kompatibility, rozptyľujú sa jemnejšie, zostávajú dlhšie suspendované a pri odporúčanej dávke nezanechávajú takmer žiadny povrch.

Dávkovanie je normálne vyššie ako v prípade silikónov – typické je 0,2 % až 1,0 % z celkového zloženia a niektoré atramentové systémy dosahujú 1,5 %. Hornú hranicu vždy potvrďte stiahnutím, pretože od určitej koncentrácie tieto produkty začnú pôsobiť ako zmáčadlá a dokážu penu stabilizovať namiesto toho, aby ju rozbili. Ten inverzný bod je skutočný a je to jedna z najčastejších formulačných chýb, ktoré vidíme na lavičke.

Výber podľa systému: Porovnávacia tabuľka

V tabuľke nižšie sú zhrnuté typy chemikálií, ktoré zvyčajne fungujú najlepšie v každom systéme, spolu s typickými rozsahmi dávok a chybou, ktorú treba sledovať. S rozsahmi dávok zaobchádzajte ako s východiskovými bodmi pre rebríkovú štúdiu, nie ako s pevnými odporúčaniami.

Technické parametre, ktoré skutočne rozhodujú o výsledku

Dve odpeňovače môžu mať na štítku rovnakú chemickú skupinu a vo vašej formulácii sa správajú úplne inak. Toto sú parametre, ktoré stojí za to požadovať od dodávateľa predtým, ako sa zaviažete k testovaniu.

Samostatnú zmienku si zaslúži ešte jeden parameter: kompatibilita. Jednoduchým skríningom kompatibility je pridať odpeňovač v dvojnásobku zamýšľanej dávky do malej vzorky, natiahnuť ju na sklo a po úplnom vytvrdnutí skontrolovať pod ostrým svetlom. Ak uvidíte zákal, škvrny alebo krátery pri dvojnásobnej dávke, uvidíte ich pri normálnej dávke v inom substráte alebo inej hrúbke filmu.

Odpeňovanie a potláčanie peny sú dve rôzne úlohy

Formulátori často používajú slová zameniteľné, ale testy merajú rôzne veci a profily produktov sa líšia.

Odpenenie, niekedy nazývané knockdown, je o zničení peny, ktorá už existuje. Dominuje mu koeficient rozptylu a rýchlosť, akou kvapôčka odpeňovača dosiahne povrch peny. Silikónové produkty s hydrofóbnym plnivom sú tu najsilnejšie.

Potlačenie alebo protipenenie v užšom zmysle znamená v prvom rade zabrániť tvorbe peny. Závisí to od toho, ako dlho aktívna látka zostáva rozptýlená vo veľkom a ako dobre migruje na nové rozhrania. Polyméry bez silikónu a jemne dispergované emulzie majú v tejto úlohe tendenciu lepšie.

Vyššie uvedené poradie platí v čistom modelovom systéme. Zmení sa, keď nanesiete odpeňovač do skutočnej farby alebo atramentu, pretože spojivá, pigmenty a modifikátory reológie súperia o rovnaké rozhrania, ktoré musí odpeňovač obsadiť. To je dôvod, prečo vám modelový test povie, ktorú chémiu zaradiť do užšieho výberu, a test aplikácie vám povie, ktorú známku si ponechať.

Testovanie peny: Od kadičky po výrobnú nádrž

Kontrola penivosti je jednou z mála vlastností v laboratóriu na nanášanie náterov, ktorá je takmer vždy podceňovaná na skúšobnom meradle. 200 ml kadička pri 800 otáčkach za minútu generuje oveľa menšie strhávanie vzduchu ako 2 000 l nádrž s vysokošmykovým dispergátorom pracujúcim pri rovnakej rýchlosti hrotu. Podľa toho naplánujte testovací rebrík.

Krok 1: Kontrola kompatibility

Pridajte kandidáta na 0,1 %, 0,3 % a 1,0 % do fázy sklamania. Liate fólie na sklo a na zamýšľaný podklad. Po 24 hodinách skontrolujte krátery, rybie oká, zákal a akúkoľvek stratu lesku alebo priľnavosti.

Krok 2: Testy pretrepte a premiešajte

Odstupňovaný test chvenia valca poskytuje rýchlu klasifikáciu rýchlosti zrážania. Vysokorýchlostný test miešania pri 2 000 až 3 000 otáčkach za minútu počas 5 minút poskytuje hodnotenie potlačenia, pretože počas trvania testu neustále generuje nové rozhranie.

Krok 3: Simulácia aplikácie

Náťahy, nanášanie valčekom a nástreky odhaľujú chyby, ktoré test v kadičke nikdy neukáže. Najmä aplikácia sprejom vytvára tenký film, kde nestabilná kvapôčka protipenenia zakaždým vytvorí dierku.

Krok 4: Skúška výroby so vzorkou

Vzorku odoberte z nádrže ihneď po odstavení a znova po 24 hodinách skladovania. Výška peny a kvalita filmu by sa mali merať na oboch. Produkt, ktorý funguje v deň nula, ale stráca rozptyl do prvého dňa, zlyhá v zákazníckom rade, nie vo vašom.

Skúšobnú šaržu uchovávajte za rovnakých podmienok skladovania ako pri výrobe. Odpeňovacie emulzie sú fyzikálne disperzie a mrazenie, dlhodobé skladovanie nad 40 stupňov C alebo opakované čerpacie cykly ich môžu destabilizovať.

Bežné prostriedky proti peneniu v špecifických aplikáciách

Vodou riediteľné priemyselné nátery

Tieto systémy nesú najväčšiu záťaž povrchovo aktívnych látok zo všetkých kategórií náterov, pretože zmáčadlá, dispergačné činidlá, substráty a asociatívne zahusťovadlá prispievajú k tvorbe peny. Dvojzložkový prístup často funguje najlepšie: naplnený silikón na potlačenie počas výroby plus malé množstvo polyméru bez silikónu na potlačenie počas aplikácie.

DH-2277S Odpeňovač na vodnej báze Nesilikónový odpeňovač typu emulzie alifatického uhľovodíka z rastlinného oleja s dlhým reťazcom; Zobraziť produkt →

Tlačiarenské farby

Atramenty na vodnej báze penia počas čerpania, počas kroku natierania a vo vnútri atramentovej misky. Silikónová kontaminácia spôsobuje chyby tlače, ktoré je ťažké vysledovať, takže väčšina atramentových kancelárií štandardizuje chémiu bez silikónu. Kontrola dávky je dôležitá viac ako pri náteroch, pretože ten istý produkt, ktorý ničí penu, môže tiež ovplyvniť povrchové napätie, a teda získať bodky, škvrnitosť a priľnavosť k podkladu.

Lepidlá a tmely

Pena v lepidle nie je len problémom spracovania. Strhnutý vzduch znižuje účinnú kontaktnú plochu na spojovacej línii, čo sa prejavuje zníženou pevnosťou v odlupovaní a dutinami vo vytvrdnutom lepidle. Typy minerálnych olejov a kopolymérov EO/PO sú tu obvyklou voľbou, pretože spôsobujú najmenšiu interferenciu s lepivosťou a konečnými mechanickými vlastnosťami.

Rozpúšťadlové systémy

Pena je menej odolná v náteroch na báze rozpúšťadiel, pretože organické rozpúšťadlá majú nižšie povrchové napätie a rýchlejšie stekajú. Keď sa objaví pena, je to zvyčajne spôsobené vysokým obsahom pigmentu a dispergačným systémom. Zvyčajne postačuje nízka dávka plneného silikónu bez obsahu rozpúšťadiel, typicky 0,05 % až 0,2 %.

UV systémy a systémy s vysokým obsahom pevných látok

Tieto formulácie nemajú žiadnu vodu ani rozpúšťadlo, ktoré by mohli odtekať, takže vytvorená pena zostáva. Uprednostňujú sa akrylové a polyéterové typy bez silikónu, pretože silikóny môžu interferovať s UV vytvrdzovaním na povrchu. Bežným príznakom je mierne lepkavý alebo zahmlený film po úplnom vytvrdnutí, ktorý sa dá ľahko nesprávne diagnostikovať ako problém s fotoiniciátorom.

Ak problém s penou súvisí skôr so zmáčaním pigmentu než so spojivom, oprava môže patriť do kroku disperzie. Náš sprievodca ďalej ako vybrať správnu triedu dispergačného činidla pre nátery pokrýva logiku výberu pre túto časť formulácie.

Silikónová chémia tiež priamo interaguje s kontrolou povrchu. Ak používate systém obsahujúci silikón a popri problémoch s penou vidíte problémy s prietokom alebo šmykom, sprievodný článok na akrylátové vyrovnávacie prostriedky v priemyselných náteroch vysvetľuje, ako by mali byť tieto dva balíky doplnkových látok vyvážené.

Odstraňovanie porúch súvisiacich s penou

Keď sa objaví defekt filmu, odpeňovač je často prvým podozrivým a niekedy nesprávnym. Táto tabuľka mapuje viditeľný symptóm na pravdepodobnú príčinu a na nápravné opatrenie.

Poznámky k obstarávaniu, skladovaniu a manipulácii

Odpeňovače sú zvyčajne malá riadková položka vo formulácii, čo uľahčuje prehliadnutie praktických detailov, ktoré rozhodujú o tom, či fungujú vo výrobe.

• Bod pridania. Silikónové odpeňovače fungujú najlepšie, keď sa pridajú do fázy poklesu, po disperzii pigmentu, kde je mierny strih. Ich pridanie počas mletia môže zničiť emulziu a pochovať aktívne pigmentové aglomeráty.
• Riedenie. Mnohé emulzné produkty možno predriediť vodou, aby sa zlepšila distribúcia, ale riedenie značne skracuje skladovateľnosť. Zrieďte len to, čo použijete v rámci zmeny.
• Skladovanie. Nádoby uchovávajte pri teplote od 5 do 35 stupňov C. Zmrazovanie väčšinu emulzií natrvalo rozbije a žiadne miešanie ich nevráti späť.
• Miešanie. Pred použitím bubon pomaly previňte. Usadzovanie hydrofóbneho plniva je normálne a nie je chybou kvality.
• Dokumentácia. Vyžiadajte si kartu technických údajov, kartu bezpečnostných údajov a osvedčenie o analýze špecifické pre šaržu. V prípade exportných trhov si vyžiadajte regulačné vyhlásenie týkajúce sa cieľovej krajiny pred testovaním, nie po prvej objednávke.

Jeden nákupný zvyk, ktorý ušetrí veľa času: kvalifikujte dva produkty z rôznych chemických skupín súčasne. Ak regulačná zmena alebo nedostatok surovín odstráni jednu, druhá je už schválená a nezačínate prácu od začiatku.

Často kladené otázky

Aké je typické dávkovanie odpeňovača?

Väčšina silikónových odpeňovačov sa používa medzi 0,05 % a 0,3 % z celkovej formulácie. Typy polymérov bez minerálneho oleja a silikónu sa zvyčajne pohybujú od 0,2 % do 1,0 %. Začnite na dolnom konci rozsahu, spustite rebrík a presvedčte sa, že horný koniec rebríka nespôsobuje povrchové chyby.

Môžem pridať odpeňovač na konci výroby namiesto počas poklesu?

Dodatočné pridávanie je možné a niekedy je to jediná praktická možnosť pre nádrž, ktorá už napenila. Lepšie sa pracuje s emulznými produktmi a pri miernom miešaní. Kompromisom je distribúcia: produkt pridaný neskoro má kratší čas a menší šmyk na rozptýlenie, takže môže kontrolovať penu v nádrži, ale stále zlyhá počas aplikácie.

Prečo sa pena po pridaní odpeňovača zhorší?

Existujú dva bežné dôvody. Prvým je predávkovanie: od určitej koncentrácie sa niektoré povrchovo aktívne látky správajú skôr ako stabilizátory peny než ako rozbíjače peny. Druhým je slabá emulgácia, kde zle dispergované odpeňovacie činidlo vytvára veľké kvapôčky, ktoré vytvárajú defekty a súčasne nedosahujú povrch peny. Oboje sa rieši znížením dávky a zlepšením miešania.

Ako si mám vybrať medzi silikónovým a bezsilikónový odpeňovačom?

Silikón si vyberte vtedy, keď potrebujete najrýchlejšie stlačenie a najnižšiu dávku a keď systém toleruje silikón. Bez silikónu zvoľte, keď je film číry alebo vysoko lesklý, keď náter musí prijať druhý náter, keď je následný procesný krok citlivý na siloxány, alebo keď konečná aplikácia zakazuje silikón z dôvodu poddajnosti.

Ovplyvní protipenenie priľnavosť alebo pretierateľnosť?

Môže a výrobky obsahujúce silikón sú obvyklými vinníkmi. Voľný silikónový olej migruje na povrch počas tvorby filmu a znižuje povrchovú energiu, čo je presne to, čo spôsobuje, že ďalšia vrstva nezmáča. Ak systém potrebuje pretierateľnosť, buď znížte dávku silikónu alebo vyskúšajte alternatívu bez silikónu na rovnakej úrovni účinnosti.

Ako dlho môžem odpeňovač skladovať?

Typická skladovateľnosť je 12 mesiacov od dátumu výroby v neotvorenej nádobe, skladovaná pri teplote 5 až 35 °C. Emulzie môžu mierne usadzovať, čo je normálne. Rozdelenie na dve číre vrstvy alebo silný zápach znamená, že produkt by sa nemal používať bez nového testu kompatibility.

Môžem zmiešať dva rôzne odpeňovače?

Áno, a zmiešavanie je často tou najlepšou odpoveďou, keď jediný produkt nedokáže poskytnúť zníženie aj potlačenie. Zmiešajte naplnený silikón pre rýchle zníženie s polymérom bez silikónu pre dlhodobé potlačenie v pomere určenom vašou vlastnou rebríkovou štúdiou. Bez predbežného testu nezmiešajte dve emulzie opačného iónového náboja – zmes sa môže v bubne rozbiť.

Ako zistím, či je odpeňovač kompatibilný pred úplným vyskúšaním?

Spustite trojbodové sito: pridajte produkt v polovičnej zamýšľanej dávke, pri zamýšľanej dávke a pri dvojnásobnej zamýšľanej dávke v samostatných vzorkách, potom nalejte filmy na sklo. Po úplnom vytvrdnutí skontrolujte pod svetlom. Ak je vzorka s dvojitou dávkou čistá, produkt má dostatok priestoru pre kompatibilitu pre normálnu výrobnú variáciu. $