Hvad er almindelige antiskummidler? Typer, udvælgelsesregler og fejlrettelser

En coil coating linje skiftede til en ny vandbåren akryl primer sidste forår. Inden for to skift bar applikatorrullerne et synligt skumtæppe, den hærdede film viste nålehuller, og batchen blev afvist. Formulereren havde doseret 0,10% af en standard dimethylsilikone antiskum, det samme produkt, som havde fungeret fejlfrit i det gamle opløsningsmiddelbaserede system. Intet ved skumkontrolpakken var galt i sig selv. Det svarede simpelthen ikke til den overfladeaktive stofbelastning, pH-værdien og forskydningsprofilen for den nye formulering.

Hvis du spørger, hvad de almindelige antiskummidler egentlig er, er her det korte svar først, med detaljerne bagved længere nede.

Næsten alle antiskum på markedet tilhører en af fire kemifamilier:

• Mineralolie og voksdispersion
• Silikone skumdæmpende midler, herunder dimethylsilikone og organomodificerede varianter
• Silikonefri polymer antiskum, typisk EO/PO blokcopolymerer, akrylpolymerer og polyetherestere
• Specialprodukter og blandede produkter bygget til et enkelt system, såsom UV-, høj-pH- eller fødevarekontaktformuleringer

At vælge mellem dem er ikke et spørgsmål om at vælge den stærkeste skumdræber. Den rigtige skumdæmpning skal være inkompatibel nok til at bryde skumlameller og kompatibel nok til at efterlade filmen fejlfri. Alt nedenfor handler om at finde det smalle vindue.

Hvordan en skumfilm går i stykker, og hvad det betyder for antiskumvalget

Et skum er ikke bare bobler. Det er et netværk af tynde flydende film stabiliseret af overfladeaktive molekyler arrangeret ved luft-væske-grænsefladen. Tre kræfter holder disse film i live:

1. Overfladeelasticitet. Når en film strækker sig, migrerer overfladeaktivt stof til den nyskabte overflade og genopretter den lokale overfladespænding. Dette er Marangoni-effekten, og det er den stærkeste stabilisator i de fleste belægnings-, blæk- og klæbesystemer.
2. Overfladeviskositet. Vandopløselige polymerer, fortykningsmidler og associative rheologimodificerende midler hæver filmoverfladens viskositet og sænker dræningen.
3. Elektrostatisk og sterisk frastødning mellem filmens to grænseflader, især ved høj pH eller i nærværelse af fine pigmentpartikler.

Et antiskum virker kun, hvis det forstyrrer en eller flere af disse mekanismer. I praksis gør et fungerende antiskum fire ting i rækkefølge: det trænger ind i skumfilmen, det spredes langs grænsefladen, det destabiliserer det overfladeaktive stof lokalt, og det dræner filmen, indtil det brister.

For at indtrængen og spredning kan ske, skal overfladespændingen af ​​skumdæmpningen være lavere end den skummende væskes. Det er grunden til, at næsten alle antiskumkoncentrater indeholder en komponent med lav overfladeenergi: silikoneolie, modificeret siloxan eller en hydrofob vokspartikel. Bæreolien, emulgatoren og det hydrofobe fyldstof bestemmer tilsammen, om produktet spreder sig eller blot synker.

Den anden betingelse er sværere at tale om og vigtigere i praksis: Antiskummet skal være uopløseligt i mediet. Hvis det opløses, holder det op med at være et antiskum og bliver et andet overfladeaktivt stof. Men uopløselighed har en pris. Et antiskum, der er for uforeneligt, vil ikke spredes fint nok, og de samme dråber, der sprænger skum ved overfladen, skaber også kratere, fiskeøjne og nålehuller i den tørre film. Enhver praktisk udvælgelsesbeslutning hviler på den vippe.

Mineralolie og voks antiskum

Antiskummidler til mineralsk olie er den ældste familie og i volumen stadig den mest udbredte. Et typisk produkt er en dispersion af hydrofobe partikler - pyrogen silica, fedtsyreamider eller modificerede voksarter - i en paraffinisk eller naphthenisk oliebærer, stabiliseret med en eller to ikke-ioniske emulgatorer. I vandbårne systemer ankommer de enten som en olie-i-vand-emulsion eller som en 100 % aktiv olie, som formulatoren emulgerer på plads.

Hvor mineralolietyper klarer sig godt

• Alkaliske vandbårne systemer: arkitektoniske malinger, papirbelægninger og tekstilformuleringer, hvor pH er over 8.
• Emulsionspolymerisation og latexhåndtering, hvor skum dannes kontinuerligt i stedet for i sprængninger.
• Processer, hvor silikoneforurening er et hårdt forbud, såsom visse autolakeringslinjer og elektronikbelægninger.
• Omkostningsfølsomme formuleringer, hvor et bredspektret antiskum på 0,2 % til 0,5 % er nok.

Hvor de kommer til kort

Mineralolie-antiskum er svage i højglans og klare systemer. Oliedråberne sidder med et lidt anderledes brydningsindeks end bindemidlet, og ved højere doser viser de sig som uklarhed eller som et målbart glanstab. De har også en tendens til at miste effektivitet under høj forskydning, fordi mekanisk påvirkning reemulgerer oliedråberne, og de mister evnen til at sprede sig på skumoverfladen.

Opbevaringsstabilitet er en anden overvejelse. Ved forhøjet temperatur kan olien separere og flyde til overfladen, hvilket giver en synlig hinde på malingen eller på det trykte blæk. Hvis din proces kører ved høj omrøring og har brug for hurtig knockdown frem for langvarig undertrykkelse, er et rent mineralolieprodukt normalt det forkerte første forsøg.

Organosilicone antiskum

Silikone-antiskum dominerer belægnings- og blækindustrien af én grund: de kombinerer den laveste tilgængelige overfladespænding med fremragende termisk stabilitet. En polydimethylsiloxan-rygrad har en overfladespænding på omkring 20 til 21 mN/m, et godt stykke under vand ved ca. 72 mN/m og under de fleste organiske bindemidler og opløsningsmidler. Den lave overfladeenergi er præcis det, der gør spredning så effektiv og nedskæring så hurtigt.

Hydrofob partikelfyldt silikone

Arbejdshestetypen består af en dimethylsilikonebærer fyldt med hydrofoberet pyrogen silica. Silicapartiklerne giver dråben en ru, hydrofob overflade, der punkterer skumlamellen mekanisk - en bromekanisme, der er langt mere effektiv end at sprede sig alene. Disse produkter leveres normalt som en 100 % aktiv væske eller som en 10 % til 30 % emulsion, og de doseres mellem 0,05 % og 0,3 % af den samlede formulering.

Den største risiko er overfladefejl. Fri silikoneolie, der ikke spredes fuldstændigt, kan rejse langt fra tilsætningsstedet og give kratere, appelsinskal og problemer med overmalbarhed. I en topcoat, eller i et hvilket som helst system, der skal acceptere et andet lag, bør en ufyldt dimethylsilikone behandles med forsigtighed.

Polyether-modificerede siloxaner

Podning af polyetherkæder på siloxan-rygraden ændrer adfærden væsentligt. Polyethergrupperne øger kompatibiliteten med organiske bindemidler og med vand, hvilket forbedrer dispersionskvaliteten og reducerer tendensen til at danne overfladedefekter - men det reducerer også rå antiskumeffektivitet. Polyethermodificerede siloxaner er derfor den type valg, når systemet er følsomt, når defektrisikoen er høj, og når moderat skumkontrol er acceptabel.

Disse produkter opfører sig også anderledes med temperatur. Polyether-modificerede siloxaner har et uklarhedspunkt; ovenover bliver de uopløselige og pludselig meget mere effektive som skumdæmpende midler, men de kan også falde ud af opløsningen og forårsage uklarhed i en klar lak. Hvis din påføringstemperatur varierer med mere end 15 grader C over linjen, test i begge ender af området.

For vandbårne systemer er et emulsionsbaseret silikone antiskum ofte det mest praktiske udgangspunkt, fordi det spredes ved simpel omrøring og ikke kræver en forblanding med høj forskydning.

Silikonefri polymer antiskum

Silikonefri antiskum findes, fordi en stor del af markedet slet ikke kan tåle silikone. OEM- og efterbehandlingslinjer til biler, nogle elektronik- og displaybelægninger, overtrykslakker, der skal forblive overmalelige, og en række industrielle klæbemidler forbyder eksplicit siloxanforurening. Denne familie undgår også helt den overfladespændingsdrevne defektmekanisme.

Kemien er mere varieret, end de fleste forventer. Fælles byggesten omfatter:

• EO/PO blokcopolymerer, der fungerer som befugtningsmidler eller skumdæmpere afhængigt af forholdet og endeafdækningen
• Akrylpolymerer med kontrolleret polaritet, ofte brugt i vandbårne blæk og i UV-systemer
• Polyetherestere, fedtalkoholalkoxylater og modificerede naturlige olier
• Hydrofob silica dispergeret i en organisk bærer uden silikone til stede

Knockdown-hastigheden er generelt langsommere end et fyldt silikoneprodukt. Hvad silikonefri typer gør godt, er langsigtet undertrykkelse og filmkvalitet. Fordi de er formuleret til at sidde tættere på kompatibilitetsgrænsen, spredes de mere fint, forbliver suspenderet længere og efterlader næsten ingen overfladesignatur ved den anbefalede dosis.

Doseringen er normalt højere end for silikoner - 0,2 % til 1,0 % af den samlede formulering er typisk, og nogle blæksystemer løber til 1,5 %. Bekræft altid den øvre grænse med en nedtrækning, for over en vis koncentration begynder disse produkter at fungere som befugtningsmidler og kan stabilisere skum i stedet for at bryde det. Det inversionspunkt er reelt, og det er en af ​​de mest almindelige formuleringsfejl, vi ser på bænken.

Valg efter system: En sammenligningstabel

Tabellen nedenfor opsummerer de kemityper, der normalt fungerer bedst i hvert system, sammen med typiske dosisintervaller og defekten, man skal holde øje med. Behandl dosisområderne som udgangspunkt for en stigeundersøgelse, ikke som faste anbefalinger.

De tekniske parametre, der faktisk bestemmer resultatet

To antiskummidler kan have samme kemifamilie på etiketten og opføre sig helt forskelligt i din formulering. Disse parametre er værd at anmode om fra en leverandør, før du forpligter dig til et forsøg.

Endnu en parameter fortjener sin egen omtale: kompatibilitet. En simpel kompatibilitetsskærm er at tilsætte skumdæmpningen med dobbelt den tilsigtede dosis til en lille prøve, trække den ned på glas og inspicere under rivende lys efter fuld hærdning. Hvis du ser dis, pletter eller kratere ved dobbelt dosis, vil du se dem i normal dosis i et andet underlag eller en anden filmtykkelse.

Skumdæmpning og skumdæmpning er to forskellige opgaver

Formulatorer bruger ofte ordene i flæng, men testene måler forskellige ting, og produktprofilerne er forskellige.

Defoaming, nogle gange kaldet knockdown, handler om at ødelægge skum, der allerede eksisterer. Det er domineret af spredningskoefficienten og af hvor hurtigt antiskumdråben når skumoverfladen. Silikoneprodukter med hydrofobt fyldstof er de stærkeste performere her.

Suppression, eller antiskumning i snæver forstand, handler om at forhindre skumdannelse i første omgang. Det afhænger af, hvor længe det aktive forbliver spredt i bulken, og hvor godt det migrerer til nye grænseflader. Silikonefri polymerer og fint dispergerede emulsioner har en tendens til at klare sig bedre i denne rolle.

Rangeringen ovenfor holder i et rent modelsystem. Det ændrer sig, når du først har lagt skumdæmpningen i en rigtig maling eller blæk, fordi bindemidler, pigmenter og rheologimodificerende midler alle konkurrerer om de samme grænseflader, som skumdæmpningen skal optage. Derfor fortæller modeltesten dig, hvilken kemi du skal vælge, og ansøgningstesten fortæller dig, hvilken karakter du skal beholde.

Skumtestning: Fra bægeret til produktionstanken

Skumkontrol er en af de få egenskaber i et belægningslaboratorium, der næsten altid bliver undervurderet i bænkskala. Et 200 mL bægerglas ved 800 rpm genererer langt mindre luftindtag end en 2.000 L tank med en disperger med høj forskydning, der kører med samme spidshastighed. Planlæg teststigen i overensstemmelse hermed.

Trin 1: Kompatibilitetsscreening

Tilføj kandidaten med 0,1 %, 0,3 % og 1,0 % til nedsættelsesfasen. Støb film på glas og på det tilsigtede underlag. Undersøg for kratere, fiskeøjne, uklarhed og eventuelt tab af glans eller vedhæftning efter 24 timer.

Trin 2: Ryste og omrør tests

En gradueret cylinderrystetest giver en hurtig rangering af knockdown-hastigheden. En højhastigheds-omrøringstest ved 2.000 til 3.000 rpm i 5 minutter giver en rangordning af undertrykkelse, fordi den bliver ved med at generere ny grænseflade i hele testens varighed.

Trin 3: Applikationssimulering

Udtrækninger, rullepåføring og udsprøjtning afslører defekter, som en bægertest aldrig viser. Især sprøjtepåføring skaber en tynd film, hvor en ustabil antiskumdråbe producerer et nålehul hver gang.

Trin 4: Produktionsforsøg med en holdprøve

Tag en prøve fra tanken umiddelbart efter nedsænkning og igen efter 24 timers opbevaring. Skumhøjde og filmkvalitet skal måles på begge. Et produkt, der fungerer på dag nul, men mister spredning på dag ét, vil fejle i kundens linje, ikke i din.

Opbevar forsøgspartiet under samme opbevaringsforhold som produktionen. Antiskumemulsioner er fysiske dispersioner, og frysning, langvarig opbevaring over 40 grader C eller gentagne pumpecyklusser kan alle destabilisere dem.

Almindelige antiskummidler til specifikke anvendelser

Vandbårne industrielle belægninger

Disse systemer bærer den tungeste overfladeaktive belastning af enhver belægningskategori, fordi befugtningsmidler, dispergeringsmidler, substrater og associative fortykningsmidler alle bidrager til skum. En to-komponent tilgang fungerer ofte bedst: en fyldt silikone til knockdown under produktion, plus en lille mængde af en silikonefri polymer til undertrykkelse under påføring.

DH-2277S Vandbaseret skumdæmper Ikke-silicone, langkædet alifatisk carbonhydrid vegetabilsk olie-emulsionstype skumdæmper; Se produkt →

Trykfarver

Vandbaseret blæk skum under pumpning, under lægetrinet og inde i blækpanden. Silikoneforurening forårsager trykfejl, der er svære at spore, så de fleste blækhuse standardiserer på silikonefri kemi. Dosiskontrol betyder mere end i belægninger, fordi det samme produkt, der dræber skum, også kan påvirke overfladespændingen og derfor prikforøgelse, pletter og vedhæftning til underlaget.

Klæbemidler og tætningsmidler

Skum i et klæbemiddel er ikke kun et forarbejdningsproblem. Medført luft reducerer det effektive kontaktareal ved bindingslinjen, hvilket viser sig som reduceret afrivningsstyrke og som hulrum i det hærdede klæbemiddel. Mineralolie og EO/PO-copolymertyper er de sædvanlige valg her, fordi de forårsager mindst interferens med klæbrighed og med de endelige mekaniske egenskaber.

Opløsningsmiddelbårne systemer

Skum er mindre persistent i opløsningsmiddelbårne belægninger, fordi organiske opløsningsmidler har lavere overfladespænding og dræner hurtigere. Når skum forekommer, er det normalt forårsaget af høj pigmentbelastning og af dispergeringsmiddelsystemet. En lav dosis af en opløsningsmiddelfri fyldt silikone, typisk 0,05 % til 0,2 %, er normalt tilstrækkelig.

UV- og højfaststofsystemer

Disse formuleringer har ingen vand eller opløsningsmidler til at dræne væk, så skum, der dannes, forbliver. Silikonefri akryl- og polyethertyper foretrækkes, fordi silikoner kan forstyrre UV-hærdning på overfladen. Et almindeligt symptom er en let klæbrig eller uklar film efter fuld hærdning, som er let at fejldiagnosticere som et fotoinitiatorproblem.

Hvis skumproblemet kan spores tilbage til pigmentbefugtning snarere end til bindemidlet, kan fixeringen i stedet høre hjemme i dispersionstrinnet. Vores guide på hvordan man vælger den rigtige dispergeringsmiddelkvalitet til belægninger dækker udvælgelseslogikken for den del af formuleringen.

Silikonekemi interagerer også direkte med overfladekontrol. Hvis du kører et silikoneholdigt system og ser flow- eller glideproblemer sideløbende med skumproblemer, kan den ledsagende artikel om akrylatudjævningsmidler i industrielle belægninger forklarer, hvordan de to additivpakker skal afbalanceres.

Fejlfinding af skumrelaterede defekter

Når der opstår en filmdefekt, er antiskummet ofte den første mistænkte og nogle gange den forkerte. Denne tabel kortlægger det synlige symptom til den sandsynlige årsag og til den korrigerende handling.

Notater om indkøb, opbevaring og håndtering

Antiskummidler er normalt en lille vare i en formulering, hvilket gør det nemt at overse de praktiske detaljer, der afgør, om de virker i produktionen.

• Tilføjelsespunkt. Silikone skumdæmpende midler fungerer bedst, når de tilsættes til nedsænkningsstadiet efter pigmentdispergering, hvor forskydningen er moderat. Tilsætning af dem under slibningen kan ødelægge emulsionen og begrave de aktive inde i pigmentagglomerater.
• Fortynding. Mange emulsionsprodukter kan forfortyndes med vand for at forbedre distributionen, men fortynding forkorter holdbarheden betydeligt. Fortynd kun det, du vil bruge inden for et skift.
• Opbevaring. Hold beholdere mellem 5 og 35 grader C. Frysning ødelægger de fleste emulsioner permanent, og ingen mængde af omrøring vil bringe dem tilbage.
• Blanding. Giv tromlen en langsom rulle før brug. Udfældning af det hydrofobe fyldstof er normalt og er ikke en kvalitetsfejl.
• Dokumentation. Anmod om det tekniske datablad, sikkerhedsdatabladet og et batchspecifikt analysecertifikat. For eksportmarkeder skal du bede om den lovgivningsmæssige erklæring, der dækker destinationslandet før forsøget, ikke efter den første ordre.

En købsvane, der sparer en masse tid: kvalificere to produkter fra forskellige kemifamilier på samme tid. Hvis en reguleringsændring eller råvaremangel fjerner den ene, er den anden allerede godkendt, og du genstarter ikke arbejdet fra bunden.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er den typiske dosis for et antiskum?

De fleste silikone antiskummidler bruges mellem 0,05% og 0,3% af den samlede formulering. Mineralolie og silikonefri polymertyper løber normalt fra 0,2% til 1,0%. Start i den lave ende af området, kør en stige, og bekræft, at den øverste ende af stigen ikke introducerer overfladefejl.

Kan jeg tilføje antiskum ved slutningen af ​​produktionen i stedet for under nedskæringen?

Eftertilsætning er mulig og er nogle gange den eneste praktiske mulighed for en tank, der allerede har skummet. Det fungerer bedre med emulsionsprodukter og med moderat omrøring. Afvejningen er distribution: et produkt, der tilføjes sent, har mindre tid og mindre forskydning til at sprede sig, så det kan kontrollere skum i tanken, men stadig svigte under påføring.

Hvorfor bliver skum værre, efter jeg har tilføjet antiskum?

Der er to almindelige årsager. Den første er overdosering: Over en vis koncentration opfører nogle overfladeaktive stoffer sig som skumstabilisatorer snarere end skumbrydende. Den anden er dårlig emulgering, hvor et dårligt dispergeret antiskum danner store dråber, der genererer defekter og samtidig ikke når frem til skumoverfladen. Begge løses ved at reducere dosis og forbedre blandingen.

Hvordan vælger jeg mellem en silikone og en silikonefri antiskum?

Vælg silikone, når du har brug for den hurtigste knockdown og den laveste dosis, og når systemet tåler silikone. Vælg silikonefri, når filmen er klar eller højglans, når belægningen skal acceptere en anden belægning, når et efterfølgende procestrin er følsomt over for siloxaner, eller når slutpåføringen forbyder silikone af overensstemmelsesmæssige årsager.

Vil antiskum påvirke vedhæftningen eller overmalingsevnen?

Det kan den, og silikoneholdige produkter er de sædvanlige syndere. Fri silikoneolie migrerer til overfladen under filmdannelse og reducerer overfladeenergien, hvilket er præcis det, der gør, at det næste lag ikke bliver vådt. Hvis et system skal overmales, skal du enten reducere silikonedosis eller teste et silikonefrit alternativ på samme effektivitetsniveau.

Hvor længe kan jeg opbevare et antiskum?

Typisk holdbarhed er 12 måneder fra fremstillingsdatoen i en uåbnet beholder, opbevaret mellem 5 og 35 grader C. Emulsioner kan vise let bundfældning, hvilket er normalt. Adskillelse i to klare lag eller en stærk lugt indikerer, at produktet ikke bør bruges uden en ny forenelighedstest.

Kan jeg blande to forskellige antiskummidler?

Ja, og blanding er ofte det bedste svar, når et enkelt produkt ikke kan levere både knockdown og undertrykkelse. Blend en fyldt silikone for hurtig knockdown med en silikonefri polymer for langvarig undertrykkelse i et forhold, der bestemmes af din egen stigeundersøgelse. Bland ikke to emulsioner med modsat ionisk ladning uden en fortest - blandingen kan gå i stykker i tromlen.

Hvordan ved jeg, om skumdæmpningen er kompatibel før en fuld prøveperiode?

Kør en trepunktsskærm: tilsæt produktet med halvdelen af ​​den tilsigtede dosis, i den tilsigtede dosis, og med den dobbelte dosis i separate prøver, støb derefter film på glas. Inspicer under rivende lys efter fuld hærdning. Hvis dobbeltdosisprøven er ren, har produktet tilstrækkelig kompatibilitetshøjde til normal produktionsvariation.