Wat zijn gebruikelijke antischuimmiddelen? Typen, selectieregels en defectoplossingen

Een coilcoatinglijn is afgelopen voorjaar overgestapt op een nieuwe watergedragen acrylprimer. Binnen twee ploegendiensten droegen de applicatorrollen een zichtbare schuimdeken, vertoonde de uitgeharde film gaatjes en werd de batch afgewezen. De samensteller had 0,10% van een standaard dimethylsilicone-antischuim gedoseerd, hetzelfde product dat feilloos had gewerkt in het oude systeem op oplosmiddelbasis. Er was op zichzelf niets mis met het schuimcontrolepakket. Het kwam eenvoudigweg niet overeen met de hoeveelheid oppervlakteactieve stoffen, de pH en het afschuifprofiel van de nieuwe formulering.

Als je vraagt ​​wat de gebruikelijke antischuimmiddelen eigenlijk zijn, dan is hier eerst het korte antwoord, met de details erachter verderop.

Bijna elk antischuimmiddel op de markt behoort tot een van de vier chemiefamilies:

• Minerale olie- en wasdispersies
• Siliconen antischuimmiddelen, inclusief dimethylsiliconen en organomodificeerde varianten
• Siliconenvrije polymeer-antischuimmiddelen, doorgaans EO/PO-blokcopolymeren, acrylpolymeren en polyetheresters
• Speciale en gemengde producten gebouwd voor één enkel systeem, zoals UV-, hoge pH- of voedselcontactformuleringen

Kiezen tussen deze twee is geen kwestie van kiezen voor de sterkste schuimmoordenaar. Het juiste antischuimmiddel moet incompatibel genoeg zijn om de schuimlamellen te breken en compatibel genoeg om de film defectvrij te laten. Alles hieronder gaat over het vinden van dat smalle venster.

Hoe een schuimfilm breekt en wat dat betekent voor de keuze voor antischuim

Een schuim bestaat niet alleen uit belletjes. Het is een netwerk van dunne vloeistoffilms die worden gestabiliseerd door oppervlakteactieve moleculen die zijn gerangschikt op het lucht-vloeistofgrensvlak. Drie krachten houden deze films levend:

1. Oppervlakte-elasticiteit. Wanneer een film uitrekt, migreert oppervlakteactieve stof naar het nieuw gecreëerde oppervlak en herstelt de lokale oppervlaktespanning. Dit is het Marangoni-effect en het is de sterkste stabilisator in de meeste coating-, inkt- en lijmsystemen.
2. Oppervlakteviscositeit. In water oplosbare polymeren, verdikkingsmiddelen en associatieve reologiemodificatoren verhogen de viscositeit van het filmoppervlak en vertragen de drainage.
3. Elektrostatische en sterische afstoting tussen de twee grensvlakken van de film, vooral bij hoge pH of in aanwezigheid van fijne pigmentdeeltjes.

Een antischuimmiddel werkt alleen als het één of meer van deze mechanismen verstoort. In de praktijk doet een werkend antischuim vier dingen achter elkaar: het dringt de schuimfilm binnen, het verspreidt zich langs het grensvlak, het destabiliseert de oppervlakteactieve laag plaatselijk en het zuigt de film leeg totdat deze scheurt.

Om indringing en verspreiding te bewerkstelligen moet de oppervlaktespanning van het antischuim lager zijn dan die van de schuimende vloeistof. Daarom bevat bijna elk antischuimconcentraat een component met een lage oppervlakte-energie: siliconenolie, gemodificeerd siloxaan of een hydrofoob wasdeeltje. De dragerolie, de emulgator en het hydrofobe vulmiddel bepalen samen of het product zich verspreidt of gewoonweg zinkt.

De tweede voorwaarde is moeilijker om over te praten en in de praktijk belangrijker: het antischuim moet onoplosbaar zijn in het medium. Als het oplost, is het geen antischuim meer en wordt het een andere oppervlakteactieve stof. Maar onoplosbaarheid heeft een prijs. Een antischuimmiddel dat te onverenigbaar is, verspreidt zich niet fijn genoeg, en dezelfde druppels die het schuim aan het oppervlak laten barsten, veroorzaken ook kraters, visogen en gaatjes in de droge film. Elke praktische selectiebeslissing berust op die wip.

Minerale olie- en wasantischuimmiddelen

Antischuimmiddelen op minerale olie zijn de oudste familie en qua volume nog steeds het meest gebruikt. Een typisch product is een dispersie van hydrofobe deeltjes – pyrogeen silica, vetzuuramiden of gemodificeerde wassen – in een paraffine- of naftenische oliedrager, gestabiliseerd met een of twee niet-ionische emulgatoren. In watergedragen systemen komen ze aan als een olie-in-water-emulsie of als een 100% actieve olie die de samensteller ter plaatse emulgeert.

Waar minerale oliesoorten goed presteren

• Alkalische watergedragen systemen: architectonische verven, papiercoatings en textielformuleringen waarbij de pH boven de 8 ligt.
• Emulsiepolymerisatie en latexhantering, waarbij schuim continu wordt gegenereerd in plaats van in uitbarstingen.
• Processen waarbij verontreiniging met siliconen een streng verbod is, zoals bepaalde lijnen voor autoreparatielakken en elektronicacoatings.
• Kostengevoelige formuleringen waarbij een breedspectrum antischuimmiddel van 0,2% tot 0,5% voldoende is.

Waar ze tekortschieten

Antischuimmiddelen op minerale olie zijn zwak in hoogglanzende en heldere systemen. De oliedruppeltjes hebben een iets andere brekingsindex dan het bindmiddel, en bij hogere doses verschijnen ze als waas of als een meetbaar glansverlies. Ze hebben ook de neiging hun efficiëntie te verliezen bij hoge afschuiving, omdat mechanische actie de oliedruppeltjes opnieuw emulgeert en ze het vermogen verliezen om zich over het schuimoppervlak te verspreiden.

Opslagstabiliteit is een andere overweging. Bij verhoogde temperatuur kan de olie zich afscheiden en naar het oppervlak drijven, waardoor een zichtbare film op de verf of op de gedrukte inkt ontstaat. Als uw proces onder hoge druk verloopt en snel moet worden afgebroken in plaats van langdurige onderdrukking, is een zuiver mineraalolieproduct meestal de verkeerde eerste proef.

Organosiliconen antischuimmiddelen

Siliconen antischuimmiddelen domineren de coatings- en inktindustrie om één reden: ze combineren de laagste beschikbare oppervlaktespanning met uitstekende thermische stabiliteit. Een polydimethylsiloxaanskelet heeft een oppervlaktespanning van ongeveer 20 tot 21 mN/m, ruim onder water bij ongeveer 72 mN/m en lager dan de meeste organische bindmiddelen en oplosmiddelen. Die lage oppervlakte-energie is precies wat de verspreiding zo efficiënt en de knock-down zo snel maakt.

Met hydrofobe deeltjes gevulde siliconen

Het werkpaardtype bestaat uit een dimethylsiliconendrager geladen met hydrofoob pyrogeen silica. De silicadeeltjes geven de druppel een ruw, hydrofoob oppervlak dat de schuimlamel mechanisch doorboort – een overbruggingsmechanisme dat veel effectiever is dan alleen verspreiding. Deze producten worden normaal gesproken geleverd als een 100% actieve vloeistof of als een emulsie van 10% tot 30%, en ze worden gedoseerd tussen 0,05% en 0,3% van de totale formulering.

Het grootste risico is een oppervlaktedefect. Vrije siliconenolie die niet volledig dispergeert, kan zich ver van het punt van toevoeging verspreiden en kraters, sinaasappelschillen en problemen met de overschilderbaarheid veroorzaken. In een toplaag, of in elk systeem dat een tweede laag moet accepteren, moet een ongevulde dimethylsilicone met voorzichtigheid worden behandeld.

Polyether-gemodificeerde siloxanen

Het enten van polyetherketens op de siloxaanskelet verandert het gedrag aanzienlijk. De polyethergroepen verhogen de compatibiliteit met organische bindmiddelen en met water, wat de dispersiekwaliteit verbetert en de neiging tot oppervlaktedefecten vermindert – maar het vermindert ook de efficiëntie van het ruwe antischuim. Polyether-gemodificeerde siloxanen zijn daarom het type keuze wanneer het systeem gevoelig is, wanneer het risico op defecten hoog is en wanneer een matige schuimbeheersing acceptabel is.

Deze producten gedragen zich ook anders bij temperatuur. Met polyether gemodificeerde siloxanen hebben een troebelingspunt; daarboven worden ze onoplosbaar en plotseling veel effectiever als antischuimmiddel, maar ze kunnen ook uit de oplossing vallen en waas in een blanke lak veroorzaken. Als uw toepassingstemperatuur over de hele lijn meer dan 15 graden C varieert, test dan aan beide uiteinden van het bereik.

Voor systemen op waterbasis is een op emulsie gebaseerd siliconenantischuim vaak het meest praktische uitgangspunt, omdat het door eenvoudig roeren dispergeert en geen voormengsel met hoge afschuiving vereist.

Siliconenvrije polymeer antischuimmiddelen

Er bestaan siliconenvrije antischuimmiddelen omdat een groot deel van de markt siliconen helemaal niet kan verdragen. OEM- en schadeherstellijnen voor de auto-industrie, sommige elektronica- en displaycoatings, overprintvernissen die overschilderbaar moeten blijven, en een aantal industriële lijmen verbieden expliciet siloxaanverontreiniging. Deze familie vermijdt ook volledig het door oppervlaktespanning aangedreven defectmechanisme.

De chemie is gevarieerder dan de meeste mensen verwachten. Veelvoorkomende bouwstenen zijn onder meer:

• EO/PO-blokcopolymeren, die afhankelijk van de verhouding en de eindafdekking fungeren als bevochtigingsmiddelen of ontschuimers
• Acrylpolymeren met gecontroleerde polariteit, vaak gebruikt in watergedragen inkten en in UV-systemen
• Polyetheresters, vetalcoholalkoxylaten en gemodificeerde natuurlijke oliën
• Hydrofoob silica gedispergeerd in een organische drager zonder siliconen

De knockdownsnelheid is over het algemeen langzamer dan bij een gevuld siliconenproduct. Wat siliconenvrije soorten goed doen, is langdurige onderdrukking en filmkwaliteit. Omdat ze zo zijn geformuleerd dat ze dichter bij de compatibiliteitslimiet zitten, verspreiden ze zich fijner, blijven ze langer hangen en laten ze bij de aanbevolen dosis vrijwel geen oppervlaktesignatuur achter.

De dosering is normaal gesproken hoger dan voor siliconen; 0,2% tot 1,0% van de totale formulering is gebruikelijk, en sommige inktsystemen lopen op tot 1,5%. Bevestig de bovengrens altijd met een drawdown, want boven een bepaalde concentratie gaan deze producten als bevochtigingsmiddelen werken en kunnen schuim stabiliseren in plaats van breken. Dat omkeerpunt is reëel, en het is een van de meest voorkomende formuleringsfouten die we op de bank tegenkomen.

Kiezen op systeem: een vergelijkingstabel

De onderstaande tabel geeft een overzicht van de chemietypen die gewoonlijk het beste werken in elk systeem, samen met typische dosisbereiken en de defecten waar u op moet letten. Beschouw de dosisbereiken als uitgangspunten voor een ladderonderzoek, niet als vaste aanbevelingen.

De technische parameters die feitelijk de uitkomst bepalen

Twee antischuimmiddelen kunnen dezelfde chemische familie op het etiket hebben en zich totaal verschillend gedragen in uw formulering. Dit zijn de parameters die het waard zijn om bij een leverancier op te vragen voordat u zich aan een proef wijdt.

Nog een parameter verdient een eigen vermelding: compatibiliteit. Een eenvoudige compatibiliteitstest is om het antischuim in tweemaal de beoogde dosis aan een klein monster toe te voegen, het op glas te trekken en na volledige uitharding onder harklicht te inspecteren. Als u bij dubbele dosis waas, vlekjes of kraters ziet, ziet u deze bij normale dosis in een ander substraat of een andere filmdikte.

Ontschuimen en schuimonderdrukking zijn twee verschillende taken

Formuleerders gebruiken de woorden vaak door elkaar, maar de tests meten verschillende dingen en de productprofielen verschillen.

Ontschuimen, ook wel knockdown genoemd, gaat over het vernietigen van reeds bestaand schuim. Het wordt gedomineerd door de verspreidingscoëfficiënt en door hoe snel de antischuimdruppel het schuimoppervlak bereikt. Siliconenproducten met hydrofoob vulmiddel presteren hier het sterkst.

Onderdrukking, of antischuimen in strikte zin, gaat in de eerste plaats over het voorkomen van schuimvorming. Het hangt af van hoe lang de actieve stof in de bulk verspreid blijft en hoe goed deze naar nieuwe interfaces migreert. Siliconenvrije polymeren en fijn gedispergeerde emulsies doen het doorgaans beter in deze rol.

De bovenstaande rangschikking geldt in een schoon modelsysteem. Het verandert zodra je het antischuim in een echte verf of inkt aanbrengt, omdat bindmiddelen, pigmenten en reologiemodificatoren allemaal strijden om dezelfde grensvlakken die het antischuim moet innemen. Daarom vertelt de modeltest u welke chemie u op de shortlist moet zetten, en de toepassingstest welk cijfer u moet behouden.

Schuimtesten: van de beker tot de productietank

Schuimbeheersing is een van de weinige eigenschappen in een coatinglaboratorium die op bankschaal bijna altijd wordt onderschat. Een bekerglas van 200 ml bij 800 tpm genereert veel minder luchtmeevoering dan een tank van 2000 liter met een dispergeerinrichting met hoge afschuiving die met dezelfde tipsnelheid draait. Plan de testladder dienovereenkomstig.

Stap 1: Compatibiliteitscontrole

Voeg de kandidaat met 0,1%, 0,3% en 1,0% toe aan de teleurstellingsfase. Giet films op glas en op het beoogde substraat. Inspecteer na 24 uur op kraters, visogen, waas en verlies van glans of hechting.

Stap 2: Schud- en roertesten

Een gegradueerde cilinderschudtest geeft een snelle beoordeling van de knockdown-snelheid. Een roertest op hoge snelheid bij 2.000 tot 3.000 rpm gedurende 5 minuten geeft een beoordeling van de onderdrukking, omdat er tijdens de duur van de test steeds nieuwe interfaces worden gegenereerd.

Stap 3: Applicatiesimulatie

Drawdowns, aanbrengen van rollen en spuiten brengen gebreken aan het licht die een bekerproef nooit aan het licht brengt. Met name door middel van spuiten ontstaat er een dunne film waarin een onstabiele antischuimdruppel telkens een gaatje veroorzaakt.

Stap 4: Productieproef met een houdmonster

Neem onmiddellijk na het toedienen een monster uit de tank en nogmaals na 24 uur opslag. Schuimhoogte en filmkwaliteit moeten op beide worden gemeten. Een product dat op dag nul werkt maar op dag één zijn verspreiding verliest, zal falen in de lijn van de klant, niet in die van jou.

Bewaar de proefbatch onder dezelfde bewaaromstandigheden als de productie. Antischuimemulsies zijn fysieke dispersies, en bevriezing, langdurige opslag boven 40 graden Celsius of herhaalde pompcycli kunnen deze allemaal destabiliseren.

Gebruikelijke antischuimmiddelen in specifieke toepassingen

Watergedragen industriële coatings

Deze systemen dragen de zwaarste belasting van oppervlakteactieve stoffen van alle coatingcategorieën, omdat bevochtigingsmiddelen, dispergeermiddelen, substraten en associatieve verdikkingsmiddelen allemaal bijdragen aan het schuim. Een tweecomponentenaanpak werkt vaak het beste: een gevulde siliconen voor knockdown tijdens de productie, plus een kleine hoeveelheid van een siliconenvrij polymeer voor onderdrukking tijdens het aanbrengen.

DH-2277S Ontschuimer op waterbasis Niet-siliconen ontschuimer van het type alifatische koolwaterstof met plantaardige olie-emulsie met lange keten; Bekijk Product →

Drukinkten

Inkten op waterbasis schuimen tijdens het pompen, tijdens de doctoreerstap en in de inktpan. Vervuiling door siliconen veroorzaakt drukfouten die moeilijk te traceren zijn, dus standaardiseren de meeste inktfabrikanten op siliconenvrije chemie. Dosisbeheersing is belangrijker dan bij coatings, omdat hetzelfde product dat schuim doodt ook de oppervlaktespanning en dus de puntversterking, vlekvorming en hechting aan het substraat kan beïnvloeden.

Lijmen en afdichtingsmiddelen

Schuim in een lijm is niet alleen een verwerkingsprobleem. Meegevoerde lucht verkleint het effectieve contactoppervlak op de lijmlijn, wat tot uiting komt in een verminderde afpelsterkte en als holtes in de uitgeharde lijm. Minerale olie- en EO/PO-copolymeertypen zijn hier de gebruikelijke keuzes, omdat ze de minste interferentie met de hechting en met de uiteindelijke mechanische eigenschappen veroorzaken.

Oplosmiddelgedragen systemen

Schuim is minder persistent in coatings op oplosmiddelbasis omdat organische oplosmiddelen een lagere oppervlaktespanning hebben en sneller uitlekken. Als er schuim ontstaat, wordt dit meestal veroorzaakt door een hoge pigmentbelasting en door het dispergeersysteem. Een lage dosis oplosmiddelvrij gevulde siliconen, doorgaans 0,05% tot 0,2%, is doorgaans voldoende.

UV- en high-solid-systemen

Deze formuleringen hebben geen water of oplosmiddel dat kan wegvloeien, dus het gevormde schuim blijft achter. Siliconenvrije acryl- en polyethersoorten hebben de voorkeur omdat siliconen de UV-uitharding aan het oppervlak kunnen verstoren. Een veel voorkomend symptoom is een enigszins kleverige of wazige film na volledige uitharding, die gemakkelijk verkeerd kan worden gediagnosticeerd als een foto-initiatorprobleem.

Als het schuimprobleem terug te voeren is op de bevochtiging van het pigment en niet op het bindmiddel, kan de oplossing thuishoren in de dispersiestap. Onze gids op hoe u de juiste dispergeermiddelkwaliteit voor coatings selecteert behandelt de selectielogica voor dat deel van de formulering.

De siliconenchemie heeft ook een directe wisselwerking met de oppervlaktecontrole. Als u een siliconenhoudend systeem gebruikt en naast schuimproblemen ook stromings- of slipproblemen ziet, kunt u het bijbehorende artikel raadplegen acrylaat egaliseermiddelen in industriële coatings legt uit hoe de twee additievenpakketten in evenwicht moeten worden gebracht.

Problemen met schuim oplossen

Wanneer er een filmdefect optreedt, is het antischuim vaak de eerste verdachte en soms de verkeerde. Deze tabel brengt het zichtbare symptoom in kaart met de waarschijnlijke oorzaak en de corrigerende actie.

Aantekeningen over aanschaf, opslag en verwerking

Antischuimmiddelen zijn meestal een klein onderdeel van een formulering, waardoor het gemakkelijk is om de praktische details over het hoofd te zien die bepalen of ze in de productie werken.

• Toevoeging punt. Siliconen antischuimmiddelen werken het beste wanneer ze worden toegevoegd aan de toeschietreflexfase, na pigmentdispersie, waar de afschuiving matig is. Als u ze tijdens het malen toevoegt, kan de emulsie worden vernietigd en de actieve stof in de pigmentagglomeraten worden begraven.
• Verdunning. Veel emulsieproducten kunnen voorverdund worden met water om de verdeling te verbeteren, maar verdunning verkort de houdbaarheid aanzienlijk. Verdun alleen wat u binnen een dienst gaat gebruiken.
• Opslag. Bewaar de containers tussen de 5 en 35 graden Celsius. Invriezen breekt de meeste emulsies permanent, en geen enkele hoeveelheid roeren zal ze terugbrengen.
• Mengen. Laat de trommel voor gebruik langzaam rollen. Het bezinken van het hydrofobe vulmiddel is normaal en is geen kwaliteitsfout.
• Documentatie. Vraag het technische gegevensblad, het veiligheidsinformatieblad en een partijspecifiek analysecertificaat aan. Vraag voor exportmarkten vóór de proef om de wettelijke verklaring die betrekking heeft op het land van bestemming, en niet na de eerste bestelling.

Eén koopgewoonte die veel tijd bespaart: kwalificeer tegelijkertijd twee producten uit verschillende chemiefamilies. Als een wijziging in de regelgeving of een tekort aan grondstoffen een van de problemen wegneemt, is de tweede al goedgekeurd en begint u het werk niet helemaal opnieuw.

Veelgestelde vragen

Wat is de typische dosering voor een antischuimmiddel?

De meeste siliconen antischuimmiddelen worden gebruikt tussen 0,05% en 0,3% van de totale formulering. Minerale olie- en siliconenvrije polymeersoorten variëren doorgaans van 0,2% tot 1,0%. Begin aan de onderkant van het bereik, laat een ladder lopen en controleer of het bovenste uiteinde van de ladder geen oppervlaktedefecten veroorzaakt.

Kan ik antischuim toevoegen aan het einde van de productie in plaats van tijdens de afbouw?

Natoevoeging is mogelijk en is soms de enige praktische optie bij een tank die al is opgeschuimd. Het werkt beter met emulsieproducten en met matig roeren. De wisselwerking is distributie: een laat toegevoegd product heeft minder tijd en minder schuifkracht om zich te verspreiden, dus het kan schuim in de tank onder controle houden, maar faalt nog steeds tijdens het aanbrengen.

Waarom wordt schuim erger nadat ik antischuim heb toegevoegd?

Er zijn twee veelvoorkomende redenen. De eerste is overdosering: boven een bepaalde concentratie gedragen sommige oppervlakteactieve stoffen zich als schuimstabilisatoren in plaats van schuimbrekers. De tweede is slechte emulgering, waarbij een slecht gedispergeerd antischuim grote druppels vormt die defecten veroorzaken en tegelijkertijd het schuimoppervlak niet bereiken. Beide worden opgelost door de dosis te verlagen en de menging te verbeteren.

Hoe kies ik tussen een siliconen- en een siliconenvrij antischuim?

Kies siliconen wanneer u de snelste knockdown en de laagste dosis nodig heeft, en wanneer het systeem siliconen verdraagt. Kies voor siliconenvrij als de folie helder of hoogglanzend is, als de coating een tweede laag moet ondergaan, als een volgende processtap gevoelig is voor siloxanen of als de eindtoepassing siliconen verbiedt vanwege compliance-redenen.

Heeft antischuim invloed op de hechting of overschilderbaarheid?

Dat kan, en siliconenhoudende producten zijn de gebruikelijke boosdoeners. Vrije siliconenolie migreert tijdens de filmvorming naar het oppervlak en vermindert de oppervlakte-energie, wat precies de reden is dat de volgende laag niet nat wordt. Als een systeem overschilderbaar is, verlaag dan de dosis siliconen of test een siliconenvrij alternatief met hetzelfde efficiëntieniveau.

Hoe lang kan ik een antischuimmiddel bewaren?

Typische houdbaarheid is 12 maanden vanaf de productiedatum in een ongeopende verpakking, bewaard tussen 5 en 35 graden C. Emulsies kunnen een lichte bezinking vertonen, wat normaal is. Scheiding in twee heldere lagen, of een sterke geur, geeft aan dat het product niet mag worden gebruikt zonder een nieuwe compatibiliteitstest.

Kan ik twee verschillende antischuimmiddelen mengen?

Ja, en blenden is vaak het beste antwoord als een enkel product niet zowel knockdown als onderdrukking kan bieden. Meng een gevulde siliconen voor snelle knock-down met een siliconenvrij polymeer voor langdurige onderdrukking in een verhouding die wordt bepaald door uw eigen ladderstudie. Meng geen twee emulsies met tegengestelde ionische lading zonder een voorafgaande test; het mengsel kan in de trommel breken.

Hoe weet ik vóór een volledige proefperiode of het antischuim compatibel is?

Voer een driepuntsscreening uit: voeg het product toe aan de helft van de beoogde dosis, aan de beoogde dosis en aan tweemaal de beoogde dosis in afzonderlijke monsters, en giet vervolgens films op glas. Na volledige uitharding onder harklicht inspecteren. Als het monster met dubbele dosis schoon is, heeft het product voldoende compatibiliteitsruimte voor normale productievariaties.