Vad är vanliga antiskummedel? Typer, urvalsregler och defektkorrigeringar

En coil coating linje bytte till en ny vattenburen akryl primer i våras. Inom två skift bar applikatorrullarna en synlig skumfilt, den härdade filmen visade hål och satsen kasserades. Formuleraren hade doserat 0,10 % av en standard dimetylsilikon antiskum, samma produkt som hade fungerat felfritt i det gamla lösningsmedelsburna systemet. Inget med skumkontrollpaketet var fel i sig. Det matchade helt enkelt inte belastningen av ytaktiva ämnen, pH och skjuvningsprofilen för den nya formuleringen.

Om du frågar vad de vanliga skumdämpande medlen faktiskt är, här är det korta svaret först, med detaljerna bakom det längre ner.

Nästan alla antiskum på marknaden tillhör en av fyra kemifamiljer:

• Mineralolja och vaxdispersioner
• Silikonantiskum, inklusive dimetylsilikon och organomodifierade varianter
• Silikonfria polymera skumdämpare, typiskt EO/PO-segmentsampolymerer, akrylpolymerer och polyeterestrar
• Specialprodukter och blandade produkter byggda för ett enda system, såsom UV-, hög-pH- eller livsmedelssammansättningar

Att välja mellan dem är inte en fråga om att välja den starkaste skumdödaren. Rätt skumdämpare måste vara tillräckligt inkompatibelt för att bryta skumlameller och tillräckligt kompatibelt för att lämna filmen defektfri. Allt nedan handlar om att hitta det där smala fönstret.

Hur en skumfilm går sönder och vad det betyder för valet av antiskum

Ett skum är inte bara bubblor. Det är ett nätverk av tunna vätskefilmer stabiliserade av ytaktiva molekyler anordnade vid gränsytan mellan luft och vätska. Tre krafter håller dessa filmer vid liv:

1. Ytans elasticitet. När en film sträcker sig migrerar ytaktivt ämne till den nyskapade ytan och återställer den lokala ytspänningen. Detta är Marangoni-effekten och det är den starkaste stabilisatorn i de flesta beläggnings-, bläck- och limsystem.
2. Ytviskositet. Vattenlösliga polymerer, förtjockningsmedel och associativa reologimodifierare höjer filmytans viskositet och saktar ner dräneringen.
3. Elektrostatisk och sterisk repulsion mellan filmens två gränssnitt, speciellt vid högt pH eller i närvaro av fina pigmentpartiklar.

Ett antiskum fungerar bara om det stör en eller flera av dessa mekanismer. I praktiken gör ett fungerande antiskum fyra saker i följd: det kommer in i skumfilmen, det sprider sig längs gränsytan, det destabiliserar det ytaktiva skiktet lokalt och det dränerar filmen tills det spricker.

För att inträngning och spridning ska ske måste skumdämparens ytspänning vara lägre än den skummande vätskan. Det är därför nästan varje antiskumkoncentrat innehåller en komponent med låg ytenergi: silikonolja, modifierad siloxan eller en hydrofob vaxpartikel. Bäraroljan, emulgermedlet och det hydrofoba fyllmedlet avgör tillsammans om produkten sprider sig eller helt enkelt sjunker.

Det andra tillståndet är svårare att prata om och viktigare i praktiken: antiskummet måste vara olösligt i mediet. Om det löses upp slutar det att vara ett antiskum och blir ett annat ytaktivt ämne. Men olöslighet har en kostnad. Ett antiskum som är för inkompatibelt kommer inte att spridas tillräckligt fint, och samma droppar som spränger skum vid ytan skapar också kratrar, fisheyes och pinholes i den torra filmen. Varje praktiskt urvalsbeslut sitter på gungbrädan.

Antiskum för mineralolja och vax

Mineraloljeantiskum är den äldsta familjen och i volym fortfarande den mest använda. En typisk produkt är en dispersion av hydrofoba partiklar - pyrogen kiseldioxid, fettsyraamider eller modifierade växer - i en paraffinisk eller naftenisk oljebärare, stabiliserad med en eller två nonjoniska emulgeringsmedel. I vattenburna system kommer de antingen som en olja-i-vatten-emulsion eller som en 100 % aktiv olja som formuleraren emulgerar på plats.

Där mineraloljetyper fungerar bra

• Alkaliska vattenburna system: arkitektoniska färger, pappersbeläggningar och textilformuleringar där pH ligger över 8.
• Emulsionspolymerisation och latexhantering, där skum genereras kontinuerligt snarare än i skurar.
• Processer där silikonkontamination är ett hårt förbud, såsom vissa billackeringslinjer och elektronikbeläggningar.
• Kostnadskänsliga formuleringar där ett brett spektrum antiskum på 0,2 % till 0,5 % räcker.

Där de kommer till korta

Mineraloljeantiskum är svaga i högblanka och klara system. Oljedropparna sitter på något annat brytningsindex än bindemedlet och vid högre doser visar de sig som dis eller som en mätbar glansförlust. De tenderar också att förlora effektivitet under hög skjuvning, eftersom mekanisk verkan återemulgerar oljedropparna och de förlorar förmågan att spridas på skumytan.

Lagringsstabilitet är en annan faktor. Vid förhöjd temperatur kan oljan separera och flyta upp till ytan, vilket ger en synlig film på färgen eller på det tryckta bläcket. Om din process körs med hög omrörning och behöver snabb nedbrytning snarare än långvarig undertryckning, är en ren mineraloljeprodukt vanligtvis fel första försöket.

Organosilikon antiskum

Silikonantiskum dominerar beläggnings- och bläckindustrin av en anledning: de kombinerar den lägsta tillgängliga ytspänningen med utmärkt termisk stabilitet. En polydimetylsiloxan-ryggrad har en ytspänning runt 20 till 21 mN/m, långt under vatten vid ungefär 72 mN/m och under de flesta organiska bindemedel och lösningsmedel. Den låga ytenergin är precis det som gör spridningen så effektiv och knockdown så snabbt.

Hydrofob partikelfylld silikon

Arbetshästtypen består av en dimetylsilikonbärare laddad med hydrofoberad pyrogen kiseldioxid. Kiseldioxidpartiklarna ger droppen en grov, hydrofob yta som punkterar skumlamellen mekaniskt - en överbryggande mekanism som är mycket effektivare än att sprida ensam. Dessa produkter levereras normalt som en 100 % aktiv vätska eller som en 10 % till 30 % emulsion, och de doseras mellan 0,05 % och 0,3 % av den totala formuleringen.

Den största risken är ytdefekter. Fri silikonolja som inte sprider sig helt kan färdas långt från tillsatspunkten och producera kratrar, apelsinskal och problem med övermålningsbarhet. I ett täckskikt, eller i vilket system som helst som måste acceptera ett andra skikt, bör ett ofyllt dimetylsilikon behandlas med försiktighet.

Polyetermodifierade siloxaner

Ympning av polyeterkedjor på siloxanryggraden förändrar beteendet avsevärt. Polyetergrupperna ökar kompatibiliteten med organiska bindemedel och med vatten, vilket förbättrar dispersionskvaliteten och minskar tendensen att bilda ytdefekter - men det minskar också effektiviteten i rå antiskum. Polyetermodifierade siloxaner är därför den typ av val när systemet är känsligt, när defektrisken är hög och när måttlig skumkontroll är acceptabel.

Dessa produkter beter sig också annorlunda med temperatur. Polyetermodifierade siloxaner har en grumlingspunkt; ovanför den blir de olösliga och plötsligt mycket mer effektiva som antiskum, men de kan också falla ur lösningen och orsaka dis i en klarlack. Om din appliceringstemperatur varierar med mer än 15 grader C över linjen, testa i båda ändarna av intervallet.

För vattenburna system är ett emulsionsbaserat silikonantiskum ofta den mest praktiska utgångspunkten eftersom det sprids med enkel omrörning och inte kräver en förblandning med hög skjuvning.

Silikonfria Polymer Antifoams

Silikonfria skumdämpare finns eftersom en stor del av marknaden inte tål silikon alls. OEM- och lackeringslinjer för bilar, vissa elektronik- och displaybeläggningar, övertryckslacker som måste förbli övermålningsbara och ett antal industriella lim förbjuder uttryckligen siloxankontamination. Denna familj undviker också den ytspänningsdrivna defektmekanismen helt.

Kemin är mer varierad än de flesta förväntar sig. Vanliga byggstenar inkluderar:

• EO/PO-segmentsampolymerer, som fungerar som vätmedel eller skumdämpare beroende på förhållandet och ändtäckningen
• Akrylpolymerer med kontrollerad polaritet, används ofta i vattenburna bläck och i UV-system
• Polyeterestrar, fettalkoholalkoxylater och modifierade naturliga oljor
• Hydrofob kiseldioxid dispergerad i en organisk bärare utan silikon närvarande

Nedbrytningshastigheten är i allmänhet långsammare än en fylld silikonprodukt. Vad silikonfria typer gör bra är långtidsdämpning och filmkvalitet. Eftersom de är formulerade för att sitta närmare kompatibilitetsgränsen, sprids de finare, förblir svävande längre och lämnar nästan ingen ytsignatur vid den rekommenderade dosen.

Doseringen är normalt högre än för silikoner - 0,2 % till 1,0 % av den totala formuleringen är typiskt, och vissa bläcksystem går till 1,5 %. Bekräfta alltid den övre gränsen med en neddragning, eftersom dessa produkter över en viss koncentration börjar fungera som vätmedel och kan stabilisera skum istället för att bryta det. Den inversionspunkten är verklig, och det är ett av de vanligaste formuleringsmisstagen vi ser på bänken.

Välja efter system: En jämförelsetabell

Tabellen nedan sammanfattar de kemityper som vanligtvis fungerar bäst i varje system, tillsammans med typiska dosintervall och defekten att se efter. Behandla dosintervallen som utgångspunkter för en stegstudie, inte som fasta rekommendationer.

De tekniska parametrarna som faktiskt avgör resultatet

Två antiskummedel kan ha samma kemifamilj på etiketten och beter sig helt olika i din formulering. Det här är parametrarna som är värda att begära från en leverantör innan du förbinder dig att testa.

Ytterligare en parameter förtjänar att nämnas: kompatibilitet. En enkel kompatibilitetsskärm är att tillsätta skumdämparen vid dubbelt den avsedda dosen till ett litet prov, dra ner det på glas och inspektera under rakande ljus efter fullständig härdning. Om du ser dis, fläckar eller kratrar vid dubbel dos, kommer du att se dem i normal dos i ett annat substrat eller en annan filmtjocklek.

Skumdämpning och skumdämpning är två olika jobb

Formulatorer använder ofta orden omväxlande, men testerna mäter olika saker och produktprofilerna skiljer sig åt.

Skumdämpning, ibland kallad knockdown, handlar om att förstöra skum som redan finns. Den domineras av spridningskoefficienten och av hur snabbt skumdämparen når skumytan. Silikonprodukter med hydrofobt fyllmedel är de starkaste presterande här.

Suppression, eller antiskumning i strikt mening, handlar om att förhindra att skum bildas i första hand. Det beror på hur länge det aktiva förblir spritt i bulken och hur väl det migrerar till nya gränssnitt. Silikonfria polymerer och fint dispergerade emulsioner tenderar att klara sig bättre i denna roll.

Rankingen ovan håller i ett rent modellsystem. Det ändras när du lägger skumdämparen i en riktig färg eller bläck, eftersom bindemedel, pigment och reologimodifierare alla konkurrerar om samma gränssnitt som skumdämparen behöver uppta. Det är därför modelltestet talar om för dig vilken kemi du ska välja, och tillämpningsprovet talar om vilket betyg du ska behålla.

Skumtestning: Från bägaren till produktionstanken

Skumkontroll är en av få egenskaper i ett beläggningslaboratorium som nästan alltid underskattas i bänkskala. En 200 ml bägare vid 800 rpm genererar mycket mindre luftindragning än en 2 000 L tank med en dispergerare med hög skjuvning som kör med samma spetshastighet. Planera teststegen därefter.

Steg 1: Kompatibilitetskontroll

Lägg till kandidaten med 0,1 %, 0,3 % och 1,0 % till nedgångsstadiet. Gjut filmer på glas och på det avsedda underlaget. Inspektera för kratrar, fiskögon, dis och eventuell förlust av glans eller vidhäftning efter 24 timmar.

Steg 2: Skaka och rör om tester

Ett graderat cylinderskaktest ger en snabb rankning av nedbrytningshastigheten. Ett omrörningstest med hög hastighet vid 2 000 till 3 000 rpm under 5 minuter ger en rankning av undertryckning, eftersom det hela tiden genererar nytt gränssnitt under testets varaktighet.

Steg 3: Applikationssimulering

Dragdowns, valsapplicering och utsprutningar avslöjar defekter som ett bägaretest aldrig visar. Speciellt sprutapplicering skapar en tunn film där en instabil skumdämpande droppe producerar ett nålhål varje gång.

Steg 4: Produktionsförsök med ett hållprov

Ta ett prov från tanken omedelbart efter nedsläppning och igen efter 24 timmars lagring. Skumhöjd och filmkvalitet bör mätas på båda. En produkt som fungerar på dag noll men förlorar spridning på dag ett kommer att misslyckas i kundens linje, inte i din.

Förvara provsatsen under samma lagringsförhållanden som produktionen. Antiskumemulsioner är fysiska dispersioner och frysning, långvarig förvaring över 40 grader C eller upprepade pumpcykler kan alla destabilisera dem.

Vanliga antiskummedel i specifika tillämpningar

Vattenburna industriella beläggningar

Dessa system bär den tyngsta belastningen av ytaktiva ämnen av någon beläggningskategori, eftersom vätmedel, dispergeringsmedel, substrat och associativa förtjockningsmedel alla bidrar till skum. En tvåkomponents tillvägagångssätt fungerar ofta bäst: en fylld silikon för knockdown under produktion, plus en liten mängd av en silikonfri polymer för undertryckning under applicering.

DH-2277S Vattenbaserad skumdämpare Icke-silikon, långkedjig alifatisk kolväte, vegetabilisk olja, skumdämpare av emulsionstyp; Visa produkt →

Tryckfärger

Vattenbaserat bläck skummar under pumpning, under schabersteget och inuti bläckpannan. Silikonkontamination orsakar tryckfel som är svåra att spåra, så de flesta bläckhus standardiserar på silikonfri kemi. Doskontroll har större betydelse än i beläggningar, eftersom samma produkt som dödar skum också kan påverka ytspänningen och därför prickförstärkning, fläckar och vidhäftning till underlaget.

Lim och tätningsmedel

Skum i ett lim är inte bara ett bearbetningsproblem. Indragen luft minskar den effektiva kontaktytan vid bindningslinjen, vilket visar sig som minskad fläkhållfasthet och som tomrum i det härdade limmet. Mineralolja och EO/PO-sampolymertyper är de vanliga valen här, eftersom de orsakar minst interferens med klibbighet och med de slutliga mekaniska egenskaperna.

Lösningsmedelsburna system

Skum är mindre beständigt i lösningsmedelsburna beläggningar eftersom organiska lösningsmedel har lägre ytspänning och dränerar snabbare. När skum uppstår, orsakas det vanligtvis av hög pigmentbelastning och av dispergermedelssystemet. En låg dos av en lösningsmedelsfri fylld silikon, vanligtvis 0,05 % till 0,2 %, är vanligtvis tillräcklig.

UV- och höghaltiga system

Dessa formuleringar har inget vatten eller lösningsmedel att rinna bort, så skum som bildas stannar. Silikonfria akryl- och polyetertyper är att föredra eftersom silikoner kan störa UV-härdningen på ytan. Ett vanligt symptom är en lätt klibbig eller grumlig film efter fullständig härdning, vilket är lätt att feldiagnostisera som ett fotoinitiatorproblem.

Om skumproblemet går tillbaka till pigmentvätning snarare än till bindemedlet, kan fixeringen istället höra hemma i dispersionssteget. Vår guide på hur man väljer rätt dispergeringsmedelskvalitet för beläggningar täcker urvalslogiken för den delen av formuleringen.

Silikonkemi interagerar också direkt med ytkontroll. Om du kör ett silikonhaltigt system och ser problem med flöde eller glidning tillsammans med problem med skum, följer artikeln om akrylatavjämningsmedel i industriella beläggningar förklarar hur de två tillsatsförpackningarna ska balanseras.

Felsökning av skumrelaterade defekter

När en filmdefekt uppstår är antiskummet ofta den första misstänkta och ibland fel. Den här tabellen kartlägger det synliga symptomet till den troliga orsaken och till den korrigerande åtgärden.

Anteckningar om inköp, lagring och hantering

Antiskum är vanligtvis en liten artikel i en formulering, vilket gör det lätt att förbise de praktiska detaljerna som avgör om de fungerar i produktionen.

• Tilläggspunkt. Silikonantiskum fungerar bäst när de tillsätts till nedsläppningsstadiet, efter pigmentdispergering, där skjuvningen är måttlig. Att lägga till dem under malningen kan förstöra emulsionen och begrava de aktiva inuti pigmentagglomeraten.
• Utspädning. Många emulsionsprodukter kan förspädas med vatten för att förbättra distributionen, men utspädning förkortar hållbarheten avsevärt. Späd endast det du kommer att använda inom ett skift.
• Lagring. Håll behållare mellan 5 och 35 grader C. Frysning bryter de flesta emulsioner permanent, och ingen omrörning kommer att ta tillbaka dem.
• Blandning. Ge trumman en långsam rulle före användning. Sedimentering av det hydrofoba fyllmedlet är normalt och är inte ett kvalitetsfel.
• Dokumentation. Begär det tekniska databladet, säkerhetsdatabladet och ett partispecifikt analyscertifikat. För exportmarknader, be om regleringsutlåtandet som täcker destinationslandet före rättegången, inte efter den första beställningen.

En köpvana som sparar mycket tid: kvalificera två produkter från olika kemifamiljer samtidigt. Om en regeländring eller råvarubrist tar bort den ena är den andra redan godkänd och du startar inte om arbetet från grunden.

Vanliga frågor

Vilken är den typiska dosen för ett antiskum?

De flesta silikonantiskum används mellan 0,05 % och 0,3 % av den totala formuleringen. Mineraloljor och silikonfria polymertyper löper vanligtvis från 0,2 % till 1,0 %. Börja i den nedre delen av intervallet, kör en stege och bekräfta att den övre änden av stegen inte orsakar ytdefekter.

Kan jag lägga till skumdämpande skum i slutet av produktionen istället för under nedsläpp?

Eftertillsats är möjligt och är ibland det enda praktiska alternativet för en tank som redan har skummat. Det fungerar bättre med emulsionsprodukter och med måttlig omrörning. Avvägningen är distribution: en produkt som läggs till sent har mindre tid och mindre skjuvning att spridas, så den kan kontrollera skummet i tanken men fortfarande misslyckas under appliceringen.

Varför blir skummet värre efter att jag lagt till antiskum?

Det finns två vanliga orsaker. Den första är överdosering: över en viss koncentration beter sig vissa ytaktiva ämnen som skumstabilisatorer snarare än skumbrytare. Den andra är dålig emulgering, där ett dåligt dispergerat skumdämpande skum bildar stora droppar som genererar defekter och samtidigt misslyckas med att nå skumytan. Båda löses genom att minska dosen och förbättra blandningen.

Hur väljer jag mellan ett silikon och ett silikonfritt antiskum?

Välj silikon när du behöver den snabbaste nedbrytningen och den lägsta dosen, och när systemet tål silikon. Välj silikonfritt när filmen är klar eller högblank, när beläggningen måste acceptera en andra beläggning, när ett efterföljande processsteg är känsligt för siloxaner, eller när slutappliceringen förbjuder silikon av följsamhetsskäl.

Kommer skumdämpning att påverka vidhäftningen eller övermålningsförmågan?

Det kan det, och silikonhaltiga produkter är de vanliga bovarna. Fri silikonolja migrerar till ytan under filmbildning och minskar ytenergin, vilket är precis det som gör att nästa skikt inte blir blöt. Om ett system behöver övermålas, minska antingen silikondosen eller testa ett silikonfritt alternativ med samma effektivitetsnivå.

Hur länge kan jag lagra ett antiskum?

Vanlig hållbarhet är 12 månader från tillverkningsdatum i en oöppnad behållare, förvarad mellan 5 och 35 grader C. Emulsioner kan visa lätt sedimentering, vilket är normalt. Separation i två klara lager, eller en stark lukt, indikerar att produkten inte ska användas utan ett nytt kompatibilitetstest.

Kan jag blanda två olika antiskum?

Ja, och blandning är ofta det bästa svaret när en enskild produkt inte kan leverera både knockdown och undertryckande. Blanda en fylld silikon för snabb knockdown med en silikonfri polymer för långtidsdämpning i ett förhållande som bestäms av din egen stegestudie. Blanda inte två emulsioner med motsatt jonladdning utan ett förtest – blandningen kan gå sönder i trumman.

Hur vet jag om antiskummet är kompatibelt innan en fullständig prövning?

Kör en trepunktsskärm: lägg till produkten med halva den avsedda dosen, i den avsedda dosen och med två gånger den avsedda dosen i separata prover, gjut sedan filmer på glas. Inspektera under rakande ljus efter fullständig härdning. Om dubbeldosprovet är rent, har produkten tillräckligt med kompatibilitetsutrymme för normal produktionsvariation.