عامل ضد فوم (ضد کف) – Defoamers / Anti-foaming Agent – قسمت اول
این عوامل در درجه اول در چسبهای پایه آب به کار میروند اما در چسبهای پایه حلال و عاری از حلال هم استفاده میشوند. انتخاب این عامل به فرمول خاص چسب و فرآیندهای استفاده شده در فرمولاسیون بستگی دارد. کف کردن مشکلی است که بسیاری از کاربردهای چسب را تحت تأثیر قرار میدهد. زمانی که هر امولسیونی در تماس با هوا باشد خطر تشکیل کف وجود دارد. بنابراین به طور کلی هنگام مخلوط کردن چسب یا طی فرآیندهای پوشش در سرعت بالا کف ایجاد میشود. کف اغلب نتیجه نامطلوبی از پلیمریزاسیون یا ترکیب چسب پایه آب است. همچنین میتواند در مراحل دیگر چرخه نظیر پر کردن، بستهبندی، پوشش و کاربرد رخ دهد.
کف کردن باعث زوال سیستم چسب شده به طوری که کاهش چسبندگی و زیبایی را به دنبال دارد. همچنین منجر به :
ناکارآمدی فرآیند، سرریز شدن در مخازن، عدم ثبات امولسیون چسب و پوشش ضعیف بستر میشود.
پیامد دیگر افزایش ویسکوزیته است. تشکیل حباب یا کف روی یک پوشش نازک چسب به توجه ویژهای نیاز دارد. در چسبهای پایه آب، آب موجود در سطح تبخیر میشود و سبب افزایش ویسکوزیته میشود. این افزایش ویسکوزیته از بالا آمدن حبابهای کوچکتر به سطح جلوگیری کرده و مانع برگشت مایعات به فضای حباب میشود. این وضعیت باعث ایجاد دهانههایی در پوشش میشود. حبابهای کوچکی در پوشش باقی میمانند؛ زیرا حفرههای سوزنی با کاهش ضخامت فیلم باعث ایجاد حفره بین فصل مشترک بستر و هوا میشود.
نقش کفزدا
علاوه بر کاهش نقص سطحی در لایههای پوشش داده شده، عوامل کنترل کننده کف در جلوگیری و کاهش بسیاری از مشکلات رایج نظیر:
- افزایش ویسکوزیته و اتلاف توان مکانیکی در طی فرآیند میلینگ (پراکنش ضعیف مواد پرکننده و افزودنی)
- افزایش حجم در طی مراحل اختلاط یا فرآیند برش که منجر به کف بیش از حد میشود
- سرعت بستهبندی کمتر به دلیل ناکارآمد بودن پمپاژ
- اختلاط هوا در حین حمل و نقل
- سرعت پوشش کمتر یا فشار کمتر در حین پاشش
مؤثر اند.
کف کردن امولسیون گاز در مایع است. فرآیندهای ایجاد گاز و ورود آنها به مایعات:
- کشش سطحی کم محیط
- تولید درجای گاز (افزایش دما، کاهش فشار و …)
- ترکیب گاز محیط اطراف، معمولاً انتقال هوا به مایع توسط اختلاط، پمپاژ و پاشش صورت میگیرد.
مشکلات کف به ویژه در فرآیندهای سرعت بالا به هنگام فرمولاسیون، اختلاط یا اعمال چسب وجود دارد. این فرآیندهای با سرعت بالا پویا هستند و فصل مشترکهای هوا-مایع بسیار سریع ایجاد میشوند.
چگونه فوم (کف) ایجاد میشود؟
مایعات خالص کف نمیکنند. اگر گاز در یک مایع ترکیب شود، تمایل به ایجاد حبابهای کروی دارد زیرا شامل کمترین انرژی سطح است. با این حال اگر مایع خالص باشد حبابها به سمت سطح بالا میروند و بلافاصله فرو میریزند. با دفع حباب هوا مایعات به سرعت به سمت فضای خالی شده توسط هوا حرکت میکنند.
همچنین اگر مایع دارای ناخالصی یا دارای آلودگی باشد کف حاصل خواهد شد. این آلودگی شامل مواد معدنی، نمکها، نشاسته و مواد متابولیز شده از میکروبها هستند.
در چسبهای پایه آب، این آلایندهها به طور کلی افزودنیهایی هستند که برای خواص ویژهای مانند کاهش کشش سطحی به چسب اضافه میشوند. چسبهای پایه اب شامل:
- سورفکتنتها و عوامل مرطوب کننده برای اصلاح خصوصیات پوشش
- عوامل امولسیونکننده برای جداسازی فاز پلیمری
- ماده کمک پراکنش برای رنگدانهها و مواد پرکننده
مواد افزودنی دیگر میتوانند به ایجاد کف کمک کنند. جدول زیر تأثیر چندین ماده رایج بر تولید کف را بیان میکند.
فعالیت سورفکتنت در سیستم مایع
سورفکتنتهایی که وجود دارند خود را به حبابهای گازی متصل میکنند و یک لایه فصل مشترک در اطراف حبابها تشکیل میدهند. این در شکل زیر نشان داده شده است.
با صعود حباب به سطح یک لاملا مایع تشکیل میشود. لاملا یک لایه نازک از مایع است که در واقع بین دوسطح اصلاح شده با سورفکتنت به دام افتاده است. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است:
مکانیزم کنترل کف
میتوان عوامل ضد کف را اضافه کرد تا کف را بی ثبات کرده یا از بروز هرگونه تمایل به ایجاد کف جلوگیری کند. عوامل لازم برای ویژگیهای کارآمد کنترل کف عبارت اند از:
- فاز مایع ضد کف باید در درجه اول از ناسازگاری یا عدم حل شدن با محیطی باشد که در آن قرار گرفته است.
- مایع باید دارای ضریب پخش سریع باشد تا در محیط پخش شود. این به طور کلی در مواد افزودنی مشهود است که کشش سطحی کمی ایجاد میکند.
- عوامل کنترل کف ذرات آبگریزی هستند که با زاویه تماس نیمه خاص کار میکنند. بنابراین آنها باید اندازه و شکل صحیحی داشته باشند این عامل قادر است به دیواره کف نفوذ کند.
ترکیب عوامل کنترل کف
ترکیب عوامل کنترل کف بسیار متنوع است. آنها میتوانند به صورت جامد، خمیر یا مایع تهیه شوند. مایعات غالبترین شکل هستند. عوامل کنترل فوم معمولاً از موارد زیر تشکیل میشود:
یک ماده آب گریز:
اجزای آب گریز به عنوان فعالترین اجزا در یک ماده کنترل کننده کف شناخته میشوند. مواد معمول آب گریز عبارت اند از: سیلیکا اصلاح شده، واکسهای سنتزی یا طبیعی، پلی گلیکول، سیلیکون و مشتقات سیلیکون، این آب گریزها ممکن است تنهایی یا به صورت ترکیبی استفاده شوند.
مواد حامل:
روغنهای گیاهی و سیلیکونی، الکلها، گلیکولها و آب
ثبات طولانی مدت، حامل در مایع اصلی برای دستیابی به کنترل کف در محصولات با ماندگاری طولانی مهم است. هدف از مایع حامل، انتقال عوامل فعال آب گریز تا حدودی همگن به سیستم آب دوست است که هوا را نگه داشته است. مایع حامل معمولاً کشش سطحی کمتری نسبت به مایع کف کننده دارد.
یک امولسیون کننده:
امولسیفایرها توزیع مطلوب جزء آبگریز را در حامل تضمین میکنند و همچنین باعث سهولت پخش ماده کنترل کننده کف در مایع میشوند. نوع و مقدار امولسیفایر مورد استفاده بستگی به کاربرد (نیروهای برشی بالا و … ) دارد. حداقل مقدار ممکن از امولسیون کننده میبایست استفاده شود زیرا امولسیون کنندهها میتوانند به تشکیل کف کمک کنند. امولسیفایرهایی که به طور معمول استفاده میشوند عبارت اند از:
- آلکیل فنولهای اتوکسیله شده
- استرهای سوربیتان
- استرهای پلیاتیلنگلیکول و ….
انواع مختلف کنترل کننده کف در جدول زیر قابل مشاهده است:
نقش پرکنندها در عوامل ضد کف
استفاده از ذرات بر کفزدایی تاثیر میگذارد. پرکنندههای غیر آلی شناخته شده نظیر سیلیکاتها (فیوم یا رسوبی) هستند. با این حال میتوان از مواد آلی مانند واکس نیز استفاده کرد. عوامل حاوی سیلیکون معمولاً با پرکنندههای آلی یا غیر آلی تقویت میشوند. سایر عوامل کنترل کننده آلی با پرکنندههای غیر آلی خاصیت تقویت کنندگی از خود نشان نمیدهد، اما پرکنندههای آلی منجر به بهبودی میشوند. دو مسیر ممکن را برای عوامل کنترل کف فراهم میسازد:
- براساس سیلیکون
- بدون استفاده از سیلیکون