Methoden zur Entschäumung, wenn die Tensidkonzentration steigt und übermäßiger Schaum entsteht

Einführung

Schaumbildung ist in vielen industriellen Formulierungen – insbesondere in wasserbasierten Beschichtungen –, in denen häufig Tenside verwendet werden, eine häufige Herausforderung. Während Tenside eine entscheidende Rolle bei der Stabilisierung von Emulsionen, der Dispergierung von Pigmenten und der Modifizierung der Oberflächenspannung spielen, fördern sie unbeabsichtigt auch die Schaumbildung und -stabilisierung , insbesondere wenn sie in hohen Konzentrationen verwendet werden. In diesem Artikel wird untersucht, wie sich die Tensidkonzentration auf die Schaumbildung und -stabilität auswirkt und warum die Entschäumung in diesen Systemen schwieriger wird.

Wie Schaum in tensidhaltigen Flüssigkeiten entsteht

Wenn Luft in ein Flüssigkeitssystem eindringt , beispielsweise beim Mischen oder Rühren, wird sie aufgrund ihrer geringen Wasserlöslichkeit in winzige Bläschen aufgeteilt . Diese Blasen bilden ein heterogenes System , wodurch die Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche und die freie Energie des Systems erhöht werden.

Mit zunehmender Tensidkonzentration nimmt die Oberflächenspannung zunächst schnell ab. Ab einer bestimmten Konzentration kommt es jedoch zu Plateaus der Oberflächenspannung. Dieser kritische Punkt ist als bekannt kritische Mizellenkonzentration (CMC) – ein Schlüsselkonzept in der Tensidwissenschaft. Beim CMC bilden Tensidmoleküle eine dicht gepackte Monoschicht an der Oberfläche, wodurch die Oberflächenspannung minimiert und die Energiebarriere für die Schaumbildung gesenkt wird.

Warum eine hohe Tensidkonzentration die Schaumstabilität fördert

1. Oberflächenspannung und molekulare Packung

Sobald die CMC überschritten wird , sättigen überschüssige Tensidmoleküle nicht nur die Grenzfläche, sondern umgeben auch Luftblasen und erzeugen so einen elastischen Flüssigkeitsfilm . Dadurch wird das Zusammenfallen der Blasen erschwert und die Stabilität des Schaums erhöht.

2. Koexistierende Additive in wasserbasierten Beschichtungen

Wasserbasierte Beschichtungen sind komplexe Systeme. Sie enthalten nicht nur Wasser und Tenside (wie Emulgatoren, Dispergiermittel und Netzmittel ), sondern auch Verdickungsmittel und andere Zusatzstoffe. Diese Komponenten können zusammenarbeiten, um Folgendes zu erreichen:

• Schaumbildung fördern

• Wände mit Schaumstofffolie verstärken

• Blasenkollaps verhindern

Mechanismen, die Schaum in Beschichtungssystemen stabilisieren

(1) Tensidorientierung und Filmelastizität

Tenside adsorbieren an Blasenwänden , wobei hydrophile Gruppen zur Flüssigkeit und hydrophobe Schwänze nach innen zur Luft zeigen. Dadurch entsteht ein strukturierter, elastischer Film , der ein Aufreißen verhindert.

Während die Blase abfließt und dünner wird, erhalten zwei wichtige Selbstreparaturmechanismen ihre Stabilität aufrecht:

• Gibbs-Elastizität : Wenn sich der Film ausdehnt, erhöht sich die Oberflächenspannung, was zu einer Kontraktion führt, die einem Reißen entgegenwirkt.

• Marangoni-Effekt : Tensidmoleküle bewegen sich von Bereichen mit niedriger Spannung zu Bereichen mit hoher Spannung, stellen das Gleichgewicht wieder her und verstärken den Film.

Zusammengenommen machen diese Effekte den Schaum langlebig und belastbar.

(2) Wirkungen ionischer Emulgatoren

Ionische Tenside verleihen dem Schaumfilm Die eine elektrische Ladung . elektrostatische Abstoßung zwischen ähnlich geladenen Blasen verhindert, dass sie verschmelzen (koaleszieren) und verhindert so den Schaumzerfall . Dadurch bleiben kleine Bläschen zurück und die Schaumentfernung wird schwieriger.

(3) Langkettige Tenside und Schaumfestigkeit

Wenn Emulgatoren lange Molekülketten haben , erzeugen sie starke intermolekulare Kräfte und erhöhen so die mechanische Festigkeit und Elastizität der Schaumwand. Diese verbesserten Filmeigenschaften verhindern das Platzen von Blasen und stabilisieren den Schaum zusätzlich.

(4) Viskosität und Schaumretention

Um die Leistung zu verbessern, werden wasserbasierten Allerdings höhere Viskosität: Beschichtungen häufig Verdickungsmittel zugesetzt.

• Verhindert den Flüssigkeitsablauf in der Luftpolsterfolie

• Verhindert das Ausdünnen des Films

• Verzögert den Blasenkollaps

Daher trägt eine erhöhte Viskosität direkt zur Schaumstabilität bei und verringert die Entschäumungseffizienz.

Abschluss

Während Tenside und andere Additive für die Leistung unerlässlich sind wasserbasierter Beschichtungen , fördern sie auch die Schaumbildung und -stabilität , insbesondere wenn sie in hohen Konzentrationen verwendet werden. Die Gibbs-Elastizität, , der Marangoni-Effekt, , die elektrostatische Abstoßung , langkettiger Emulgatoren und die erhöhte Viskosität tragen alle zu anhaltendem Schaum bei, der schwer zu entfernen ist.

Das Verständnis dieser Mechanismen ist für Formulierer und Hersteller von entscheidender Bedeutung , die die Produktstabilität optimieren möchten, ohne die Entschäumungsleistung zu beeinträchtigen.