Ursachen der Schaumbildung
Wasserbasierte Farben sind keine reinen Flüssigkeiten, sondern kolloidale Dispersionen von Partikeln (Pigmente, Harze) in einem Träger (Wasser). Einer der Schlüsselfaktoren für die Stabilität von Luftblasen in Farben sind Tenside, da sie alle verschiedenen Inhaltsstoffe zusammenhalten und verhindern, dass sie sich trennen oder absetzen.
Tenside sind ein Bestandteil, der die Phasentrennung in Emulsionen verhindert. Sie verbessern die Dispersion und verhindern das Absetzen, indem sie die Pigmentoberfläche benetzen, und verbessern die Gesamtverträglichkeit der verschiedenen Inhaltsstoffe in einer wässrigen Farbformulierung. Der Nachteil dieser Tenside ist, dass sie auch die Luft in der Farbmischung sehr effektiv stabilisieren, was es für die Luft schwierig macht, sich zusammenzuschließen, an die Oberfläche zu steigen und zu entweichen. Dies ist auf die spezifischen Eigenschaften von Tensiden zurückzuführen. Tenside sind Substanzen, die sowohl hydrophob als auch hydrophil sind. Der hydrophobe Teil des Tensids umgibt die Luftblasen, stabilisiert sie in der Farbe und verhindert, dass sie sich verbinden und an die Oberfläche steigen, um zu entweichen.
Zusammensetzung des Entschäumers
Formulierungen bestehen aus drei Hauptkomponenten:
1. dem Träger;
2. der Emulgator und das Benetzungsmittel;
3. eine dritte Komponente oder ein Wirkstoff.
Der Träger kann als eigener Entschäumer fungieren. In Entschäumerformulierungen besteht seine Hauptfunktion darin, die hydrophoben Komponenten zur laminaren Grenzfläche zu transportieren, wo sie ihre Aufgabe erfüllen können. Beispiele für Träger sind Mineral- und Silikonöle.
Emulgatoren oder Benetzungsmittel werden verwendet, um den Entschäumer in der zu entschäumenden Flüssigkeit zu dispergieren. Sie steuern, wie schwierig es ist, den Entschäumer zu dispergieren, und wirken sich auch auf die Wirksamkeit, Persistenz und Verträglichkeit des Entschäumers aus.
Eine dritte Komponente wird hinzugefügt, um die Leistung, Stabilität oder Verträglichkeit des Entschäumers zu verbessern.
Wasserabweisende Partikel, Fettsäuren, Haftvermittler und patentierte Komponenten wie Entschäumermoleküle gehören zu dieser Kategorie.
Wie Entschäumer funktionieren
Dank Entschäumern können Luftblasen aus einem System entfernt werden, wodurch die stabilisierende Wirkung von Tensiden überwunden wird. Zu diesem Zweck wird der Entschäumer so formuliert, dass er mit der Tensidschicht an der Grenzfläche zwischen der Blasenwand und der Flüssigkeitsoberfläche oder angrenzenden Blasenwänden inkompatibel ist.
Der Entschäumer muss eine Flüssigkeit mit geringer Oberflächenspannung, kontrollierter Unlöslichkeit oder Unverträglichkeit, einem positiven Eintrittskoeffizienten zum Eintritt in die Filmschicht und einem positiven Ausbreitungskoeffizienten zur Ausbreitung in der gesamten Filmschicht sein. Der Entschäumer muss außerdem als hydrophobe Tröpfchen in der Formulierung verteilt werden. Sobald die Entschäumertröpfchen in den Filmbereich eingedrungen und dort verteilt sind, destabilisieren sie das Tensid, wodurch Wasser aus dem Film fließt, was zu einer Verdünnung der Blasenwand und schließlich zum Zusammenbruch der Blase führt.
Daher ist neben der Oberflächenspannung des Entschäumers ein wichtiges Leistungsmerkmal eines wirksamen Entschäumers seine Fähigkeit, sich in der zu entschäumenden Flüssigkeit zu verteilen und eine effektive Tröpfchengröße zu bilden.
Die Nachfrage nach VOC-armen Entschäumern für Beschichtungen
Mit der Einführung von Vorschriften in Bezug auf VOC-Emissionen und der Nachfrage der Verbraucher nach umweltfreundlicheren Produkten haben sich Farben in den letzten zehn Jahren dramatisch verändert, und heute haben Formulierungen für Architekturfarben einen VOC-Gehalt von nahezu Null. Die verwendeten Emulsionen sind weichere Polymere, die ohne filmbildende Hilfsmittel einen Film bilden und ihre Härte durch Vernetzung nach dem Auftragen erhalten. Lösungsmittel werden nicht mehr benötigt, um die offene Zeit zu verlängern und die nassen Ränder während des Auftragens zu erhalten. Von allen Farbkomponenten wird erwartet, dass sie keine oder nahezu keine VOC enthalten, wobei Wasser die einzige flüchtige flüssige Komponente in der Formulierung ist. Die Verwendung von Tensiden wird immer wichtiger, um diese Formulierungen zu stabilisieren, und die Verwendung umweltfreundlicher Tenside hat die Situation in Bezug auf Schaumbildung und Stabilität verändert. Bei Anstrichfarben für den Baubereich werden heute Einschichtlacke erwartet, und eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, Beschichtungen mit höheren Viskositäten als bisher zu formulieren, sowohl im niedrigen als auch im hohen Scherbereich. All diese Faktoren wirken sich auf die Entschäumungsanforderungen moderner Beschichtungen aus.
Lösungsmittel können nicht mehr als temporäre Entschäumer in der Formulierung enthalten sein, insbesondere während der Produktion. Eine höhere Viskosität bedeutet, dass Blasen langsamer und schwieriger aus der Flüssigkeit aufsteigen. Eine Erhöhung der Menge des verwendeten Tensids bedeutet, dass der Schaum während der gesamten Beschichtung stabiler ist. Entschäumer müssen nun so formuliert werden, dass sie all diesen Effekten entgegenwirken. Die Menge an Entschäumer in der Beschichtung kann reduziert werden, wodurch der dringende Bedarf, den VOC-Gehalt von Beschichtungen zu reduzieren, gedeckt wird. Das schwierigere Problem der Entschäumung von Beschichtungen mit niedrigem VOC-Gehalt, insbesondere von Beschichtungen mit VOC-Formulierungen nahe Null, wird durch den Einsatz von molekularen Entschäumern gelöst.
