一般的な消泡剤とは何ですか?タイプ、選択ルール、および欠陥の修正

コイルコーティングラインは昨春、新しい水性アクリルプライマーに切り替えました。 2 シフト以内に、アプリケーター ローラーが目に見える発泡ブランケットを運び、硬化したフィルムにピンホールが現れ、バッチは不合格になりました。配合者は、標準的なジメチルシリコーン消泡剤を 0.10% 添加しました。これは、古い溶剤系システムで問題なく機能したのと同じ製品です。泡制御パッケージ自体には何も問題はありませんでした。それは単に、新しい配合物の界面活性剤の量、pH、およびせん断プロファイルに適合しませんでした。

一般的な消泡剤が実際には何なのかを尋ねる場合は、最初に簡単な答えを示し、その後にその背後にある詳細を記載します。

市場に出回っているほぼすべての消泡剤は、次の 4 つの化学ファミリーのいずれかに属します。

• 鉱物油およびワックスの分散
• シリコーン消泡剤（ジメチルシリコーンおよび有機変性変種を含む）
• シリコーンフリーポリマー消泡剤、通常は EO/PO ブロックコポリマー、アクリルポリマー、ポリエーテルエステル
• UV、高 pH、または食品と接触する配合物など、単一システム用に構築された特殊製品およびブレンド製品

どれを選ぶかは、最も強力な泡キラーを選択することではありません。適切な消泡剤は、泡のラメラを破壊するのに十分な非相溶性と、フィルムに欠陥のない状態を保つのに十分な相溶性がなければなりません。以下のすべては、その狭いウィンドウを見つけることに関するものです。

発泡フィルムがどのように壊れるか、そしてそれが消泡剤の選択に何を意味するか

泡というのはただの泡ではありません。これは、気液界面に配置された界面活性剤分子によって安定化された薄い液体膜のネットワークです。これらの映画を存続させるのは 3 つの力です。

1. 表面の弾力性。フィルムが伸びると、界面活性剤が新たに作成された表面に移動し、局所的な表面張力を回復します。これはマランゴニ効果であり、ほとんどのコーティング、インク、接着剤システムにおいて最も強力な安定剤です。
2. 表面粘度。水溶性ポリマー、増粘剤、および結合性レオロジー調整剤は、フィルム表面の粘度を上げ、排水を遅くします。
3. 特に高 pH または微細な顔料粒子の存在下での、フィルムの 2 つの界面間の静電および立体反発。

消泡剤は、これらのメカニズムの 1 つ以上を妨げる場合にのみ機能します。実際には、機能する消泡剤は 4 つのことを順番に行います。消泡剤は発泡フィルムに入り、界面に沿って広がり、界面活性剤層を局所的に不安定化し、フィルムが破裂するまで排出します。

侵入して広がるためには、消泡剤の表面張力が発泡液体の表面張力よりも低くなければなりません。そのため、ほぼすべての消泡剤濃縮物には、シリコーン オイル、変性シロキサン、または疎水性ワックス粒子などの低表面エネルギー成分が含まれています。キャリアオイル、乳化剤、疎水性充填剤の組み合わせにより、製品が広がるか単に沈むかが決まります。

2 番目の条件は話しにくいですが、実際にはより重要です。消泡剤は媒体に不溶でなければなりません。溶解すると消泡剤としての役割を失い、別の界面活性剤になります。しかし、不溶性には代償が伴います。相容性が低すぎる消泡剤は十分に細かく分散せず、表面で泡を破裂させる同じ液滴によって、乾燥したフィルムにクレーター、魚の目、ピンホールが生じます。実際の選択の決定はすべてシーソーの上にあります。

鉱物油およびワックス消泡剤

鉱物油消泡剤は最も古い系であり、量的には今でも最も広く使用されています。典型的な製品は、疎水性粒子 (ヒュームド シリカ、脂肪酸アミド、変性ワックス) をパラフィン系またはナフテン系油キャリアに分散させ、1 つまたは 2 つの非イオン性乳化剤で安定化させたものです。水性システムでは、水中油型エマルジョンとして、または配合者がその場で乳化する 100% 活性オイルとして到着します。

鉱物油タイプが優れたパフォーマンスを発揮する場所

• アルカリ水性システム: pH が 8 を超える建築用塗料、紙コーティング、繊維配合物。
• 乳化重合とラテックスの取り扱い。泡は破裂ではなく連続的に生成されます。
• 特定の自動車再仕上げラインや電子機器コーティングなど、シリコン汚染が厳重に禁止されているプロセス。
• コスト重視の配合では、0.2% ～ 0.5% の広範囲消泡剤で十分です。

足りないところ

鉱物油消泡剤は、高光沢および透明なシステムには弱いです。油滴はバインダーとはわずかに異なる屈折率で存在し、線量が高くなると曇りや測定可能な光沢の損失として現れます。また、機械的作用によって油滴が再乳化され、フォーム表面に広がる能力が失われるため、高せん断下では効率が低下する傾向があります。

保存安定性も考慮すべき点です。高温になると油が分離して表面に浮き上がり、塗料や印刷されたインク上に目に見える膜が形成されます。プロセスが高撹拌で実行され、長期的な抑制ではなく急速なノックダウンが必要な場合、ストレート鉱油製品は通常、最初の試行としては間違っています。

オルガノシリコーン消泡剤

シリコーン消泡剤は、利用可能な最も低い表面張力と優れた熱安定性を兼ね備えているという 1 つの理由で、コーティングおよびインク業界を支配しています。ポリジメチルシロキサン主鎖の表面張力は約 20 ～ 21 mN/m で、水よりもはるかに低い約 72 mN/m で、ほとんどの有機バインダーや溶媒よりも低くなります。この低い表面エネルギーこそが、非常に効率的な拡散と非常に迅速なノックダウンを可能にしているのです。

疎水性粒子充填シリコーン

主力タイプは、疎水化ヒュームドシリカを充填したジメチルシリコーンキャリアで構成されています。シリカ粒子は、液滴に粗い疎水性の表面を与え、フォームのラメラに機械的に穴を開けます。これは、単独で拡散するよりもはるかに効果的な架橋メカニズムです。これらの製品は通常、100% 活性液体または 10% ～ 30% のエマルジョンとして供給され、配合量全体の 0.05% ～ 0.3% の間で配合されます。

主なリスクは表面欠陥です。完全に分散していない遊離シリコーン オイルは、添加点から遠くまで移動し、クレーター、オレンジの皮、再コーティング性の問題を引き起こす可能性があります。トップコート、または 2 回目のコートを受け入れる必要があるシステムでは、充填されていないジメチルシリコーンは注意して扱う必要があります。

ポリエーテル変性シロキサン

ポリエーテル鎖をシロキサン主鎖にグラフトすると、挙動が大幅に変わります。ポリエーテル基は有機バインダーや水との相溶性を高め、分散品質を向上させ、表面欠陥を形成する傾向を減らしますが、生の消泡剤の効率も低下させます。したがって、ポリエーテル変性シロキサンは、システムが敏感な場合、欠陥のリスクが高い場合、および適度な泡制御が許容される場合に選択されるタイプです。

これらの製品は温度によっても動作が異なります。ポリエーテル変性シロキサンには曇り点があります。それを超えると不溶性になり、消泡剤としての効果が突然大幅に向上しますが、溶液から落ちてクリアコートに曇りを引き起こす可能性もあります。アプリケーションの温度がライン全体で 15 ℃ を超えて変化する場合は、範囲の両端でテストしてください。

水性システムの場合、エマルジョンベースのシリコーン消泡剤が最も実用的な出発点となることがよくあります。これは、簡単な撹拌で分散し、高せん断プレミックスを必要としないためです。

シリコーンフリーポリマー消泡剤

シリコーンフリーの消泡剤が存在するのは、市場の大部分がシリコーンをまったく許容できないためです。自動車の OEM および再仕上げライン、一部の電子機器およびディスプレイのコーティング、再コーティング可能でなければならないオーバープリント ワニス、および多くの工業用接着剤はシロキサン汚染を明示的に禁止しています。このファミリーは、表面張力による欠陥メカニズムも完全に回避します。

化学反応は、ほとんどの人が予想しているよりも多様です。一般的な構成要素は次のとおりです。

• EO/PO ブロックコポリマー。比率とエンドキャッピングに応じて湿潤剤または消泡剤として機能します。
• 極性が制御されたアクリルポリマー。水性インクや UV システムでよく使用されます。
• ポリエーテルエステル、脂肪アルコールアルコキシレート、変性天然油
• シリコーンを含まない有機担体中に分散された疎水性シリカ

ノックダウン速度は一般に充填シリコーン製品よりも遅くなります。シリコーンフリータイプが優れているのは、長期的な抑制と皮膜品質です。それらは適合性限界に近づくように配合されているため、より細かく分散し、より長く懸濁状態を維持し、推奨用量では表面に痕跡をほとんど残しません。

通常、添加量はシリコーンの場合よりも高く、配合全体の 0.2% ～ 1.0% が一般的ですが、一部のインク システムでは 1.5% まで使用されます。これらの製品は一定の濃度を超えると湿潤剤として機能し始め、泡を壊すのではなく安定させることができるため、ドローダウンで常に上限を確認してください。この反転ポイントは実際にあり、ベンチで最もよく見られる配合ミスの 1 つです。

システムで選ぶ：比較表

以下の表は、各システムで通常最適に機能する化学タイプと、典型的な線量範囲および注意すべき欠陥をまとめたものです。用量範囲は、固定された推奨事項としてではなく、ラダー研究の開始点として扱います。

実際に結果を決定する技術的パラメータ

2 つの消泡剤は、ラベル上で同じ化学ファミリーを持っていても、配合中ではまったく異なる動作をする可能性があります。これらは、トライアルに参加する前にサプライヤーに要求する価値のあるパラメータです。

もう 1 つのパラメーターについても言及する価値があります。それは、互換性です。簡単な適合性スクリーニングは、少量のサンプルに意図した用量の 2 倍の消泡剤を加え、それをガラス上に描き、完全に硬化した後に掻き光の下で検査することです。 2 倍の線量でヘイズ、斑点、またはクレーターが見られる場合、別の基板または異なる膜厚では通常の線量でそれらが表示されます。

消泡と泡抑制は別の仕事です

配合者はこれらの言葉を同じ意味で使用することがよくありますが、テストでは異なるものを測定し、製品プロファイルも異なります。

消泡とは、ノックダウンとも呼ばれ、すでに存在する泡を破壊することです。これは、拡散係数と、消泡剤の液滴が泡の表面に到達する速度によって決まります。ここで最も優れているのは、疎水性フィラーを使用したシリコーン製品です。

抑制、または厳密な意味での消泡とは、そもそも泡の形成を防ぐことです。それは、アクティブがバルク内にどれだけ長く分散されたままになるか、およびアクティブが新しい​​インターフェイスにどれだけうまく移行するかによって決まります。シリコーンを含まないポリマーおよび細かく分散したエマルションは、この役割においてより適切に機能する傾向があります。

上記のランキングはクリーンなモデル システムに当てはまります。消泡剤を実際の塗料やインクに入れると変化します。これは、バインダー、顔料、およびレオロジー調整剤がすべて、消泡剤が占める必要がある同じ界面をめぐって競合するためです。そのため、モデル テストではどの化学を最終候補に挙げるべきかがわかり、アプリケーション テストではどのグレードを維持するかがわかります。

泡テスト: ビーカーから生産タンクまで

泡の制御は、コーティングラボにおける数少ない特性の 1 つであり、ベンチスケールではほとんど常に過小評価されます。 800 rpm の 200 mL ビーカーは、同じ先端速度で高せん断分散機を使用した 2,000 L タンクよりもはるかに少ない空気混入を発生します。それに応じてテストラダーを計画します。

ステップ 1: 互換性のスクリーニング

候補者を 0.1%、0.3%、1.0% でレットダウン ステージに追加します。ガラス上および目的の基板上にフィルムをキャストします。 24 時間後にクレーター、魚の目、曇り、光沢や接着力の低下がないか検査します。

ステップ 2: 振盪および撹拌テスト

メスシリンダー振動テストにより、ノックダウン速度の迅速なランク付けが行われます。 2,000 ～ 3,000 rpm で 5 分間の高速撹拌試験では、試験期間中新しい界面が生成され続けるため、抑制のランク付けが行われます。

ステップ 3: アプリケーションのシミュレーション

ドローダウン、ローラー塗布、スプレーアウトでは、ビーカーテストでは決して示されない欠陥が明らかになります。特にスプレー塗布では薄い膜が形成され、不安定な消泡剤の液滴によって毎回ピンホールが発生します。

ステップ 4: ホールド サンプルを使用した量産トライアル

降下直後と 24 時間保管後に再度タンクからサンプルを採取します。泡の高さと膜の品質は両方で測定する必要があります。ゼロ日目には機能しても、初日には分散が失われる製品は、お客様のラインではなく、顧客のラインで故障することになります。

試用バッチは製造時と同じ保管条件下で保管してください。消泡剤エマルジョンは物理的分散物であり、凍結、40 ℃以上での長期保管、またはポンプサイクルの繰り返しにより不安定化する可能性があります。

特定の用途における一般的な消泡剤

水性工業用塗料

これらのシステムは、湿潤剤、分散剤、基材、および会合性増粘剤がすべて泡に寄与するため、あらゆるコーティング カテゴリの中で最も重い界面活性剤の負荷を担っています。多くの場合、製造時のノックダウン用の充填シリコーンと、塗布時の抑制用の少量のシリコーンフリーポリマーの 2 成分アプローチが最も効果的です。

DH-2277S 水性消泡剤 非シリコーン長鎖脂肪族炭化水素植物油エマルション型消泡剤。 製品を見る→

印刷インキ

水性インクは、ポンピング中、ドクター処理中、およびインク パン内で発泡します。シリコーン汚染は追跡が難しい印刷欠陥の原因となるため、ほとんどのインクハウスはシリコーンフリーの化学薬品を標準化しています。泡を殺す同じ製品が表面張力にも影響を与え、したがってドットゲイン、斑点、および基材への接着​​にも影響を与える可能性があるため、線量制御はコーティングよりも重要です。

接着剤およびシーラント

接着剤中の泡は加工の問題だけではありません。混入した空気は接着ラインでの有効接触面積を減少させ、剥離強度の低下や硬化した接着剤のボイドとして現れます。鉱物油および EO/PO コポリマー タイプは、粘着性や最終的な機械的特性への影響が最も少ないため、ここで通常選択されます。

溶剤系システム

有機溶剤は表面張力が低く、排水が速いため、溶剤系コーティングでは泡の持続性が低くなります。泡が発生する場合、通常は顔料の配合量が多いことと分散剤システムが原因です。通常は、低用量の無溶剤充填シリコーン (通常 0.05% ～ 0.2%) で十分です。

UVおよびハイソリッドシステム

これらの配合物には排出する水や溶剤が含まれていないため、形成された泡は残ります。シリコーンは表面での UV 硬化を妨げる可能性があるため、シリコーンを含まないアクリルおよびポリエーテル タイプが推奨されます。一般的な症状は、完全硬化後のわずかに粘着性または曇った膜であり、これは光開始剤の問題として誤診されやすいです。

泡の問題がバインダーではなく顔料の湿潤に原因がある場合、その解決策は分散ステップに属する可能性があります。私たちのガイド コーティングに適した分散剤グレードを選択する方法 定式化のその部分の選択ロジックについて説明します。

シリコーンの化学的性質も表面制御と直接相互作用します。シリコーンを含むシステムを実行していて、フォームの問題とともに流れや滑りの問題が発生した場合は、関連記事を参照してください。 工業用塗料におけるアクリレートレベリング剤 2 つの添加剤パッケージのバランスをどのようにとるべきかを説明します。

フォーム関連の欠陥のトラブルシューティング

フィルムの欠陥が現れた場合、多くの場合、消泡剤が最初に疑われますが、消泡剤が間違っている場合もあります。この表は、目に見える症状を考えられる原因と修正処置にマッピングします。

調達・保管・取扱い上の注意事項

消泡剤は通常、配合物の中では小さな項目であるため、生産現場で消泡剤が機能するかどうかを決定する実際的な詳細が見落とされがちです。

• 追加点。 シリコーン消泡剤は、顔料分散後のせん断が適度なレットダウン段階に添加すると最も効果的です。粉砕中にそれらを添加すると、エマルションが破壊され、顔料凝集体の内部に活性成分が埋もれてしまう可能性があります。
• 希釈。 多くのエマルジョン製品は分散を改善するために水で事前に希釈できますが、希釈すると保存期間が大幅に短くなります。シフト内で使用する分だけを希釈してください。
• ストレージ。 容器を 5 ～ 35 ℃ に保ってください。ほとんどのエマルションは凍結すると永久に壊れてしまい、いくらかき混ぜても元に戻りません。
• 混合。 使用前にドラムをゆっくりと回転させてください。疎水性フィラーの沈降は正常であり、品質上の欠陥ではありません。
• ドキュメント。 技術データシート、安全データシート、およびバッチ固有の分析証明書をリクエストしてください。輸出市場の場合は、最初の注文後ではなく、試験前に仕向国をカバーする規制声明を求めてください。

時間を大幅に節約できる購入習慣の 1 つは、異なる化学ファミリーの 2 つの製品を同時に認定することです。規制変更や原材料不足により 1 つが削除された場合、2 つ目はすでに承認されており、作業を最初からやり直すことはありません。

よくある質問

消泡剤の典型的な投与量はどれくらいですか?

ほとんどのシリコーン消泡剤は、配合全体の 0.05% ～ 0.3% で使用されます。ミネラルオイルとシリコンフリーのポリマータイプは通常 0.2% ～ 1.0% です。範囲の下端から開始してはしごを実行し、はしごの上端で表面欠陥が生じないことを確認します。

消泡剤をレットダウン中ではなく製造の最後に添加できますか?

後添加も可能ですが、すでに発泡しているタンクではこれが唯一の実用的な選択肢となる場合があります。エマルション製品を使用し、適度に撹拌するとより効果的です。トレードオフは分散です。遅く添加された製品は分散にかかる時間が短く、せん断力も小さいため、タンク内の泡を制御できますが、塗布中に失敗する可能性があります。

消泡剤を追加すると泡が悪くなるのはなぜですか?

一般的な理由は 2 つあります。 1 つ目は過剰摂取です。特定の濃度を超えると、一部の界面活性剤は泡を壊すのではなく泡安定剤として機能します。 2 つ目は、乳化不良です。分散が不十分な消泡剤が大きな液滴を形成し、欠陥が発生し、同時に泡の表面に到達できなくなります。どちらも投与量を減らし、混合を改善することで解決されます。

シリコン消泡剤とシリコンフリー消泡剤のどちらを選択すればよいですか?

最速のノックダウンと最小限の用量が必要な場合、およびシステムがシリコーンを許容する場合は、シリコーンを選択してください。フィルムが透明または高光沢の場合、コーティングが 2 回目のコートを受け入れる必要がある場合、後続のプロセスステップがシロキサンに敏感な場合、または最終用途がコンプライアンス上の理由からシリコンを禁止している場合は、シリコンフリーを選択してください。

消泡剤は接着力や塗り重ね性に影響を与えますか?

シリコンを含む製品が主な原因となる可能性があります。遊離のシリコーン オイルはフィルムの形成中に表面に移動し、表面エネルギーを低下させます。これがまさに次のコートが濡れなくなる原因です。システムに再コーティング性が必要な場合は、シリコーンの使用量を減らすか、同じ効率レベルでシリコーンを含まない代替品をテストしてください。

消泡剤はどのくらいの期間保管できますか?

一般的な保存期限は、未開封の容器で 5 ～ 35 ℃ で保管した場合、製造日から 12 か月です。エマルジョンにはわずかな沈殿が見られる場合がありますが、これは正常な現象です。 2 つの透明な層に分離する場合、または強い臭気がある場合は、その製品を新しい適合性テストなしで使用すべきではないことを示します。

2 つの異なる消泡剤をブレンドできますか?

はい。単一の製品ではノックダウンと抑制の両方を実現できない場合、ブレンドが最良の解決策となることがよくあります。独自のラダー研究によって決定された比率で、迅速なノックダウン用の充填シリコーンと長期抑制用のシリコーンフリーポリマーをブレンドします。事前テストを行わずに、逆のイオン電荷を持つ 2 つのエマルジョンを混合しないでください。混合物がドラム内で壊れる可能性があります。

完全な試用前に消泡剤が適合するかどうかを確認するにはどうすればよいですか?

3 点スクリーニングを実行します。製品を、意図した用量の半分、意図した用量、および意図した用量の 2 倍で別々のサンプルに加え、次にガラス上にフィルムをキャストします。完全硬化後、光を当てて検査します。 2 倍量のサンプルがクリーンであれば、製品には通常の製造変動に対して十分な互換性のヘッドルームがあります。