Entschäumung / Entlüftung

Produktfinder

Produktübersicht

Techn. Beratung

Bericht als PDF

Die wachsenden Anforderungen an den Entwickler für Farben und Lacke seine Formulierung in ökologischer (Reduzierung von Lösemittel, frei von VOC, frei von APEO…), aber auch ökonomischer Sicht zu optimieren, fordert den Rohstofflieferanten stetig, neue Lösungen zu finden, damit diese Anforderungen erfüllt werden können.

Auch im Bereich Entschäumer mussten in den letzten Jahren neue Produkte entwickelt werden, da zum Teil, altbewährte Produkte aufgrund der ökologischen Forderungen nicht mehr eingesetzt werden durften oder aber in den neuen Bindemitteltypen bzw. Dispersionen nicht mehr wirkten. Die Auswahl des richtigen Entschäumers bietet Vorteile in der Produktion, Applikation und Optik des ausgehärteten Lackfilms. So wird der kostenintensive Dispergierprozeß verbessert, es werden Probleme bei der Abfüllung der Farbe vermieden und letztendlich Oberflächenstörungen wie z.B. Nadelstiche (Pinholes), Krater etc. verhindert.

Was ist Schaum? Wie entsteht Schaum?

Nach der heute allgemein gültigen Auffassung sind Schäume thermodynamische instabile Zwei-Phasen- Systeme, das heißt grobdisperse Verteilungen von gasförmigen Substanzen in einem festen oder flüssigen Medium.

Reine Flüssigkeiten schäumen nicht. Schüttelt man eine Flasche Wasser bilden sich Blasen innerhalb der Flüssigkeit, der sogenannte Kugelschaum, die Blase steigt auf und zerplatzt beim Durchdringen der Flüssigkeitsoberfläche (siehe Abb.1).


Abb. 1



Bei einer Stabilisierung des Kugelschaumes an der Flüssigkeitsoberfläche, werden oberhalb der Grenze der dichtesten Kugelpackung die Kugelblasen zu polyedrischen Lamellen deformiert, die von einigen Nanometer dünnen Häutchen begrenzt werden. Es entsteht der sogenannte Polyederschaum (siehe Abb.3).

Die Aufstiegsgeschwindigkeit der Blasen in einem flüssigen Medium gehorcht dem Gesetz von Stokes. Das heißt, entscheidend sind Blasendurchmesser und die Viskosität der Flüssigkeit.

Wie schon beschrieben, sind Schäume in reinen Flüssigkeiten thermodynamisch instabil. Die Feststellung steht aber im Gegensatz zur täglichen Praxis beim Umgang mit Anstrichstoffen. Lacke bzw. Farben sind keine reinen Flüssigkeiten. Sie enthalten grenzflächenaktive Substanzen, um damit bestimmte Eigenschaften in der Formulierung einzustellen.

Schon bei der Herstellung von Polymerdispersionen kommen Emulgatoren zum Einsatz. Es werden Additive eingesetzt, um bestimmte Eigenschaften in der Formulierung bzw. Prozesse während der Produktion zu verbessern. Beispiele hierzu sind Dispergierhilfsmittel, Netzmittel oder Verlaufhilfsmittel.

Grenzflächenaktive Substanzen wie in diesen Beispiel Emulgatoren sind Dipole mit hydrophoben und hydrophilen Zentren. In nichtionischen Netzmitteln z.B. bildet ein Polyether aus Ethylenoxid unterschiedlicher Moleküllänge den hydrophilen Teil, der hydrophobe Gegenpol kann ein Fettalkohol oder eine Fettsäure sein. Diese Produkte sind in der Lage, sich an der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Luft anzureichern oder Mizellen in Wasser zu bilden, wobei der hydrophile Teil unter Reduktion der Oberflächenspannung zum Wasser ausgerichtet ist.

Wird nun Luft in einen wässerigen Anstrichstoff eingetragen, der grenzflächenaktive Substanzen enthält, orientieren sich die Tenside an der Grenzfläche zu Luft (Flüssigkeitsoberfläche, Luftblase (siehe Abb. 2)). Steigt die Blase auf und stößt an die Flüssigkeitsoberfläche, dehnt sich der elastische Oberflächenfilm unter Ausbildung einer stabilen Schaumblase aus, die von einem Flüssigkeitsfilm, der sogenannten Schaumlamelle umgeben ist. Außer den Berührungsflächen der Blasen innerhalb des Schaumes, gibt es noch restliche Flüssigkeit-Luft-Grenzflächen. Dort sind die Flüssigkeitsfilme stark gegen die Luftblase gekrümmt und bilden den Plateaurand. Aufgrund der unterschiedlichen Druckverhältnisse entsteht eine Saugwirkung, wodurch die Flüssigkeit aus den Lamellen in den Plateaurand gezogen wird. Durch diese Drainage wird die Blasenwand immer dünner, was schließlich zum Lamellenbruch führen müsste, wenn nicht Gegenkräfte den Drainagevorgang bremsen würden. Die Ursache hierfür können z.B. elektrostatische Abstoßung der Tensidmoleküle in dem dünner werdenden Flüssigkeitsfilmen und somit immer näher kommenden Tensiden sein (siehe Abb.2) oder äußere Einflüsse wie Temperatur und Viskosität.


Abb.2

Verursacher in der Lackindustrie für mögliche Schaumprobleme können folgende Parameter sein:

• Produktion - Dispergier– und Mischprozess, Abfüllen
• Applikation - Spritzen (Airless, Airmix), Gießen (Pumpen), Streichen, Rollen…
• Chemische Reaktion - z. B. PUR – Lack appliziert bei hoher Luftfeuchtigkeit
• Untergrund - z. B. Holz
• Allgemeine Lackparameter - Viskosität, Rheologie

In der Lackindustrie wird im Allgemeinen nach Lösungen gegen Mikroschaum (Pinholes) oder Makroschaum gefragt. Mikroschaum tritt besonders in lösemittelhaltigen, lösemittelfreien, aber auch wässrigen Formulierungen mit niedriger PVK auf. Den sogenannten Makroschaum findet man häufiger in wässrigen Systemen. Entschäumer bzw. Entlüfter haben die Aufgabe diesen Schaum zu verhindern, wobei Entschäumer eher den Schaum an der Oberfläche (Makroschaum) bekämpfen, während Entlüfter die Aufstiegsgeschwindigkeit der Luftblase (Mikroschaum) im nassen Lackfilm beschleunigen, damit die Luftblase noch den Lackfilm vor der Trocknung verlassen kann. In der Praxis lässt sich diese Unterscheidung allerdings meist nicht konsequent durchhalten und es ist oft auch nicht möglich, die Wirksamkeit von Additiven allein als Entschäumer bzw. Entlüfter zu klassifizieren. In beiden Zusammenhängen wird daher in der Regel allgemein von Entschäumern gesprochen.

Abb. 3

Makroschaum besteht primär aus Polyederschaum. Mikroschaum besteht aus so kleinen Blasen, dass diese nicht zur Oberfläche aufsteigen, sondern in der Flüssigkeit verbleiben.

Wirkungsweise von Entschäumer

Entschäumer müssen in der zu entschäumenden Flüssigkeit unverträglich sein. Er soll möglichst schnell in die Schaumlamelle eindringen, auf die Lamelle spreiten und die Schaumlamelle zerstören. Die auf dem Markt übliche Klassifizierung der Entschäumer in Mineralöl-, Weißöl-, Silikonöl- oder Polymertyp geben prinzipiell keine Aussage über das Einsatzgebiet der Type, sondern nur die Art des Trägermaterials, mit denen die Wirksubstanzen wie z.B. Kieselsäure, Metallseifen etc. zur Schaumlamelle transportiert werden. Die Trägermaterialien haben die Aufgabe die Wirksubstanz so schnell wie möglich zur Schaumlamelle zu bringen (Eindringungskoeffizient) und dort zu spreiten (Spreitungskoeffizient). Wirksubstanzen wie z. B. Kieselsäure absorbieren die Netzmittel von der Schaumlamelle, destabilisieren sie hiermit und zerstören im Idealfall die Blase. Natürlich besitzen die Träger auch eine Antischaumwirkung, die jedoch häufig für die Anforderungen in der Lackindustrie nicht ausreichend sind.


Beispiele für Trägermaterialien

• Mineralöle
• Silikonöle
• Weißöle
• Polymere
• Native Öle


Beispiele für Wirksubstanzen

• Kieselsäuren
• Wachse
• Harnstoffe
• Metallseifen


Die allgemeinen Eigenschaften der aufgeführten Produktklassen lassen sich in folgender Tabelle grob zusammenfassen (ist aber natürlich Abhängig vom jeweiligen System):

Wie schon berichtet, müssen Entschäumer unverträglich in dem zu entschäumenden System sein. Man möchte sie aber gleichzeitig möglichst ohne hohe Scherkräfte einarbeiten. Parameter wie Verlauf (Krater), Glanz, Schleier in Klarlacken sollen nicht beeinflusst werden. Trotzdem soll aber der Entschäumer möglichst auch noch nach langer Lagerung der Farbe hundertprozentig wirken.

Die Fa. Schwegmann bietet eine breite Produktpalette an Entschäumern / Entlüftern für lösemittelhaltige, lösemittelfreie und wässrige Systeme an. Sie basieren auf den unterschiedlichsten Trägermaterialien. So findet man Typen auf der Basis von Mineralöl, Natives Öl, modifizierte Silikonöle, aber auch auf Polymerbasis. Weiterhin findet man sogenannte 100 % Produkte, aber auch um die Einarbeitung zu vereinfachen, Produkte vorgelöst in Lösemittel oder auf Emulsionsbasis.

Der erste Schritt die Reduzierung des VOC – Gehaltes in Lacke und Farben genüge zu werden, war die Entwicklung unserer VOC – freien / armen Entschäumer SCHWEGO® foam 6303, 6354, 6356, 6375, 6377 und 6388. Es sind Weiterentwicklungen unserer altbewährten BLISTER FREE – Typen. Im Vergleich wurde mit den neuen Typen nicht nur der Gehalt an VOC reduziert, sondern es konnte auch die Wirksamkeit verbessert werden. Siehe hierzu die Testresultate in einem langöligen Alkydharz (Abb.4) und einem Acrylatharz, OH – funktionell (Abb.5).

SCHWEGO® foam 6305, 6390 und 6391 sind neue Entschäumeremulsionen speziell für wässrige Lacksysteme entwickelt. Sie besitzen in Formulierungen mit Dispersionen / Emulsionen unterschiedlichster Zusammensetzung gute Wirksamkeit gegen Mikro- und Makroschaum. Einsatzgebiete sind glänzende Dispersionslacke, matte bis seidenglänzende Dispersionsfarben, Klarlacke und Industrielacke.

SCHWEGO® foam 6360 und 6361 sind Entlüfter speziell entwickelt für UV – Lacke. Die Produkte sind in der Lage bei der UV – Härtung mit zu vernetzen und stören entsprechend nicht den Film.

Mögliche Testmethoden zur Beurteilung von

Entschäumern:

Dichtebestimmung
Die Probe wird unter definierten Bedingungen (Zeit, Umdrehungszahl, Rührscheibe, Gefäßdurchmesser) mit den Dispermaten / Dissolver gerührt. Hierbei wird Luft in der Probe eingeführt. Direkt nach dem Rühren wird die Dichte der Probe mit dem Lackpyknometer bestimmt. Je höher der Wert, desto besser ist die Wirkung des Entschäumers.

Verträglichkeitstest
Die Farbe mit einen Rakel (definierte Schichtdicke) auf einen nicht saugenden Untergrund aufziehen. Nach der Trocknung wird der Glanz und Verlauf (Krater, Fischaugen etc.) geprüft.

Volumentest
Es wird unter definierten Bedingungen z.B. Rühren oder Schütteln Luft in das System eingetragen und das resultierende Gesamtvolumen mit einem Messzylinder bestimmt. Im nächsten Schritt wird die zeitabhängige Schaumabnahme beobachtet und aufgenommen.

Applikationstest
Natürlich ist es sinnvoll, den Lack mit Entschäumer möglichst so zu applizieren wie der Lack später verarbeitet wird. Da dieses aber nicht immer möglich ist, hat sich folgender Test bewährt, um die Wirksamkeit von Entschäumern zu vergleichen. Eine definierte Menge Lack wird auf einen nicht saugenden Untergrund definierter Größe mit der Schwammwalze (Pinsel) appliziert. Nach der Trocknung wird der Film bezüglich Makro- und Mikroschaum beurteilt. Auch mit der sogenannten Tupfmethode ( Pinsel / Schwamm) kann die Wirksamkeit des Entschäumers gegen Makro- und Mikroschaum beobachtet und bewertet werden.

Langzeitwirksamkeit
Da Entschäumer tendenziell während der Lagerung der Farbe an Wirksamkeit verlieren, sollte man die Probe mit Entschäumer bei 50°C 21 Tage lagern (Temperatur ist abhängig von der Dispersion, zum Teil kann nur bei 40°C gelagert werden) und die Wirksamkeitsprüfung wiederholen. Das Resultat sollte möglichst mit dem vor der Lagerung identisch sein, andernfalls sollte der Entschäumer höher dosiert werden.

Vergleichsversuche unserer Entschäumer

Die Resultate sind dargestellt in Vol % Luft d. h. es wurde die Menge Luft berechnet, die nach einer definierten Rührzeit in dem System eingebracht wurde. Je niedriger der Wert, desto besser ist der Entschäumer.

Abb.4
Prüfresultate in einem langöligen Alkydharz
Bindemittel: Setal A F681 (Fa. Nuplex Industries Ltd.)
Dosierung: 0,5% Entschäumer bezogen auf Bindemittel
Prüfmethode: Luftgehalt nach einer Rührbelastung von 10 Minuten bei 4000 UpM

BF = BLISTER FREE, SF = SCHWEGO® foam

Abb.5
Prüfresultate in einem OH - funktionellen Acrylatharz
Bindemittel: Setalux 1151 XX-51 (Fa. Nuplex Industries Ltd.)
Dosierung: 0,5% Entschäumer bezogen auf Bindemittel
Prüfmethode: Luftgehalt nach einer Rührbelastung von 10 Minuten bei 4000 UpM


BF = BLISTER FREE, SF = SCHWEGO® foam

Abb.6
Prüfresultate in einem wässrigen Dispersionslack; Basis: Acrylatdispersion, selbstvernetzend
Dispersion: Neocryl XK 98 (Fa. DSM N.V.)
Dosierung: 0,5% Entschäumer bezogen auf den Lack
Prüfung 1: Luftgehalt nach einer Rührbelastung von 5 Minuten bei 4000 UpM
Prüfung 2: Applikation mit der Schwammwalze

Prüfung 1 – Luftgehalt


SF = SCHWEGO® foam

Abb.7
Prüfung 2 – Applikationstest


SF = SCHWEGO® foam

Abb.8
Prüfresultate in zwei seidenglänzenden Dispersionsfarben auf Basis einer Styrol / Acrylat-Dispersion und einer Vinylacetat / Vinylversatat-Dispersion
Dispersion: Ecrylic KD 790 (S/A-Type) und Ecrovin LV 485 (VA-Type) (Fa. Michelmann)
Dosierung: 0,5% Entschäumer bezogen auf die Farbe
Prüfung 1: Luftgehalt nach einer Rührbelastung von 5 Minuten bei 4000 UpM
Prüfung 2: Applikation mit der Schwammwalze

Prüfung 1 – Luftgehalt


SF = SCHWEGO® foam

Abb.9
Prüfung 2
Applikationtest in der Farbe auf der Basis von Ecrylic KDA 790 (Styrol / Acrylat – Dispersion)


SF = SCHWEGO® foam

Abb.10
Applikationstest in der Farbe auf der Basis von Ecrovin LV 485 (Vinylacetat / Vinylversatat – Dispersion)


SF = SCHWEGO® foam

Abb.11
Prüfresultate in einem wässrigen Holzsperrgrund; Basis: Alkydharzemulsion, kationisch
Bindemittel: Necowell 4400 ( Fa. ASK Chemicals)
Dosierung: 0,5% Entschäumer bezogen auf den Lack
Prüfung 1: Luftgehalt nach einer Rührbelastung von 5 Minuten bei 4000 UpM


SF = SCHWEGO® foam

Den universellen Entschäumer, der tatsächlich in allen unterschiedlichen Formulierungen optimal wirkt, gibt es nicht. Es sollte immer durch eine gezielte Prüfung der ideale Entschäumer gefunden werden.

Zusammenfassung

Obige Testresultate können wie folgt zusammengefasst werden.

Die lösemittelarmen Entschäumerformulierungen (SCHWEGO® foam 6303 / 6354 / 6356 / 6375 / 6377 und 6388) erreichen in den Testresultaten, im Vergleich zur den Standardprodukten, gleich gute zum Teil aber auch bessere Wirksamkeit im Dichtetest. Besonders mit SCHWEGO® foam 6375 wird in beiden Bindemitteln eine sehr gute Wirksamkeit gegen Makroschaum erzielt. Aber auch bei der Applikation ist die entlüftende Wirkung mit SCHWEGO® foam 6375 sehr schnell. Einsatzgebiete wären z.B. High-Solid-Malerlacke, NC-Lacke.

SCHWEGO® foam 6305, ein Entschäumer auf Polymerbasis, wurde für wässrige Systeme entwickelt. Er hat ein sehr breites Anwendungsspektrum und erzielt eine sehr gute Wirksamkeit gegen Mikro- und Makroschaum. Das Produkt kann in hochglänzenden Malerlacken auf der Basis von Reinacrylat-dispersionen oder Alkydharzemulsionen eingesetzt werden, aber auch in lösemittelfreien seidenglänzenden Dispersionsfarben Basis von Styrol / Acrylat - oder Vinylacetat- Dispersionen sowie in wässrige Industrielacke und Holzlacke.

SCHWEGO® foam 6390 ist eine Silikonölemulsion, die sehr einfach in das zu entschäumende System eingearbeitet werden kann. Er besitzt einen sehr guten Knock Down Effekt und ist chemisch inert.

SCHWEGO® foam 6391 ist eine Emulsion unterschiedlichster Wirksubstanzen mit sehr universellen Eigenschaften. So erzielt er in Dispersionslacke, Dispersionsfarben aber auch wässrige Industrielacke gute Resultate.

SCHWEGO® foam 6325 ist ein Entschäumer auf der Basis von nativen Rohstoffen. Das Einsatzgebiet sind Farben mit mittlerer bis hoher PVK. SCHWEGO® foam 6325 hat keinen negativen Einfluss auf den Glanz.

SCHWEGO® foam 8325 ist ein Mineralölentschäumer mit seinen Einsatzgebieten.

SCHWEGO® foam 8333 ist ein Polymerentschäumer und wird in Dispersionslacke, Holzlacke, Industrielacke wie z.B. wässrige 2 K – PUR – Systeme) und Parkettlacke eingesetzt. Weiterhin ist er in emissionsfreie Dispersionsfarben im Einsatz.

SCHWEGO foam® 8336 ist ein Silikonölentschäumer, der in Holzlacke, Lasuren, Parkettlacke, Druckfarben und Industrielacke verarbeitet wird.

XX - besonders empfohlen, X - empfohlen