EEspuma eliminadora: ¿Cómo elegir un agente antiespumante?

Respuesta rápida: Las decisiones sobre tintas de impresión generalmente se toman equilibrando la reología, la calidad de la transferencia, el comportamiento de secado o curado y el rendimiento final del sustrato. La respuesta más útil proviene de probar la condición real de la prensa, no solo las reglas de formulación teórica.

La aparición de espuma a menudo causa molestias y problemas en la producción industrial y en la vida diaria, por lo que encontrar un método eficaz para eliminar la espuma se ha convertido en la clave.

Los métodos antiespumantes se pueden dividir en dos categorías: físicos y químicos.

Desde una perspectiva física, se pueden utilizar muchos métodos para eliminar la espuma. Por ejemplo, se pueden utilizar deflectores o filtros para impedir mecánicamente la formación y supervivencia de espuma; se puede utilizar agitación mecánica para romper la estabilidad de la espuma mediante fuerzas externas; los efectos electrostáticos pueden cambiar la distribución de carga de la espuma y favorecer su ruptura; la congelación y el calentamiento pueden afectar las propiedades físicas de la espuma desde la perspectiva de los cambios de temperatura, respectivamente, destruyendo la estabilidad de la película de espuma; El vapor, la radiación, la centrifugación a alta velocidad, la presurización y despresurización, la vibración de alta frecuencia, la descarga instantánea y el ultrasonido (control del líquido mediante ondas sonoras) pueden, en diversos grados, aumentar la permeabilidad al gas en ambos extremos de la película líquida, acelerar la expulsión de la película de burbujas y hacer que el coeficiente de estabilidad de la espuma sea inferior a su coeficiente de atenuación, reduciendo así gradualmente la cantidad de espuma. Sin embargo, estos métodos físicos están claramente limitados por factores ambientales y es difícil lograr un alto nivel de eficiencia antiespumante. Sin embargo, tienen la ventaja de ser respetuosos con el medio ambiente y tener una alta tasa de reciclaje, por lo que siguen siendo valiosos en algunos escenarios donde los requisitos medioambientales son estrictos.

Los métodos químicos antiespumantes incluyen principalmente métodos de reacción química y métodos de adición de antiespumantes. Los métodos de reacción química implican agregar reactivos específicos al sistema de espuma para provocar una reacción química con el agente espumante, generando sustancias que son insolubles en agua, reduciendo así la concentración de tensioactivo en la película líquida y, en última instancia, provocando que la espuma se rompa. Sin embargo, este método enfrenta el dilema de la dificultad para determinar la composición del agente espumante y las sustancias insolubles producidas pueden dañar el equipo del sistema. En diversas industrias actuales, la adición de antiespumantes como CHLUMIAF 094 Defoamer y CHLUMIAF 3062 Defoamer es el medio antiespumante más utilizado.Su mayor ventaja es su alta eficacia antiespumante y su extrema facilidad de uso, pero la clave está en encontrar un producto antiespumante adecuado y altamente eficaz.

El principio de funcionamiento de los antiespumantes puede adoptar diversas formas. Una forma es reducir la tensión superficial local de la espuma. Por ejemplo, rociar alcoholes de alta calidad o aceites vegetales en la espuma, cuando se disuelven en el líquido de la espuma, puede reducir significativamente la tensión superficial local. Dado que estas sustancias tienen baja solubilidad en agua, la reducción de la tensión superficial se limita al área local de la espuma y la tensión superficial alrededor de ella permanece casi sin cambios. La parte de la tensión superficial que se ha reducido es fuertemente atraída hacia el entorno y se expande hasta que la espuma se rompe. Tomemos como ejemplo algunos recipientes de reacción en la producción química. Durante la reacción se genera una gran cantidad de espuma. Si se añade una cantidad moderada de alcohol antiespumante de alta calidad, se puede destruir eficazmente la estabilidad de la espuma, de modo que la reacción pueda desarrollarse sin problemas. En segundo lugar, después de agregar el antiespumante al sistema de espuma, se extenderá a la interfaz gas-líquido, destruyendo la capacidad del tensioactivo con estabilidad de la espuma para restaurar la elasticidad de la película, provocando así que las burbujas se rompan. En tercer lugar, los antiespumantes pueden favorecer la descarga de películas líquidas. La velocidad de descarga de la espuma está estrechamente relacionada con la estabilidad de la espuma. Las sustancias que pueden acelerar la liberación de espuma también pueden tener un efecto antiespumante. En cuarto lugar, las partículas sólidas hidrófobas agregadas a la superficie de las burbujas atraerán los extremos hidrófobos de los tensioactivos, haciendo que las partículas hidrófobas sean hidrófilas y entren en la fase acuosa, rompiendo así las burbujas. Este principio se puede utilizar en algunos procesos de tratamiento de aguas residuales para eliminar la espuma añadiendo partículas sólidas hidrofóbicas específicas. En quinto lugar, algunas sustancias de bajo peso molecular que se pueden mezclar completamente con la solución, como alcoholes como octanol, etanol y propanol, pueden disolver el tensioactivo en la superficie de la burbuja, reduciendo su concentración efectiva. No sólo pueden reducir la concentración de tensioactivo en la capa superficial, sino que también pueden disolverse en la capa de adsorción de tensioactivo, debilitando la estabilidad de la espuma. En sexto lugar, para los líquidos espumantes que dependen de la interacción de la doble capa eléctrica del tensioactivo en la espuma para producir estabilidad, agregar un electrolito común puede destruir la doble capa eléctrica del tensioactivo para lograr el propósito de desespumar.

Los antiespumantes comunes se pueden dividir en silicona (resina), tensioactivos, parafina y aceite mineral según su composición.Los antiespumantes de silicona, también conocidos como antiespumantes emulsionantes, se utilizan emulsionando resinas de silicona en agua con la ayuda de emulsionantes (tensioactivos) y luego agregándolas al agua residual. El polvo fino de sílice es otro tipo de antiespumante de silicona con excelentes propiedades antiespumantes. Los antiespumantes tensioactivos son en realidad emulsionantes que utilizan su efecto dispersante para mantener las sustancias espumantes en un estado emulsionado estable en agua, evitando así la formación de espuma. Los antiespumantes de parafina se elaboran emulsionando y dispersando parafina o sus derivados con emulsionantes, y su uso es similar al de emulsionar antiespumantes con tensioactivos. El aceite mineral es el principal ingrediente antiespumante y, para mejorar el efecto, a veces se utilizan en combinación sustancias como jabones metálicos, aceites de silicona y sílice. Además, se añaden varios tensioactivos para facilitar que el aceite mineral se extienda a la superficie del líquido espumoso o para dispersar uniformemente los jabones metálicos en el aceite mineral.

Los diferentes tipos de antiespumantes tienen sus propias ventajas y desventajas. Los antiespumantes orgánicos como el aceite mineral, las amidas, los alcoholes inferiores, los ácidos grasos y los ésteres de ácidos grasos y los fosfatos pertenecen a la primera generación de antiespumantes. Estos antiespumantes se desarrollaron y aplicaron relativamente pronto y tienen las ventajas de ser fáciles de obtener materias primas, respetuosos con el medio ambiente y bajos costos de producción. Sin embargo, tienen una baja eficacia antiespumante, son muy específicos y tienen condiciones de uso duras. Los antiespumantes de poliéter son antiespumantes de segunda generación e incluyen principalmente poliéteres lineales, poliéteres con alcoholes o aminas como iniciadores y derivados de hidroxilo poliéter terminales. Su mayor ventaja es su fuerte capacidad antiespumante y algunos también tienen excelentes propiedades, como resistencia a altas temperaturas y resistencia a ácidos y álcalis fuertes. Sin embargo, sus condiciones de aplicación están muy limitadas por la temperatura y sus campos de aplicación son relativamente limitados. Es necesario mejorar su capacidad antiespumante y su tasa de rotura de burbujas. Como antiespumante de tercera generación, el antiespumante de silicona tiene fuertes propiedades antiespumantes, una rápida velocidad de ruptura de burbujas, baja volatilidad, no es tóxico para el medio ambiente, es fisiológicamente inerte y tiene una amplia gama de aplicaciones. Tiene amplias perspectivas de aplicación y un enorme potencial de mercado, pero todavía hay margen de mejora en su rendimiento antiespumante en algunos escenarios específicos. El antiespumante de polisiloxano modificado con poliéter combina las ventajas del antiespumante de poliéter y el antiespumante de silicona, y es la tendencia de desarrollo de los antiespumantes.En ocasiones se pueden reutilizar en función de su solubilidad inversa, pero actualmente existen pocos tipos de este tipo de antiespumantes y aún se encuentran en etapa de investigación y desarrollo, por lo que el costo de producción es relativamente alto.

A la hora de seleccionar un antiespumante, es necesario tener en cuenta una serie de factores. En primer lugar, el antiespumante debe ser insoluble o poco soluble en el líquido espumante. Dado que el antiespumante necesita concentrarse y ejercer su efecto sobre la película de espuma, es importante que el antiespumante pueda alcanzar rápidamente este estado y que el agente antiespumante lo mantenga en todo momento. Por lo tanto, sólo los antiespumantes insolubles o poco solubles pueden alcanzar fácilmente un estado sobresaturado en el líquido espumante, de modo que puedan acumularse en la interfaz gas-líquido y concentrarse en la película de burbujas para ejercer su efecto a una concentración más baja. Para los antiespumantes utilizados en sistemas acuosos, las moléculas del ingrediente activo deben ser fuertemente hidrófobas y débilmente hidrófilas, y funcionan mejor cuando el valor HLB está entre 1,5 y 3. Por ejemplo, en la producción de pinturas a base de agua, si el antiespumante no es adecuadamente soluble, no podrá eliminar eficazmente la espuma y también puede afectar la calidad y el rendimiento de la pintura. En segundo lugar, la tensión superficial del antiespumante debe ser menor que la del líquido espumante. Sólo cuando las fuerzas intermoleculares de las moléculas del antiespumante son débiles y la tensión superficial es menor que la del líquido espumante, las partículas del antiespumante pueden penetrar y expandirse en la película de espuma. Cabe señalar aquí que la tensión superficial del líquido espumante no es la tensión superficial de la solución, sino específicamente la tensión superficial en el estado de espuma. Además, el antiespumante y el líquido espumante deben tener cierta afinidad. Debido a que el proceso antiespumante es esencialmente una competencia entre la velocidad a la que la espuma colapsa y la velocidad a la que se genera, el antiespumante debe poder dispersarse rápidamente en el líquido espumante para tener un efecto rápido en un área amplia. Si el ingrediente activo del antiespumante es demasiado similar al líquido espumoso, se disolverá. Si está demasiado disperso, será difícil que surta efecto. El efecto sólo será bueno cuando la afinidad sea la adecuada. Además, el antiespumante no debe reaccionar químicamente con el líquido espumoso, de lo contrario perderá su efecto antiespumante por un lado y se pueden producir sustancias nocivas por el otro, afectando el crecimiento microbiano, etc. Finalmente, el antiespumante debe tener una baja volatilidad y una larga duración de acción. A la hora de determinar el sistema de uso del antiespumante, es necesario distinguir entre un sistema a base de agua y un sistema a base de aceite.Por ejemplo, en la industria de la fermentación, generalmente se deben usar antiespumantes a base de aceite, como aceites de silicona modificados con poliéter o poliéteres, mientras que en la industria de pinturas a base de agua se deben usar antiespumantes a base de agua y antiespumantes de silicona. Al mismo tiempo, también es necesario comparar la cantidad de antiespumante añadido y consultar el precio para obtener el producto antiespumante más adecuado y económico.

La eficacia del uso de antiespumantes también se ve afectada por diversos factores. La dispersabilidad del antiespumante en la solución tiene un efecto significativo sobre el rendimiento antiespumante. Debe tener un grado apropiado de dispersión, y un tamaño de partícula demasiado grande o demasiado pequeño afectará la actividad antiespumante. En términos de compatibilidad en el sistema de espuma, cuando el tensioactivo está completamente disuelto en la solución acuosa, normalmente tiende a estabilizar la espuma en la interfaz gas-líquido de la espuma; mientras que cuando el tensioactivo es insoluble o sobresaturado, sus partículas se dispersarán en la solución y se acumularán en la espuma, desespumando. No se debe ignorar la temperatura ambiente del sistema de espuma. Cuando la temperatura del líquido espumante es alta, se debe utilizar un antiespumante especial para altas temperaturas. De lo contrario, no sólo se reducirá considerablemente el efecto antiespumante de los antiespumantes comunes, sino que también puede producirse demulsificación. Durante el embalaje, almacenamiento y transporte, los antiespumantes deben almacenarse entre 5 y 35 °C. La vida útil es generalmente de 6 meses. Deben mantenerse alejados de fuentes de calor y expuestos a la luz solar. Después de su uso, se deben sellar para evitar su deterioro. La proporción de adición del antiespumante también es muy importante. El efecto de añadir el antiespumante sin diluir es diferente al de añadirlo después de diluirlo. Debido a la baja concentración de tensioactivo, la emulsión antiespumante después de la dilución es extremadamente inestable y se separa rápidamente en capas. Tiene un rendimiento antiespumante deficiente y no es adecuado para almacenamiento a largo plazo. Se recomienda utilizar el antiespumante inmediatamente después de la dilución. La proporción de adición debe determinarse mediante pruebas in situ para garantizar el efecto deseado y no debe agregarse en exceso.

A vista práctica de formulación de temas de impresión y procesamiento de tinta

Los problemas de rendimiento de

Ink suelen ser problemas de múltiples variables. Los equipos generalmente se mueven más rápido cuando analizan la transferencia, el flujo, el secado o el curado y el sustrato se mantienen unidos en lugar de cambiar una materia prima a la vez sin un marco de decisión claro.

• Defina el cuello de botella real del proceso: la mala transferencia, los problemas de secado, la formación de piel y la inestabilidad del color a menudo necesitan diferentes rutas correctivas.
• Compruebe la viscosidad dentro del proceso de impresión: una tinta que se ve bien en el contenedor puede comportarse de manera muy diferente en la máquina.
• Revise la compatibilidad del sustrato: El papel, la película, las superficies metalizadas y los laminados a menudo requieren diferentes puntos de equilibrio.
• Utilice comprobaciones posteriores a la impresión como parte de la selección: la resistencia al rayado, la adhesión de la cinta, el comportamiento de laminación y la estabilidad en almacenamiento suelen ser tan importantes como la apariencia de la impresión nueva.

Referencias de productos recomendados

• CHLUMINIT LAP: Una buena opción cuando se están revisando la respuesta a la luz azul o las ventanas de curado avanzado.
• CHLUMIAF 094: Un antiespumante de referencia equilibrado para revestimientos a base de agua y muchas pantallas generales de control de espuma.
• CHLUMIAF 3062: Útil cuando la compatibilidad de la tinta de impresión y la tinta UV es importante en la pantalla antiespumante.
• CHLUMIAF 3037: Una opción antiespumante de proceso más potente cuando la espuma persistente sobrevive a condiciones más duras.

Preguntas frecuentes para compradores y formuladores

¿Por qué muchos problemas de tinta requieren más de un cambio de formulación?
Debido a que el flujo, la transferencia, el secado, la adhesión y la apariencia interactúan, mejorar uno de ellos a veces puede empeorar otro si no se revisa el sistema completo en conjunto.

¿Debería juzgarse la reología sólo por un único número de viscosidad?
No suele ser así. La imprimibilidad también depende del comportamiento de transferencia, la temperatura, el historial de corte y cómo se comporta la tinta en la prensa real.

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