Eliminare la schiuma: come scegliere un agente antischiuma?

Quick answer: Printing ink decisions are usually made by balancing rheology, transfer quality, drying or curing behavior, and final substrate performance. The most useful answer comes from testing the real press condition, not only theoretical formulation rules.

La formazione di schiuma è spesso causa di inconvenienti e problemi nella produzione industriale e nella vita quotidiana, per cui la ricerca di un metodo efficace di antischiuma è diventata fondamentale.

I metodi di antischiuma possono essere suddivisi in due categorie: fisici e chimici.

Da un punto di vista fisico, si possono utilizzare molti metodi per eliminare la schiuma. Ad esempio, si possono utilizzare deflettori o filtri per impedire meccanicamente la formazione e la sopravvivenza della schiuma; l'agitazione meccanica può essere utilizzata per rompere la stabilità della schiuma mediante forze esterne; gli effetti elettrostatici possono modificare la distribuzione della carica della schiuma e favorirne la rottura; il congelamento e il riscaldamento possono influenzare le proprietà fisiche della schiuma dal punto di vista delle variazioni di temperatura, distruggendo rispettivamente la stabilità del film di schiuma; il vapore, le radiazioni, la centrifugazione ad alta velocità, la pressurizzazione e la depressurizzazione, le vibrazioni ad alta frequenza, le scariche istantanee e gli ultrasuoni (controllo del liquido con onde sonore) possono tutti, in varia misura, aumentare la permeabilità ai gas alle due estremità del film liquido, accelerare l'espulsione del film di bolle e far sì che il coefficiente di stabilità della schiuma sia inferiore al suo coefficiente di attenuazione, riducendo così gradualmente la quantità di schiuma. Tuttavia, questi metodi fisici sono chiaramente limitati da fattori ambientali ed è difficile raggiungere un elevato livello di efficienza di defoaming. Tuttavia, hanno il vantaggio di essere rispettosi dell'ambiente e di avere un alto tasso di riciclaggio, quindi sono ancora utili in alcuni scenari in cui i requisiti ambientali sono severi.

Chemical defoaming methods mainly include chemical reaction methods and defoamer addition methods. Chemical reaction methods involve adding specific reagents to the foam system to cause a chemical reaction with the foaming agent, generating substances that are insoluble in water, thereby reducing the concentration of surfactant in the liquid film and ultimately causing the foam to break. However, this method faces the dilemma of difficulty in determining the composition of the foaming agent, and the insoluble substances produced may damage the system equipment. In various industries today, the addition of defoamers such as CHLUMIAF 094 Defoamer e CHLUMIAF 3062 Defoamer is the most widely used means of defoaming. Its greatest advantage is its high defoaming efficiency and extreme ease of use, but the key is to find a suitable and highly effective defoamer product.

Il principio di funzionamento degli antischiuma può assumere varie forme. Un modo è quello di ridurre la tensione superficiale locale della schiuma. Ad esempio, spruzzando nella schiuma alcoli di alta qualità o oli vegetali che si sciolgono nel liquido della schiuma, si può ridurre significativamente la tensione superficiale locale. Poiché queste sostanze hanno una bassa solubilità in acqua, la riduzione della tensione superficiale è limitata all'area locale della schiuma, mentre la tensione superficiale intorno ad essa rimane quasi invariata. La parte di tensione superficiale che è stata ridotta viene fortemente tirata verso l'ambiente circostante e si espande fino alla rottura della schiuma. Prendiamo come esempio alcuni recipienti di reazione nella produzione chimica. Durante la reazione si genera una grande quantità di schiuma. Se si aggiunge una quantità moderata di antischiuma alcolico di alta qualità, la stabilità della schiuma può essere efficacemente distrutta, in modo che la reazione possa procedere senza problemi. In secondo luogo, dopo l'aggiunta di un antischiuma al sistema di schiuma, questo si diffonde all'interfaccia gas-liquido, distruggendo la capacità del tensioattivo con stabilità della schiuma di ripristinare l'elasticità del film e causando così la rottura delle bolle. In terzo luogo, gli antischiuma possono favorire lo scarico dei film liquidi. La velocità di scarico della schiuma è strettamente correlata alla stabilità della schiuma. Le sostanze che possono accelerare lo scarico della schiuma possono anche avere un effetto antischiuma. In quarto luogo, le particelle solide idrofobe aggiunte alla superficie delle bolle attirano le estremità idrofobe dei tensioattivi, rendendo le particelle idrofobe idrofile ed entrando nella fase acquosa, rompendo così le bolle. Questo principio può essere utilizzato in alcuni processi di trattamento delle acque reflue per eliminare la schiuma aggiungendo specifiche particelle solide idrofobe. In quinto luogo, alcune sostanze a basso contenuto molecolare che possono essere completamente mescolate alla soluzione, come gli alcoli quali ottanolo, etanolo e propanolo, possono dissolvere il tensioattivo sulla superficie della bolla, riducendone la concentrazione effettiva. Non solo possono ridurre la concentrazione di tensioattivo sullo strato superficiale, ma possono anche dissolversi nello strato di adsorbimento del tensioattivo, indebolendo la stabilità della schiuma. In sesto luogo, per i liquidi schiumogeni che si basano sull'interazione del doppio strato elettrico del tensioattivo nella schiuma per produrre stabilità, l'aggiunta di un comune elettrolita può distruggere il doppio strato elettrico del tensioattivo per raggiungere lo scopo della schiumatura.

I comuni antischiuma possono essere suddivisi in silicone (resina), tensioattivi, paraffina e olio minerale in base alla loro composizione. Gli antischiuma siliconici, noti anche come antischiuma emulsionanti, vengono utilizzati emulsionando le resine siliconiche in acqua con l'aiuto di emulsionanti (tensioattivi) e poi aggiungendoli alle acque reflue. La polvere di silice è un altro tipo di antischiuma siliconico con eccellenti proprietà antischiuma. Gli antischiuma tensioattivi sono in realtà emulsionanti che sfruttano il loro effetto disperdente per mantenere le sostanze schiumogene in uno stato emulsionato stabile nell'acqua, impedendo così la formazione di schiuma. Gli antischiuma a base di paraffina si ottengono emulsionando e disperdendo la paraffina o i suoi derivati con emulsionanti e il loro uso è simile a quello degli antischiuma emulsionanti con tensioattivi. L'olio minerale è il principale ingrediente antischiuma e, per potenziarne l'effetto, vengono talvolta utilizzate in combinazione sostanze come saponi metallici, oli siliconici e silice. Inoltre, vengono aggiunti vari tensioattivi per facilitare la diffusione dell'olio minerale sulla superficie del liquido schiumogeno o per disperdere uniformemente i saponi metallici nell'olio minerale.

I diversi tipi di antischiuma presentano vantaggi e svantaggi propri. Gli antischiuma organici come l'olio minerale, le ammidi, gli alcoli inferiori, gli acidi grassi e gli esteri degli acidi grassi e i fosfati appartengono alla prima generazione di antischiuma. Questi antischiuma sono stati sviluppati e applicati relativamente presto e hanno il vantaggio di essere materie prime facili da ottenere, ecologiche e a basso costo di produzione. Tuttavia, hanno una bassa efficienza antischiuma, sono altamente specifici e presentano condizioni di utilizzo difficili. Gli antischiuma polieteri sono antischiuma di seconda generazione e comprendono principalmente polieteri lineari, polieteri con alcoli o ammine come iniziatori e derivati polieteri idrossilici terminali. Il loro principale vantaggio è la forte capacità antischiuma e alcuni di essi presentano anche eccellenti proprietà come la resistenza alle alte temperature e agli acidi e agli alcali forti. Tuttavia, le loro condizioni di applicazione sono notevolmente limitate dalla temperatura e i loro campi di applicazione sono relativamente ristretti. La loro capacità antischiuma e la velocità di rottura delle bolle devono essere migliorate. Come antischiuma di terza generazione, il silicone ha forti proprietà antischiuma, una rapida velocità di rottura delle bolle, bassa volatilità, non è tossico per l'ambiente, è fisiologicamente inerte e ha un'ampia gamma di applicazioni. Ha ampie prospettive di applicazione e un enorme potenziale di mercato, ma c'è ancora spazio per migliorare le sue prestazioni antischiuma in alcuni scenari specifici. L'antischiuma a base di polietere modificato con polisilossano combina i vantaggi dell'antischiuma a base di polietere e dell'antischiuma a base di silicone e rappresenta il trend di sviluppo degli antischiuma. A volte possono essere riutilizzati in base alla loro solubilità inversa, ma attualmente esistono pochi tipi di antischiuma di questo tipo e sono ancora in fase di ricerca e sviluppo, quindi il costo di produzione è relativamente alto.

Quando si sceglie un antischiuma, è necessario considerare una serie di fattori. In primo luogo, l'antischiuma deve essere insolubile o scarsamente solubile nel liquido schiumogeno. Poiché l'antischiuma deve concentrarsi ed esercitare il suo effetto sul film di schiuma, è importante che sia in grado di raggiungere rapidamente questo stato e che l'agente antischiuma lo mantenga costantemente. Pertanto, solo gli antischiuma insolubili o scarsamente solubili possono raggiungere facilmente uno stato di supersaturazione nel liquido schiumogeno, in modo da accumularsi all'interfaccia gas-liquido e concentrarsi sul film di schiuma per esercitare il loro effetto a una concentrazione inferiore. Per gli antischiuma utilizzati nei sistemi acquosi, le molecole dell'ingrediente attivo devono essere fortemente idrofobe e debolmente idrofile e funzionano al meglio quando il valore HLB è compreso tra 1,5 e 3. Ad esempio, nella produzione di vernici a base d'acqua, se l'antischiuma non è adeguatamente solubile, non sarà in grado di eliminare efficacemente la schiuma e potrebbe anche compromettere la qualità e le prestazioni della vernice. In secondo luogo, la tensione superficiale dell'antischiuma deve essere inferiore a quella del liquido schiumogeno. Solo quando le forze intermolecolari delle molecole di antischiuma sono deboli e la tensione superficiale è inferiore a quella del liquido schiumogeno, le particelle di antischiuma possono penetrare ed espandersi sulla pellicola di schiuma. Va notato che la tensione superficiale del liquido schiumogeno non è la tensione superficiale della soluzione, ma in particolare la tensione superficiale allo stato schiumato. Inoltre, l'antischiuma e il liquido schiumogeno devono avere una certa affinità. Poiché il processo di schiumatura è essenzialmente una competizione tra la velocità di collasso della schiuma e la velocità di generazione della stessa, l'antischiuma deve essere in grado di disperdersi rapidamente nel liquido schiumogeno per avere un effetto rapido su un'ampia superficie. Se l'ingrediente attivo dell'antischiuma è troppo simile al liquido schiumogeno, si dissolverà. Se è troppo disperso, sarà difficile che abbia effetto. L'effetto sarà buono solo se l'affinità è adeguata. Inoltre, l'antischiuma non deve reagire chimicamente con il liquido schiumogeno, altrimenti da un lato perderà il suo effetto antischiuma e dall'altro potrebbe produrre sostanze nocive che potrebbero influenzare la crescita microbica, ecc. Infine, l'antischiuma deve avere una bassa volatilità e una lunga durata d'azione. Nel determinare il sistema di utilizzo dell'antischiuma, è necessario distinguere tra un sistema a base di acqua e un sistema a base di olio. Ad esempio, nell'industria della fermentazione si dovrebbero generalmente utilizzare antischiuma a base di olio, come oli siliconici modificati con polieteri o polieteri, mentre nell'industria delle vernici a base d'acqua si dovrebbero utilizzare antischiuma a base di acqua e silicone. Allo stesso tempo, è necessario confrontare la quantità di antischiuma aggiunto e fare riferimento al prezzo per ottenere il prodotto antischiuma più adatto ed economico.

L'efficacia dell'uso degli antischiuma è influenzata anche da una serie di fattori. La disperdibilità dell'antischiuma nella soluzione ha un effetto significativo sulle prestazioni di antischiuma. Il grado di dispersione deve essere adeguato e una dimensione delle particelle troppo grande o troppo piccola influisce sull'attività antischiuma. In termini di compatibilità nel sistema schiumogeno, quando il tensioattivo è completamente disciolto nella soluzione acquosa, di solito tende a stabilizzare la schiuma all'interfaccia gas-liquido della schiuma; mentre quando il tensioattivo è insolubile o sovrasaturo, le sue particelle si disperdono nella soluzione e si accumulano sulla schiuma, provocando così lo sbrinamento. La temperatura ambiente del sistema schiumogeno non deve essere ignorata. Quando la temperatura del liquido schiumogeno è elevata, è necessario utilizzare un antischiuma speciale per alte temperature. In caso contrario, non solo l'effetto antischiuma dei normali antischiuma sarà notevolmente ridotto, ma potrebbe anche verificarsi una demulsificazione. Durante l'imballaggio, lo stoccaggio e il trasporto, gli antischiuma devono essere conservati a 5-35°C. La durata di conservazione è generalmente di 6 mesi. Devono essere tenuti lontani da fonti di calore e dall'esposizione alla luce solare. Dopo l'uso, devono essere sigillati per evitare il deterioramento. Anche il rapporto di aggiunta dell'antischiuma è molto importante. L'effetto dell'aggiunta di un antischiuma non diluito è diverso da quello dell'aggiunta dopo la diluizione. A causa della bassa concentrazione di tensioattivo, l'emulsione di antischiuma dopo la diluizione è estremamente instabile e si separa rapidamente in strati. Ha scarse prestazioni antischiuma e non è adatta alla conservazione a lungo termine. Si raccomanda di utilizzare l'antischiuma subito dopo la diluizione. Il rapporto di aggiunta deve essere determinato mediante test in loco per garantire l'effetto desiderato e non deve essere aggiunto in eccesso.

A practical formulation view of printing and ink-processing topics

Ink performance problems are often multi-variable problems. Teams generally move faster when they screen transfer, flow, drying or curing, and substrate hold together instead of changing one raw material at a time without a clear decision frame.

• Define the real process bottleneck: poor transfer, drying problems, skinning, and color instability often need different corrective routes.
• Check viscosity inside the print process: an ink that looks fine in the container can behave very differently on the machine.
• Review substrate compatibility: paper, film, metalized surfaces, and laminates often require different balance points.
• Use post-print checks as part of selection: scratch resistance, tape adhesion, lamination behavior, and storage stability are usually as important as the fresh-print appearance.

Recommended product references

• CHLUMINIT LAP: A strong option when blue-light response or advanced curing windows are under review.
• CHLUMIAF 094: A balanced defoamer reference for waterborne coatings and many general foam-control screens.
• CHLUMIAF 3062: Useful when printing-ink and UV-ink compatibility matter in the defoaming screen.
• CHLUMIAF 3037: A stronger process-defoaming option when persistent foam survives harsher conditions.

FAQ for buyers and formulators

Why do many ink problems require more than one formulation change?
Because flow, transfer, drying, adhesion, and appearance interact, so improving one of them can sometimes worsen another if the full system is not reviewed together.

Should rheology be judged only by a single viscosity number?
Not usually. Printability also depends on transfer behavior, temperature, shear history, and how the ink behaves on the actual press.