|
KÖPÜK KESİCİLER KÖPÜK NEDİR? Köpükler gaz veya sıvı buharlarının sıvılar içinde dağılmasından oluşan sistemlerdir. Köpükte gaz veya buharlar küresel bir sıvı katmanı ile kuşatılmıştır. Saf sıvılar köpürmezler. Saf sıvılarda (aktif madde içermez) gaz baloncuğu ‘Stoke kanunları’ gereğince baloncuk çapı ve sıvı viskozitesine bağlı bir hızla yüzeye doğru yükselir. Gaz baloncuğu yüzeye ulaştığında baloncuğu saran ince sıvı film aşağı doğru akar ve filmin kalınlığı giderek azalarak parçalanır. Buna ‘Drenaj Etkisi’ denir.. Saf su yüzeyindeki bir köpük habbesi 10-² sn gibi kısa bir sürede patlayacaktır.
Aktif madde içeren sıvılarda, oluşumundan hemen sonra baloncuklar küre şeklindedir ve bu küresel kabarcıklar stabil köpüğe yol açarlar ve birbirlerini deforme etmezler. Kabarcıklar hava ara yüzeyine tırmansalarda aktif madde içeren ve lamel olarak adlandırılan yüzey filmi tarafından çevrelenirler. Kabarcık yüzeye eriştiğinde sıvı yüzey filminden aşağıya akar, yüzey filmi incelir, gaz baloncukları daha yoğun bir şekilde bir araya gelerek ‘polyhedral’ şekiller oluştururlar.
Köpüğün kararlı kalabilmesi, hava veya sıvı buharını saran çözelti filminin kalınlığına bağlıdır. Köpüğün stabil kalabilmesi köpüğü saran sıvı filminin elastikiyeti tarafından sağlanır. Sıvı filmi genişleyince bu hareket yüzeyde moleküller arası bir çekime sebeb olur ve bu yüzey gerilimini arttırır. Bu etkiye ‘Gibbs Elastikiyeti’ denir. Köpük stabilitesine yardımcı bir diğer faktör lameli işgal eden iyonik aktif madde molekülleri arasındaki itici elektrostatik güçlerdir. Bu nedenler yüzey geriliminde bir artış sebebidir. Amaç mümkün olan en düşük yüzey gerilimine erişmektir. Köpük, kaplamalarda kaçınılmaz bir oluşumdur. Köpük yüzeye çirkin bir görünüm kazandırmakla beraber kaplamanın koruyucu etkisini de bozar. Bunun yanısıra köpük kesicisiz bir boyanın dolumunda gerçek bir maddi zarar oluşur. Bu yüzdendir ki Köpük Kesiciler boya formülasyonlarının vazgeçilmez bir katkısıdır. Köpüğü önlemek her durumda özel çözüm gerektirir. Boya üretimi sırasında köpük oluşum nedenleri;
olarak sıralanabilir. Ayrıca üretimden sonra dolum ve uygulama metodlarıda köpük oluşumuna etkiyen faktörlerdir. KÖPÜK KESİCİLER NASIL ÇALIŞIR? Her boya formülasyonu (Su bazlı, solventli ya da solventsiz) çok sayıda değişik kaynaklı ve kimyasal yapıda köpüğü stabilize eden aktif madde içerir. Kaplama sistemlerinde köpük stabilite aktif maddelerinin potansiyel varlığından kaçmak mümkün değildir. Kimyasal köpük kontrol ajanları, antifoam veya defoamer olarak adlandırılırlar. Antifoamlar, köpüğün formasyonunu önler veya geciktirir. Defoamerler, biçimlendikten sonra köpüğü yok eden yüzey aktif ajanlardır. Gaz gidericilerin fonksiyonu ise mikro köpüklerin yüzeye çabucak yükselmesini kolaylaştırmaktır. Köpüğü yok ederken amaç, ortamın yüzey gerilimini düşürmektir. Köpük kesiciler düşük yüzey gerilimine sahip olmalıdırlar ki ortamın yüzey gerilimini düşürebilmeli ve köpüğü yok edebilmelidirler. Bunlardan dolayı genellikle aşağıdaki üç özelliği gösterirler.
Giriş katsayısı sıfırdan büyük bir değere sahip olduğunda köpük kesicinin köpürme ortamına girdiğini söyleyebiliriz ve aynı şekilde, yayılmanın belirmesi için yayılma katsayısı sıfırdan büyük olmalıdır ki ara yüzeye yayılabilsin. Bu demektir ki bir metaryelin Köpük Kesici olarak sayılabilmesi için hem giriş katsayısının hem de yayılma katsayısının pozitif olması gerekir. Giriş katsayısı, yayılma katsayısı köpürme ortamının -ara yüzeyin- köpük kesicinin yüzey gerilimine bağlı olarak değişen faktörlerdir. Bu iki faktörün değerleri hesaplanarak köpük kesici olarak bir maddenin geçerliliğine karar verebiliriz. Köpük kesiciler bütün beklentileri additive olarak yerine getirmeli ve köpük stabilizasyon mekanizmasını yenmelidir. Hava ara yüzeyine taşınmak için kaplamada sınırlı çözünürlüğe sahip olmalıdır. Köpük kesicilerin köpük kesme mekanizması (özellikle su sistemlerde) iyi dispers edilmiş hidrofobik partiküllerin ilavesi olarak açıklanabilir. Köpük kesici, partikülleri köpük lamelinin içine taşıyarak bir taşıyıcı ortam görevi görür. Bir yandan hidrofobik partiküller, hidrofilik sıvı lameli içinde yabancı partiküller gibi işlev görürler ve bu nedenle kohezyon kuvvetlerinin azalmasına diğer yandan kendi yüzeylerinde aktif maddeleri yakalayarak köpük stabilizasyonunun bozulmasına katkıda bulunurlar. Köpük stabilitesi, kabarcık duvarından serbest aktif maddelerin uzaklaştırılmasıyla bozulur. Köpük kesici ürünler aslında bunu aktif maddenin hidrofobik ucunu kendi hidrofobik yüzeylerine çekerek yaparlar. Kohezyon kuvvetlerinin azalması sonucunda yüzey gerilimi düşer ve köpük kaplamanın yüzeyinde patlar.
Sonuç olarak yukarıda bahsedilenlerin ışığı altında bir köpük kesicide olması gereken özellikleri aşağıdaki gibi sıralayabiliriz.
SEM KİMYA ürün paletindeki köpük kesicileri üç grupta toplayabiliriz.
Mineral yağ bazlı köpük kesiciler solvent bazlı sistemlerden ziyade daha çok su bazlı sistemlerde yaygın olarak kullanılır. Bu tip köpük kesicilerin kullanım alanları, daha çok mat ve orta parlaklıkta emulsiyon boyalar olmakla birlikte, yüksek kaliteli boyalarda da güvenle kullanılabilinir. Mineral yağ bazlı köpük kesiciler, taşıyıcı kısımdan bunlar genelde mineral yağlardır, hidrofobik yapıdaki aktif maddelerden, emulsifier ve diğer katkı maddelerinden oluşur. Mineral yağ bazlı köpük kesicilerdenSEM ANTİFOAM LM ve FOAMER B-100’ün su bazlı sistemlerde köpük problemlerini tamamen yok etmekte kullanılması uygundur.
Bu tip köpük kesiciler polysiloksanlar ya da hidrofobik silikon yağları olabilir. Mineral yağ bazlı köpük kesicilere oranla daha pahalı olmakla beraber yüksek kaliteli boyalarda ve parlaklığın istendiği boyalarda parlaklık ve renk kayıpları yaratmadığından dolayı tercih edilebilir. SEM ANTIFOAM –010 bu amaç için kullanılması uygundur. (Su bazlı sistemler)
Bu tip köpük kesiciler hem su bazlı hem de solvent bazlı boyalarda kullanılabilirler. Solvent bazlı sistemlerde SEM ANTIFOAM–020, LACTOSEM N ve LACTOSEM L kullanılabilinir. LACTOSEM N ve LACTOSEM L akış ve yüzey düzenleyici olmakla beraber birçok sistemde köpük kesici olarakta başarıyla kullanılır. KÖPÜK KESİCİ SEÇİMİ VE TEST METODLARI A- Yüzey Kusurları Kaplamalar, genelde, çözünebilir ya da çözünemeyen yüzey aktif maddeler içerirler. Çözünemeyen ve çözünebilen aktif maddelerin neden olduğu yüzey gerilimindeki farklar kaplamalarda yüzey kusurlarının oluşumuna yol açabilir. Köpük kesiciler, çözünemeyen aktif maddeler olarak dikkate alınırlar. Bir köpük kesicinin kaplama formülasyonunda aşırı kullanımı ya da az kullanımı, yanlış kullanımı, kötü seçimi, uygunsuz karışımı uygulamada yüzey kusurlarına yol açacaktır. Çok yaygın bazı yüzey kusur tanımlamaları kraterleşme, küçük delikçikler, balık gözü ve portakallanmayı içerir. Yüzey kusurlarını elimine etmek için en iyi yol köpük kesici ve çözünebilir aktif maddelerin dengesini sağlamaktır.
B- Köpük Kesici / Aktif Madde Etkileşimi Fazla çözünebilir aktif maddenin varlığı köpüğe neden olur. Serbest aktif madde tarafından hapsedilen köpük stabilitesi, kabarcık duvarından serbest aktif maddelerin uzaklaştırılmasıyla bozulur. Aktif maddeler, kaplamalarda pigment ve dolgu maddelarinin dispersiyonunu sağlamak, rengi, parlaklığı geliştirmek, polimer stabilizasyonu, yüzey ıslaklığı ve diğer özellikleri sağlamak için kullanılırlar. Köpük kesici ve aktif maddeler karşılıklı bir ilişkiye meyil ettikleri için uygunsuz ürün sınıflarının kullanımı yukarıdaki özellikler üzerinde bozucu etkilere yol açacaktır. Yanlış cins ya da fazla miktarda köpük kesici kullanımı yüzey ıslatma kusurları kadar kötü renk ve parlaklık gelişimiyle sonuçlanabilir. Verilen bir kaplama formülasyonu için ideal bir köpük kesici, bu sistemde optimum çözünürlük / çözünmezlik karakteristileri gösterir. Bu köpük kesici seçiminin kaplama filminin özelliklerini optimize etmede çok kritik olmasının nedenini açıklar. C- Köpük Kesici Değerlendirme Teknikleri Köpük kesicileri değerlendirmek için endüstride çeşitli teknikler vardır. 1- Son ilave metodu kullanarak bir kaç gün içersinde iki düzine kadar ürün kombinasyonu elemek mümkündür. Bunun için köpük kesicisiz yapılmış bir kaç boya numuneleri gerekmektedir. Bu yöntemle minimum kullanılması gereken köpük kesici miktarları tespit edilebilir. Hazırlanan boya numunelerine test edilecek köpük kesiciler ayrı ayrı ilave edilir. Genellikle toplam formülasyon ağırlığının %0.5 ile başlar, %1’e kadar devam eder. 5 dakika kadar yüksek hızla karıştırılır. Hacim artışı o boyada kullanılan köpük kesicinin etkisiyle orantılıdır. Daha az hacim kaplayan daha iyidir. Daha sonra bu numuneler aynı hacime getirilerek tartılır. Tartımlar sonucu hangi köpük kesicinin bulunduğu kap daha hafif gelirse içinde daha fazla hava kabarcığı var demektir ki o köpük kesici kuvvetli değildir. Test boyaları sonra bir kovaya dökülür ve bir gece bekletilir.Ertesi sabah her birinin ağırlığı yeniden tartılır.Bu köpük kesicinin karıştırma,fırçayla ya da merdaneyle uygulama gibi mekanik karıştırmayla oluşan köpüğü kırmaktaki etkinliğini gösterir. Umut verici adaylar yaşlandırılır. 50°C de sadece 4 hafta depolandıktan sonra tekrar değerlendirilir. 60 °C şartları çok şiddetlidir ve sıklıkla boya stabil değildir, köpük kesici direnci daha azdır. 24 saat sonra boyalar karıştırılır, fırçayla ya da rulo ile uygulanır ve film bütünlüğü, renk kabülü, parlaklık yapışma ve pürüzlülük açısından kuru filmde değerlendirilir.
2- Bir başka yöntem ise tanınan bir köpük kesici ile mukayese etmektir. Aynı miktarda köpük kesici kullanarak tanınan köpük kesiciye yakın köpük kesicileri tespit etmektir. KÖPÜK KESİCİ KULLANIMI Köpük kesicinin etkisi ve dozaj oranı boyanın formülasyonuna bağlıdır. Özellikle polimerin cinsi, pH pigmentin derecesi önemlidir. Üretim ve uygulama prosesleri, köpük kesicinin cinsi ve miktarı üzerinde ayrıca etkilidir. Köpük kesiciler, boya formülasyonlarına köpük yapıcı malzemelerle birlikte iki veya üç aşamada ilave edilirler. Amaç köpük oluşumunu oluşmadan engellemektir. Deneysel yaklaşımlarla uygun köpük kesici seçimi yapmak, miktar ve kullanım aşamalarını tespit etmek istenmeyen yan etkileri ortadan kaldıracaktır. Gerçi bir köpük kesici toplam formülasyon ağırlığının %0.1-1 aralığında küçük miktarlarda kullanılır. Yanlış kullanımı kraterlere,d elikçiklere, kötü renk kabulüne, parlaklık azalmasına, yapışma problemlerine yol açabilir. Silikon içeren köpük kesiciler daha dirençli köpük kesicilerdir. Ancak kaplamalarda onları kullanmak krater oluşumu gibi şiddetli yüzey kusurlarına yol açabilir. Hidrofobik polieter ile polisiloksanların modifiyesi ile daha iyi bağdaşma sağlanır. Ayrıca köpük kesicilerin bu tipi parlaklığa negatif etki etme eğiliminde değildir. Eğer silikon içeren ürün doğru seçildiyse, doğru miktarda ilave edildiyse ve doğru yerdeyse istenmeyen etkiler ortadan kalkacaktır. Köpük kesiciler hidrofobik silikalar içerdiklerinden çökmeye eğilimlidirler. Bu nedenle çoğu köpük kesici kullanılmadan önce çalkalanmalıdır. Bunlar çoğunlukla çalkalanması kolay 50 kg lık bidonlarda ambalajlanırlar. Donma genellikle bir problem değildir ama olursa, ürünün oda sıcaklığına dönmesi ve çalkalanması sağlanmalıdır. |
Yüzey aktif madde içermeyen sıvılarda köpük
oluşumu
