За более чем двадцать пять лет работы на заводах по производству красок и лакокрасочных материалов я не раз был свидетелем того, как пена превращала то, что должно было стать обычным производственным циклом, в долгий день брака и переделок. Неважно, насколько хороша дисперсия пигмента или система смол — если стойкая пена проникает в готовую краску, в результате появляются микропоры, кратеры, плохая текучесть и недовольные клиенты. Пеногасители — это добавки, которые незаметно предотвращают большинство этих проблем, но только в том случае, если вы выбираете правильный тип и используете его правильно.
Пена образуется, когда воздух попадает в жидкость во время перемешивания с высоким сдвигом, перекачивания или розлива, а пузырьки стабилизируются теми же поверхностно-активными веществами и диспергаторами, которые необходимы для рецептуры. В системах на водной основе эта проблема обычно стоит острее из-за более высокого содержания поверхностно-активных веществ. Эффективный пеногаситель обладает очень низким поверхностным натяжением, благодаря чему он быстро распространяется по поверхности пузырька, вытесняет стабилизирующую пленку и приводит к истончению и разрыву стенки пузырька. Многие современные продукты также содержат мелкие гидрофобные частицы, которые помогают пробить пленку изнутри.
Есть три основных группы продуктов, к которым я регулярно обращаюсь. Пеногасители на основе минеральных масел отличаются высокой эффективностью и экономичностью, особенно в промышленных покрытиях и покрытиях для технического обслуживания. Продукты на основе силикона, как правило, модифицированные полидиметилсилоксаны, обеспечивают быстрое подавление пены при очень низких дозировках и широко используются в архитектурных и глянцевых водоразбавляемых красках. Варианты на полимерной основе или без силикона стали более популярными в тех случаях, когда нормативные требования или проблемы совместимости исключают использование традиционных силиконов.
Я до сих пор помню проект по производству промышленной эмали на основе акриловой краски на водной основе, реализованный несколько лет назад, который наглядно продемонстрировал реальные различия. Мы диспергировали TiO₂ и органические пигменты в соотношении 32 % PVC в акриловой дисперсии. Без пеногасителя исходная смесь сильно вспенивалась. После десяти минут высокоскоростной дисперсии в мерном цилиндре объемом 250 мл высота пены достигла 175 мм и осталась на этом уровне. Готовая краска демонстрировала в среднем 14 микроотверстий на 10 см² на пробных нанесениях, блеск под углом 60° составлял всего 64 единицы, а на панелях, окрашенных распылением, были заметны кратеры.
Затем мы провели испытания с той же базовой формулой, добавив на этапе разбавления три различных пеногасителя в дозе 0,3 % активного вещества:
- Стандартный пеногаситель на основе минерального масла позволил снизить высоту пены до 70 мм. Количество микроотверстий сократилось примерно до 5 на 10 см², однако высохшая пленка имела небольшую мутность, а блеск достигал лишь 71 единицы. Через две недели при температуре 50 °C наблюдалось незначительное расслоение поверхности.
- Использование стандартной силиконовой эмульсии позволило снизить высоту пены до 18 мм и устранить микропоры как на панелях, нанесенных методом вытяжки, так и на панелях, нанесенных методом распыления. Степень блеска повысилась до 82 единиц. Стабильность при хранении была хорошей, хотя мы заметили небольшое увеличение скольжения, что впоследствии вызвало незначительные проблемы, когда заказчик захотел нанести повторный слой покрытия.
- Силикон, модифицированный полиэфиром, обеспечил высоту пены 15 мм, отсутствие микроотверстий и максимальный блеск — 86 единиц. Он также продемонстрировал наилучшую долгосрочную стабильность — никакого расслоения или изменения вязкости по истечении 30 дней при комнатной температуре. Единственным компромиссом стало небольшое увеличение скольжения по поверхности, с чем мы справились, снизив дозировку до 0,25 %.
Модифицированная силиконовая версия стала нашим стандартом для этой линейки, поскольку она обеспечивала получение самой чистой пленки без появления новых дефектов. Мы разделили добавку — половину в процессе измельчения, а половину — при разбавлении, — что дало чуть лучшую стойкость, чем при добавлении всего сразу.
Это испытание подтвердило выводы, которые я неоднократно наблюдал на многих заводах. Дозировка силиконов имеет решающее значение; обычно достаточно 0,1–0,4 %. Значительное превышение этой дозы часто приводит к появлению «рыбьих глаз» или кратеров, особенно в системах с высоким уровнем глянца или в системах, допускающих повторное нанесение. Важное значение имеет также момент добавления. Введение всей дозы в смесь на этапе измельчения иногда может снизить эффективность на последующих этапах из-за сдвиговых нагрузок. Тестирование совместимости на реальной подложке и с полной рецептурой является обязательным условием — продукт, который идеально работает в одном акриле, может привести к образованию кратеров в другом при наличии определённых смачивающих агентов.
Как показывает опыт, на тех предприятиях, где проблем с пенообразованием возникает меньше всего, подбор пеногасителя рассматривается как серьезная работа по разработке рецептуры, а не как второстепенный вопрос. Они проводят надлежащие сравнительные испытания, измеряют высоту пены как сразу после нанесения, так и через 24 часа, проверяют высохшую пленку при хорошем освещении и всегда проверяют стабильность при хранении и качество повторного нанесения. Кроме того, они ведут учет того, какие марки пеногасителей демонстрируют наилучшие результаты при использовании конкретных комбинаций пигментов и смол.
Ни один пеногаситель не способен решить все проблемы. Некоторые виды минеральных масел могут вызывать помутнение прозрачных лаковых покрытий. Некоторые силиконы ухудшают межслойную адгезию. Продукты на полимерной основе иногда требуют более высоких дозировок. Настоящее мастерство заключается в подборе химического состава с учетом источника пены, метода нанесения и требований к конечной пленке, а затем в подтверждении выбора с помощью практических испытаний, а не только на основании технических паспортов.
Когда правильное пеногасительное средство используется в нужной концентрации и добавляется на нужном этапе, большинство людей даже не замечают его присутствия. Производство идет более плавно, количество брака сокращается, а готовое покрытие выглядит именно так, как и должно. Именно эта незаметная надежность является причиной того, что даже спустя столько лет я по-прежнему считаю выбор пеногасителя одним из самых важных решений при разработке любой рецептуры.