آشنایی با ساختار ضدکف ها

مشکلات ناشی از وجودکف در فرآیندهای مرطوب نساجی عبارت است از:

1-کف متراکم، منجر به درگیر شدن پارچه در نتیجه توقف ماشین‌آلات ، جذب و رنگرزی نایکنواخت می‌شود.

2-در رنگرزی کلاف نخ و پارچه‌های حلقوی ، کف کردن محلول رنگ داخل حمام رنگرزی باعث شناور شدن مواد و در نتیجه نایکنواختی رنگرزی می‌شود.

3-کف موجود درخمیر چاپ، به ویژه در چاپ روتاری و غلتکی می‌تواند باعث ایجاد لکه‌های به اصطلاح”چشم ماهی” روی پارچه‌های چاپ شده، شود.

برای از بین بردن مشکلات فوق، کنترل کف با بهینه سازی دقیق پارامترهای فرآیند و استفاده ازضدکف و … لازم است.

تفاوت inganti foam و de-foaming

از لحاظ فنی ،اصطلاحde-foaming agent و anti-foamingagent دو اصطلاح متفاوت هستند. اصطلاح de-foamerبه محصولی گفته می­‌شود که برای از بین بردن کف ایجاد شده اضافه می‌شود. درحالی که مادۀ anti-foam محصولی است که به منظورجلوگیری از ایجاد کف به سیستم اضافه می‌شود.اما به طورکلی در ویرایش فارسی به هردو محصول اصطلاح عمومی ضدکف گفته می­‌شود.

ساختار شیمیایی ضدکف‌ها :

بیشتر ضدکف‌ها از پنج جز تشکیل شده‌اند که ساختار آن‌ها شامل مادۀ اولیۀ ضدکف، مادۀ ثانویه، کریر، امولسیفایر و پایدارکنندها است .

جزء یکم :

جزء فعال ضدکف بوده و شامل گروه‌های بزرگ هیدروفیلیک(آبدوست) است. از این دسته موادی همچون، سیلیکون‌ها، آمیدهای چرب ، واکس‌های هیدروکربنی ، اسیدهای چرب و استرهای چرب را می‌­توان نام برد .

جزء دوم :

این جزء به اندازۀ کمی در ضد کف بکار می‌­رود و با پدیدآوردن یک ویژگی فیزیولوژی با جزء اول همکاری می‌نماید . جزء دوم ضدکف عاملی است که ویژگی سطحی جزء اول را با دگرگون نمودن اثر پخش شوندگی، حلالیت و یا ویژگی کریستالینیتی تغییر می‌­دهد . این جزء موادی همچون؛ الکل‌های چرب، سیلیکون‌ها و روغن‌های شامل پلیمرهای غیر محلول را در بر می‌گیرند .

جزء سوم :

کریرها یا حامل‌ها، این مواد می‌­توانند هیدروکربن‌های روغنی یا آب ، الکل‌های چرب و یا حلال‌ها باشند.

جزء چهارم:

ترکیب جزء اول و دوم نامحلول است و باید آن را بصورت امولسیون در آورد . چون ضدکف‌ها با سطوح کف تماس برقرار می‌­کنند بنابرین باید بگونه‌ایی تولید شوند که به آسانی دیسپرس شوند. مواد امولسیفایر یا پخش‌کننده نقش اصلی را در این مرحله بازی می­کنند . ازاین قبیل مواد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد : اتوکسیلات ها ، استرها ، الکل سولفات‌ها

جزء پنجم :

مواد پایدار کنندۀ ضدکف‌ها موادی هستند که به پایداری و دوام آن‌ها کمک می­‌کنند. ازاین مواد می­‌توان به روغن قرمز ، سولفات‌های نفتالین بوتیل الکل اشاره کرد .

مکانیزم عملکرد ضدکف‌ها

ماهیت سطح فعالی ضدکف سبب پخش سریع آن روی فصل مشترک آب و هوا ­می­‌شود. این امر خصوصاً درمواردی اتفاق می‌افتد که فصل مشترک با مواد سطح فعال پایدارکنندۀ کف پوشانده شده باشد. مکانیزم عملکرد ذرات آب‌گریز ضدکف یه این ترتیب است که در ابتدا ذرات در محلول کف‌دار پخش شده سپس با سوراخ کردن سطح حباب‌ها در فصل مشترک و سپس داخل حباب پخش شده و منجر به ترکیدن حباب‌ها می‌­شود. در شکل1-1 و 1-2 مراحل متوالی از مکانیسم از بین رفتن کف توسط ذرات آب گریز ضدکف نشان داده شده است.

ضدکف ها به ترتیب زیر باعث شکست حباب‌ها و در نتیجه از بین رفتن کف می­‌شوند.

1-پخش شدن ضدکف در محلول کف‌دار

2- انتقال ذرات ضدکف به فصل مشترک حباب‌ها

3-ورود ذرات به فصل مشترک گاز/مایع

4-پخش شدن

5-ترکیدن حباب

درحین فرایندهای مرطوب نساجی ازقبیل آهارگیری، سفیدگری، شست و شو، رنگرزی، تکمیل و…کف زیادی ایجاد می‌­شود بنابراین انتخاب ضدکف مناسب با توجه به پارامترهایی مثل pH، دما، نوع ماشین، نیروهای برشی و محیط کف حائز اهمیت است.

از معیارهای مهم انتخاب ضدکف مناسب می­‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1-حالت سیستم کف از نظر همگن بودن آن

2-ویسکوزیتۀ محلول

3-غلظت بحرانی میسل ها (CMC)

4-نوع سورفکتانت: یونی، غیر یونی یا مخلوط

5-کشش سطحی محلول

6-دمای عملیاتی

7-pHمحلول

ضد کف های مورد استفاده در نساجی به طور گسترده به دو دسته تقسیم می­‌شوند.

1)ضدکف­‌های سیلیکونی

2)ضد کف­‌های غیرسیلیکونی مانند روغن­‌های معدنی، آلکیل فسفات و کوپلیمر دسته­‌ای اکسیداتیلن/ اکسیدپروپیلن

ضدکف های غیر سیلیکونی در محیط های قلیایی شدید و دمای بالا استفاده نمی‌­شوند. کارایی ضدکف‌های غیر سیلیکونی کمتر از ضدکف ­های سیلیکونی است اما با این حال مشکل ایجاد لکه توسط روغن سیلیکون در این مواد وجود ندارد. همچنین در مقایسه با ضدکف ‌های پایۀ سیلیکونی بسیار ارزانتر هستند.

ضد کف سیلیکونی مقاوم در دمای HT

ساختار:
ترکیبات پلی سیلوکسان و امولسیفایر، نانیونیک

موارد استفاده:
برای فرایندهای تر نساجی، خصوصأ برای رنگرزی با تلاطم بالای مایع.

خواص:
– امولسیون شیری رنگ
-جرم حجمی در دمای 20 درجه سانتیگراد برابر 1.00 g/cm3
– همچون یک امولسیون در آب سرد حل می‌شود
– قابل استفاده در pH 12∼2
– ضد کف عالی با کمترین مقدار مصرف
– پایدار و مقاوم در حرارت 130 درجه سانتیگراد

کاربرد:
قابل استفاده در تمام انواع ماشین‌های جت رنگرزی. ساراسیل ایی – اس – دی را با آب رقیق نمایید و همزمان همزده شود (به نسبت 10:1)، می‌توانید از قبل بصورت جداگانه محلول را آماده نمایید ولی نمی‌توانید محلول آماده شده را بمدت طولانی نگهداری نمایید.

مقدار قابل استفاده بعنوان پیشنهاد مرجع:
1∼0.5 gr/Lit

بستگی دارد به مقدار مواد مصرفی که کف و حباب تولید می‌نماید.

نگهداری:
در صورت نگهداری در دمای زیر صفر درجه ممکن است محصول به جامد تبدیل شده و یا غلظت آن تغییر کند. با هم زدن در دمای 25-20 درجه محصول بدون هیچ مشکلی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

این ماده به حرارت حساس است و نباید آن را در حرارت بالای 40 درجه سانتیگراد نگهداری نمود چون امکان دارد آسیب ببیند و دیگر قابل استفاده نباشد. بنابراین خواهشمند است قبل از مصرف آن را کنترل نمایید.

کاربرد ضد کف در رنگرزی و نساجی

فعال کننده های سطح در بسیاری از فرآیند ها، برای ایجاد اثرات خاصی استفاده می شوند. برای مثال امولسی فایرها برای ترکیب کردن بایندرهای قابل حل در آب در رنگهای پایه آبی استفاده می شوند. مهمترین نقش این مواد تمایل آنها به غلیظ کردن سطوح می باشد. مانند لایه آب و هوا که خودشان بر طبق قابلیت حلالیت و ساختمان شیمیایی جهت گیری می کنند. این هدایت به یک کاهش کشش سطحی داخلی منجر می شود و بنابراین سیستم را پایدار می سازد. یک اثر جانبی نا مطلوب، تمایل هر سطح به نگهداری و پایداری حبابهای هواست.

کف می تواند مشکلات زیادی را در سیستم پوششی ایجاد کند مثلا ً در طول فرآیند تولید، می تواند حجم راکتور تولید را افزایش دهد. کف همچنین موجب کاهش سرعت فرآیند تولید و در بسیاری از موارد موجب ایجاد نقایصی در رنگ به هنگام کاربرد یا بعد از آن می شود.

طبیعت کف

کف می تواند حبابهای یک گاز (هوای طبیعی) در میان یک دیسپرسیون پایدار مایع باشد. اگر بخار موجود در هوا به درون مایع نفوذ کند، حبابهای تولید شده کروی شکل بوده و حرکت آنها به سطح صورت خواهد پذیرفت زیرا دانسیته آنها بسیار کمتر از دانسیته مایع است. هنگامی که حبابها به سطح می رسند و می خواهند از سطح مایع عبور می کنند، می ترکند. هوا از حبابها جدا می شود و مایعی که قبلا ً اطراف حباب جریان داشته عقب می رود.(شکل)

به واسطه انرژی کشش سطحی، هر مایع بسته به ساختار شیمیایی خود، سعی می کند مساحت سطح خود را (یا فصل مشترک با گاز را) حتی الامکان کوچک نگه دارد. بنابراین، همیشه کف بسیار ناپایدارتر از فاز مایع می باشد. عملا ً یک مایع خالص قادر به تشکیل کف پایدار نیست. طبیعتا ً کف یک حالت کم ثبات ایجاد می کند و تنها به خاطر اثرات پایدار کننده بوجود می آید. این اثرات پایدار کننده بصورت علمی از قرن 17 مورد مطالعه قرار گرفته است.

در مایعات حاوی عوامل فعال سطحی (surfactant)، حبابهای گرد، میکروفومهای پایدار را ایجاد می کنند. گرچه این حبابها از درون مایع بالا می آیند. آنها توسط یک لایه از مولکولهای عوامل فعال سطحی احاطه می شوند. هوای روی سطح مایع نیز یک لایه سطحی دارد و بنابراین وقتی که حبابها به سطح می رسند یک لایه دو گانه ایجاد میکنند.

یک عامل اصلی برای تولید کف وجود مواد شیمیایی فعال سطحی است که در مولکول خود قسمتهای آبدوست و آبگریز داشته باشند.

به خاطر ساختار شیمیایی، مواد فعال سطحی (در فصل مشترک مایع و گاز) جهت گیری می کنند و کشش سطحی را کاهش می دهند. کشش سطحی پایین باعث کم شدن مساحت کلی سطح شده و تشکیل حبابهای کف را آسان می کند.(شکل)

پایداری کف به چند عامل بستگی دارد. یک عامل پایداری ضخامت صفحه (Lamella) است. مایع، اطراف حباب نمی تواند براحتی جریان پیدا کند و سریع خشک می شوند. تخریب حباب به نیروهای الکترواستات دافع بین مولکولهای سطحی یونی در Lamella بستگی دارد. یک فاکتور دیگر کمک کننده به پایداری کف الکتروستاتیکی Gibbs، صفحه Lamella کف است. این اثر، پایدارترین شکل حباب گاز کروی است که اتفاق می افتد. اگر یک فیلم نازک توسط عوامل فعال سطحی احاطه شود، مانند یک حباب کشیده شده دیده می شود، سطح فیلم یا صفحه آسان تر رشد می کند و غلظت عوامل فعال سطحی در صفحه تنزل می کند و یک رشد در کشش سطحی ایجاد میشود.

کف ها در طی فرآیند ساخت و کاربرد پوششهای پایه آبی و جوهرها تولید میشوند. حبابهای لایه های بالاتر که در مرحله مخلوط کردن و دیسپرس کردن، بوجود می آیند، می توانند زمان تولید را طولانی و حجم مؤثر سیستم را کاهش دهند. در طی کاربرد، حباب پایدار شده در فصل مشترک مایع و هوا جمع می شود، عیوب سطحی را در فیلمهای خشک به وجود می آورد. در فرآیند چاپ، کف به جوهر وصل شده وانتقال می یابد و در قوی ترین حالت حتی سبب سر ریز جوهر از ظرف رنگ در انبار می شود.

نقطه ابری در سوفکتانت ها چیست؟

نقطه ابری ویژگی مهمی است که باید هنگام ارزیابی سورفکتانت ها برای فرمولاسیون خود در نظر بگیرید.
نقطه ابری به عنوان دمایی تعریف می شود که بالاتر از آن یک فاز غنی از سورفاکتانت از محلول آبی جدا می شود. این جداسازی زمانی اتفاق می‌افتد که برای مثال یک سورفکتانت غیریونی به دلیل افزایش گرما نامحلول می‌شود و در نتیجه یک پراکندگی کدر یا مه‌آلود در محلول ایجاد می‌شود. با افزایش گرما و ناپایداری، محلول ممکن است تحت جداسازی فاز کامل قرار گیرد.
به طور کلی درک می شود که سورفکتانت های غیر یونی زمانی که در دماهای نزدیک یا نزدیک به نقطه ابری خود استفاده می شوند مؤثرترین عملکرد را دارند.
با در نظر گرفتن این موضوع، می توان نقطه ابری یک محلول را از طریق حضور مواد دیگر دستکاری کرد. به طور خاص، اجزای خاصی می توانند نقطه ابری محلول را کاهش داده یا افزایش دهند. به عنوان مثال، افزودن یک جفت یا هیدروتروپ می تواند نقطه ابری یک محلول را افزایش دهد، در حالی که سازندگان یا سایر نمک ها (الکترولیت ها) دمای نقطه ابری را کاهش می دهند. در واقع، نمک های مختلف منجر به نرخ های مختلف نزول نقطه ابری یک سورفکتانت می شود.
با افزایش محتوای اکسید اتیلن (EO) یک سورفکتانت خاص، نقطه ابری و حلالیت در آب افزایش می‌یابد. برعکس، با افزایش طول زنجیره کربن آلکیل، نقطه ابری کاهش می یابد. به این ترتیب، زمانی که طول زنجیره کربنی یک مولکول افزایش می‌یابد، باید تعداد بیشتری مول EO اضافه شود تا نقطه ابری یکسانی برای سورفکتانت حفظ شود.
به طور خلاصه، درک نقطه ابری و نحوه تنظیم این ویژگی از طریق ابزارهایی مانند انتخاب سورفکتانت و ادغام هیدروتروپ می تواند به تغییر، تثبیت و بهینه سازی عملکرد یک فرمول کمک کند.