So stellt man ein Entschäumungsmittel her

Die Schaumbildung in Beschichtungsfilmen kann zur Entstehung von Oberflächenfehlern wie Fischaugen, Kratern oder Nadellöchern führen. Um dies zu verhindern, setzen Formulierer Antischaum- und Entschäumungsadditive ein – deren Auswahl und Bewertung erfordern jedoch fundierte Kenntnisse über deren Wirkmechanismen in verschiedenen Beschichtungssystemen.

Ein wirksamer Entschäumer muss im schäumenden Medium löslich sein, schnell in die Schaumlamellen eindringen und sich rasch entlang der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche ausbreiten.

Polydimethylsiloxan (PDMS)

PDMS ist ein kostengünstiges, biokompatibles Material, das in der Mikrofluidik vielfältige Anwendungsmöglichkeiten bietet. Es lässt sich mit Polymeren, Glas und Metallkomponenten verbinden, um eingebettete Bauelemente herzustellen; es kann als elektroosmotische Pumpmembran verwendet und sogar mithilfe von Fotolack strukturiert werden, um mikrofluidische Kanäle zu bilden.

Um dieses Problem zu beheben, kann PDMS mit Sauerstoffplasma oxidiert werden, wodurch Hydroxylgruppen an seiner Oberfläche freigesetzt werden, die mit Silylchlorid-Dämpfen reagieren und so Endgruppen bilden, an die sich Entschäumer anlagern können. Infolgedessen weisen Entschäumer, die mit dieser Oberfläche reagieren, eine geringere Schaumbildung und Hemmwirkung auf als herkömmliche Silikon-Entschäumerzusätze; zudem sind sie im Vergleich zu ihren Silikon-Pendants ungiftig, leicht zu dispergieren und thermisch stabil.

Silikonöle

Silikonöle nutzen für ihren Entschäumungsmechanismus die Unterschiede im spezifischen Gewicht zwischen Kammerwasser und Silikonöl aus: Das höhere spezifische Gewicht des Kammerwassers bewirkt, dass es in die Glaskörperhöhlen absinkt, während das geringere spezifische Gewicht des Silikonöls dazu führt, dass dieses aufschwimmt, wodurch sogenannte Auftriebskräfte entstehen, die es nach oben treiben.

Silikonöle in medizinischer Qualität können wirksame Entschäumer sein, da sie leichter als Wasser sind und die Oberflächenspannung so verändern, dass Schaumblasen zerplatzen. Darüber hinaus sind sie ungiftig und lassen sich leicht in wässrigen Lösungen auflösen.

Antischaummittel auf Silikonbasis erfordern hohe Konzentrationen an Silikonen, die giftig und gesundheitsschädlich sein können, während pflanzliche Öle wie Jojobaöl zwar ähnliche antischäumende Eigenschaften aufweisen, jedoch eine deutlich geringere Wirksamkeit haben; zudem erschwert ihr geringer Wassergehalt die Dispergierung stärker als erwartet.

Mineralöle

Mineralöle sind farblose, geruchlose Gemische aus höheren Alkanen, die aus mineralischen Quellen stammen und als Nebenprodukte bei der Verarbeitung von Rohöl zu Erdölprodukten anfallen. Historisch gesehen waren sie auch als Weiß- oder Paraffinöl bekannt, was auf die Ungenauigkeit ihrer Bezeichnung zurückzuführen ist und widerspiegelt, dass Händler oft weder die genaue Zusammensetzung jedes Mineralöls, das verkauft oder als Handelsware verwendet wurde, kennen mussten noch wissen wollten (Merriam-Webster datiert die erste Verwendung des Begriffs “Mineralöl” auf das Jahr 1771!).

Mineralöl kann für industrielle Zwecke weiterveredelt werden, um Zusatzstoffe zu entfernen, die für den menschlichen Verzehr potenziell schädlich sein könnten. So entsteht ein raffiniertes Mineralöl, das für Lebensmittel und pharmazeutische Produkte geeignet ist, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen könnten – einschließlich möglicher Fälle eines versehentlichen Kontakts mit Lebensmitteln.

Mineralöle in Lebensmittelqualität sind in der Regel geschmacks- und geruchsneutrale, wasserlösliche Öle, die einen hervorragenden Korrosionsschutz bieten und daher auch bei direktem Hautkontakt unbedenklich sind. Darüber hinaus tragen sie dazu bei, der Austrocknung vorzubeugen, indem sie als Schutzbarriere wirken, die den transepidermalen Wasserverlust begrenzt.

Wasserlöslicher Entschäumer

Wasserlösliche Entschäumer weisen hervorragende entschäumende Eigenschaften auf und können durch Mischen einer polyethermodifizierten organischen Siliziumverbindung mit niederen Alkoholen, Tensiden und Siliciumdioxid hergestellt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Mineralölen bietet dieser Entschäumer den Vorteil der Vordispergierung und erfordert weniger Energie für die Einarbeitung in Beschichtungssysteme.

Entschäumer wirken, indem sie im schäumenden Medium unlöslich bleiben und eine enge Anlagerung der Moleküle an der Filmoberfläche verhindern. Dadurch wird verhindert, dass Tenside mit schaumstabilisierender Wirkung die Elastizität des Films durch Marangoni-Effekte wiederherstellen, was wiederum die Schaumbildung verhindert. Darüber hinaus fördern Entschäumer das Abfließen des Flüssigkeitsfilms aus den Schaumblasen, sodass diese platzen.