Hvordan lage skumdempende middel

Skumdannelse i beleggfilmer kan føre til at det dannes overflatedefekter som fiskeøyer, kratere eller pinholes. For å hindre at det skjer igjen, bruker formulatorer skumdempende tilsetningsstoffer - men valg og evaluering av disse krever inngående kunnskap om virkningsmekanismen i ulike beleggsystemer.

Et effektivt skumdempende middel må være løselig i det skummende mediet, trenge raskt inn i skumlamellene og spre seg raskt langs grenseflaten mellom gass og væske.

Polydimetylsiloksan (PDMS)

PDMS er et økonomisk, biokompatibelt materiale med mange bruksområder innen mikrofluidikk. Det kan festes til polymerer, glass- og metallkomponenter for å danne innebygde enheter, brukes som en elektroosmotisk pumpemembran og til og med mønstre ved hjelp av fotoresist for å danne mikrofluidiske kanaler.

For å løse dette problemet kan PDMS oksideres ved hjelp av oksygenplasma, noe som åpner opp hydroksylgrupper på overflaten som reagerer med silylkloriddamp og danner terminale grupper som skumdempende midler kan reagere med. Resultatet er at skumdempende midler som reagerer med denne overflaten, gir mindre skumdannelse og hemming enn tradisjonelle skumdempende tilsetningsstoffer av silikon, i tillegg til at de er ugiftige, lette å spre og termisk stabile sammenlignet med tilsvarende stoffer av silikon.

Silikonoljer

Silikonoljer er avhengige av forskjeller i spesifikk tyngdekraft mellom vannholdig humor og silikonolje for sin skumdempende mekanisme, der høyere spesifikk tyngdekraft i vandig humor får den til å synke inne i glasslegemets hulrom, mens lavere spesifikk tyngdekraft i silikonolje får den til å flyte, noe som skaper det som kalles oppdriftskrefter som løfter den oppover.

Silikonoljer av medisinsk kvalitet kan være effektive skumdempende midler fordi de er lettere enn vann og endrer overflatespenningen slik at skumbobler sprekker. I tillegg er de ugiftige og lette å oppløse i vandige løsninger.

Silikonbaserte skumdempende midler krever høye konsentrasjoner av silikoner som kan være giftige og helseskadelige, mens vegetabilske oljer som jojobaolje har lignende skumdempende egenskaper, men med mye lavere effektivitet; dessuten gjør deres lave vanninnhold dispergeringen mer utfordrende enn forventet.

Mineraloljer

Mineraloljer er fargeløse, luktfrie blandinger av høyere alkaner som stammer fra mineralkilder, og som produseres som biprodukter fra foredling av råolje til petroleumsprodukter. Historisk sett var de også kjent som hvitolje eller parafinolje på grunn av navnets upresisjon, noe som gjenspeiler at kjøpmenn ofte ikke trengte eller ønsket å vite nøyaktig sammensetningen av hver mineralolje som ble solgt eller brukt som handelsvare (Merriam-Webster daterer den første bruken av "mineralolje" tilbake til 1771!).

Mineralolje kan raffineres ytterligere for industriell bruk for å fjerne tilsetningsstoffer som potensielt kan være skadelige for mennesker, slik at man får et raffinert mineralsk smøremiddel som egner seg for næringsmidler og farmasøytiske produkter som kan komme i kontakt med næringsmidler, inkludert eventuelle problemer med utilsiktet kontakt med næringsmidler.

Mineraloljer av næringsmiddelkvalitet er vanligvis smak- og luktfrie oljer som er oppløselige i vann, og som gir utmerket korrosjonsbeskyttelse, noe som gjør dem trygge å ha i direkte kontakt med huden. I tillegg bidrar de til å holde dehydrering i sjakk ved å fungere som en beskyttende barriere som begrenser det transepidermale vanntapet.

Vannløselig skumdempende middel

Vannløselige skumdempere har utmerkede skumdempende egenskaper og kan fremstilles ved å blande en polyetermodifisert organisk silisiumforbindelse med lavere alkoholer, overflateaktive stoffer og silisiumdioksyd. Sammenlignet med tradisjonelle mineraloljer gir denne skumdemperen fordelene med predispersjon og krever mindre energi for å inkorporeres i beleggsystemer.

Skumdempende midler virker ved å forbli uoppløselige i det skummende mediet og forhindre tette forbindelser mellom molekyler på filmoverflaten, noe som hindrer overflateaktive stoffer med skumstabilisering i å gjenopprette filmens elastisitet via Marangoni-effekter og dermed forhindre skumdannelse. Videre virker skumdempere ved å oppmuntre til drenering av væskefilm fra skumbobler slik at de sprekker.