کف چیست؟
حضور کف همواره در پوشش ها نامطلوب است. کف ایجاد شده در طی فرآیند تولید رنگ منجر به ایجاد اختلال در خطوط و پرشدن غیر بهینه ظروف تولید می شود. علاوه بر این بیشترین مشکلات ناشی از ایجاد کف در هنگام اعمال پوشش در اثر ایجاد نقایص سطحی و حفره میباشد. کف موجود در فیلم پوشش ها نه تنها اختلال نوری ایجاد کرده، بلکه کارایی محافظتی پوشش را نیز کاهش می دهد. بر این اساس، ضد کف ها تقریباً در تمام فرمولاسیون های پوشش ها جزو مواد اساسی به شمار می آیند.
بسیاری از اجزای پوشش بر روی رفتار کف زدایی آن تأثیر مثبت یا منفی می گذارند. به علاوه، ویژگی های بستر و پارامترهای کاربرد نیز تأثیرگذار هستند. به عنوان مثال، اسپری رنگ بر روی دو سطح متفاوت در شرایط کاملا یکسان بر اثر ایجاد کف منجر به حصول نتایج ظاهری کاملا متفاوت می شود.
در سیستم های پوشش تنها کف های مایع مورد بحث قرار می گیرند. اینگونه کف ها به صورت توزیع خوب گاز (به طور معمول هوا) در فاز مایع تعریف می شوند. ویژگی بارز کف (در مقایسه با سایر حالت های فیزیکی) سطح تماس بسیار بزرگ بین گاز و مایع است. لاملا (lamella) به لایه مایع اطراف هوا که حباب های گاز را از یکدیگر جدا می کند گفته میشود. با توجه به قوانین انرژی، هر سیستم مایع سعی دارد ناحیه سطحی خود را تا حد ممکن کوچک نگه دارد. با توجه به اینکه کف نشان دهنده یک حالت با سطح انرژی بالاست، تنها به دلایل اثرات تثبیت کننده کف، می تواند وجود داشته باشد.
بلافاصله پس از تشکیل، حباب های گاز در مایع به سمت بالا حرکت می کنند تا به سطح برسند. طبق قانون استوکس(Stokes’ Law)، سرعت بالا رفتن (V)به شعاع (r) حباب ها و ویسکوزیتهηمایع بستگی دارد.
هنگامی که یک حباب گاز معمولی به سطح می رسد، مایعات از لاملای کف (فیلم نازک مایع اطراف حباب گاز) جریان می یابند. این فرایند جریان (اثر زهکشی، شکل 1) ضخامت لاملا را کاهش می دهد و هنگامی که ضخامت این لایه به کمتر از حدود 10 نانومتر برسد، لایه لاملا یکپارچگی خود را از دست داده و حباب کف می شکند. در صورتی که تمام مایعات از الگوی بالا پیروی کنند، حباب های کف پایدارنبوده و مشکل کف در سیستم ها وجود نخواهد داشت. لازم به ذکر است که مایعات خالص کف نمی کنند و به منظور ایجاد حباب های کف پایدار، مواد تثبیت کننده کف باید در فاز مایع وجود داشته باشند.
به طور کلی، مواد فعال سطح (سورفکتانت ها، دترجنت ها و…) که در ساختار مولکولی آنهابخش های آبگریز و آب دوست وجود دارد، با توجه به ساختارشان و درجهت کاهش تنش های سطحی به سمت سطح تماس مایع / گاز جهت گیری می کنند و شرایط لازم برای تثبیت کف را ایجاد می نمایند (شکل 2)
در فرمولاسیون رنگ ها (پایه آب، بدون حلال یا پایه حلال) انبوهی از مواد تثبیت کننده کف با منشأ مختلف و ساختارهای شیمیایی متفاوت موجود است. بنابراین، در اصل، در تمام فرمولاسیون ها کف ایجادخواهد شد. همانطور که در شکل 3 مشخص است ساختار کف با گذشت زمان تغییر می کند. بلافاصله پس از تشکیل، حبابهای کف دارای مقدار زیادی مایع هستند. این ساختار “کف مرطوب” “wet foam” یا “کف کروی”“spherical foam” نامیده می شود زیرا حباب ها کروی شکل هستند و تا حد قابل توجهی یکدیگر را دفرم نمی کنند.
همانطور که پیش تر توضیح داده شد، مایع از لاملاهای کف جریان می یابد(اثر زهکشی)، و لاملا نازک می شوند. حباب های گاز با تراکم بیشتر در کنار یکدیگر جمع می شوند و ساختارهای چند وجهی ایجاد می کنند. ساختار کف حاصل را کف”خشک” “dry”یا “چند وجهی” “polyhedral”می نامند. در صورت عدم وجود نیروهای مخالف، اثر زهکشی توصیف شده در نهایت باعث نازک شدن دیواره های لاملا تا جایی می شود که کف به سادگی فرو بریزد.
یک نیروی بازدارنده مهم در نتیجه ساختار شیمیایی مواد تثبیت کننده کف (سورفاکتانت ها) رخ می دهد. در سیستم های پایه آب، گروه های آب دوست از نظر ماهیت یونی هستند. دو سطح لاملا کف پر شده با سورفاکتانت بر اثر تخلیه مایع به هم نزدیکتر می شوند. هنگامی که دو لایه به اندازه کافی نزدیک باشند، نیروهای دافعه ایجاد شده در اثر سورفکتانت های با بار موافق منجر به دفع دو لایه و در نتیجه حباب ها از یکدیگر می شود. بنابراین، تخلیه بیشتر لاملا و از هم پاشیدن حباب به علت دافعه الکترواستاتیک مولکولهای سورفاکتانت صورت نمی پذیرد (شکل 4).
خاصیت ارتجاعی لاملا کف یک اثر تثبیت کننده دیگراست (شکل 5). هنگامی که لاملا کشیده می شود، غلظت سورفاکتانت در سطح کاهش مییابد و در اثر کاهش غلظت سورفاکتانت کشش سطحی افزایش می یابد، که به نوبه خود باعث به عقب رانده شدن لاملا می گردد. این اثر خاص تثبیت کننده کف، کشش گیبس نامیده می شود.
برای اطلاع از نحوه عملکرد ضد کف ها و افزودنی های آزاد کننده هوا کلیک کنید!
