حضور فوم همواره در یک پوشش ناخواسته و نامطلوب است. ایجاد فوم در حین فرآیند تولید پوشش می تواند مانع از پرشدن بهینه مخازن تولید شده که این خود می تواند هنگام پر کردن ظروف از پوشش مشکل ایجاد کند یا باعث ایجاد نقایص و حفره در سطح در هنگام اعمال پوشش شود. فوم نه تنها بر ظاهر بصری تأثیر منفی می گذارد، بلکه عملکرد محافظتی پوشش را نیز کاهش می دهد. تقریباً همه اجزای موجود در فرمولاسیون پوشش می توانند بر رفتار کف به طور مثبت یا منفی تأثیر گذار باشند. به همین دلایل ، یک آنتی فوم مناسب جزء ای جدایی ناپذیر در فرمول بندی یک سیستم پوشش است.فوم های مایع (liquid foams)، توزیع ذرات ریز گاز (به طور کلی هوا) در مایع می باشند. ویژگی بارز این نوع فوم در مقایسه با سایر حالات فیزیکی، سطح تماس بسیار زیاد بین گاز و مایع است. با در نظر گرفتن قوانین انرژی، مایعات تمایل دارند تا حد امکان سطح خود را کوچک نگه دارد، بدین ترتیب فوم همواره سطح انرژی بالاتری نسبت به فاز مایع دارد و پایداری آنها تنها در نتیجه اثرات تثبیت کننده کف ممکن می شود. به محض تولید، حباب های گاز در فاز مایع به سمت بالا و سطح حرکت میکنند. طبق قانون استوکس (Stokes‘ law)، سرعت صعود v بستگی به شعاع r حباب ها و گرانروی η مایع دارد.
لاملای (lamella) کف، همان فیلم نازک مایع اطراف حباب گاز است. هنگامی که حباب گاز به سطح مایع رسید، مایع از فضای لایه لاملا (lamella) فوم تخلیه می شود (اثر زهکشی). لایه لاملا نازک و نازکتر شده و در ضخامت تقریبی 10 نانومتر این لایه پاره شده و حباب کف از بین میرود. اگر فرآیندها طبق توضیحات بالا انجام شود، در سیستم ها مشکلی با فوم وجود ندارد زیرا حباب های فوم پایدار نیستند. این مورد تنها در مایعات خالص صادق است و میتوان گفت که مایعات خالص کف نمی کنند.
برای تولید حباب های فوم پایدار، مواد تثبیت کننده کف باید در فاز مایع وجود داشته باشد. به طور کلی، اینها مواد فعال سطحی (سورفکتانت ها) هستند که دارای گروه شیمیایی آبگریز و آب دوست در مولکولشان هستند. این ساختار به آنها این امکان را می دهد در سطح تماس مایع/گازی جهت گیری کرده، کشش سطحی را کاهش داده و در نتیجه الزامات لازم برای ایجاد کف پایدار را ایجاد کنند.
هرفرمول پوششی (اعم از پایه آب، بدون حلال یا پایه حلال) حاوی مقادیر زیادی از این انواع مواد فعال سطحی با تنوع شیمی و منشاء مختلف است. به همین دلیل، تشکیل فوم باید در اصل در هر سیستم پوششی مورد انتظار باشد.
فوم به مرور زمان طبق اثر زهکشی مایع خود را از دست می دهد و در نتیجه ساختار آن را تغییر می کند. فوم تازه ایجاد شده که حاوی سطح نسبتاً بالایی از مایع است به عنوان کف مرطوب “wet foam” یا کف کروی “spherical foam” شناخته می شود زیرا حباب های گاز هنوز کروی هستند و به سختی در برابر یکدیگر تغییر شکل می دهند. به مرورکه مایع از لایه های فوم تخلیه می شود (اثر زهکشی)، لایه ها نازک می شوند، حباب های گاز به هم نزدیک می شوند، در برابر یکدیگر تغییر شکل می دهند و چند وجهی می شوند. این فوم در حال حاضر فوم خشک “dry foam”یا فوم چند وجهی “polyhedral foam”نامیده می شود.
با نازک شدن لایه لاملای فوم بر اثر زهکشی و در صورت نبود نیروهای مخالف (مواد تثبیت کننده کف)، فوم فرو ریخته از بین میرود. در محیط آبی و در حضور سورفکتانت ها، لایه لاملا فوم با سورفکتانت پوشیده شده است. هنگامی که زهکشی اتفاق افتاده و مایع تخلیه می شود، و دو لایه به طور فزاینده ای به هم نزدیک می شوند ولی بارهای الکتریکی مشابه سورفکتانت یکدیگر را دفع می کنند و بدین ترتیب از طریق دافعه الکترواستاتیک بین مولکول های سورفاکتانت از خشک شدن بیشتر و در نتیجه ترکیدن کف جلوگیری می شود.
اثر تثبیت کننده دیگر ناشی از کشش و الاستیسیته لایه لاملای فوم است. اندکی کشیدگی در لایه لاملا باعث کاهش غلظت سورفاکتانت در سطوح سطحی کشیده می شود زیرا در اثر کشیدگی و افزایش سطح، مولکول های سورفاکتانت در سطح بزرگتری توزیع می شود. با این حال، کاهش غلظت سورفکتانت در سطح، باعث افزایش کشش سطحی می شود، که باعث می شود لاملا به حالت مطلوب انرژی بازگردد. این تفاوت در کشش سطحی (γ ) با تخلیه مخلوطی از آب و سورفاکتانت از بدن و سطح لایه لاملا به ناحیه لاملا که قبلاً کشیده شده بود، جبران می شود. این اثر تثبیت کننده خاص، اثر گیبس مارانگونی (Gibbs- Marangoni effect) نامیده شده است.
به طور کلی، از آنجا که نمی توان از حضور سورفکتانت ها و مواد تثبیت کننده کف در فرمولاسیون پوشش اجتناب کرد، از آنتی فوم ها برای جلوگیری از ایجاد و پایداری کف استفاده می شود.
آنتی فوم ها مایعاتی با کشش سطحی پایین هستند که اساساً باید سه شرط اولیه را داشته باشند:
اگر ضریب نفوذ مثبت باشد، آنتی فوم در لایه های فوم نفوذ خواهد کرد. اگر ضریب پخش مثبت باشد، آنتی فوم می تواند پس از نفوذ به لایه لاملا، در سطح مشترک پخش شود. با پخش شدن آنتی فوم در سطح مشترک لاملای فوم، سورفکتانت های تثبیت کننده فوم جابجا می شوند، نقاط ناپایدار ایجاد و لاملا تضعیف میگردد.
اگر میخوایید مطالب بیشتر در این زمینه بخوانید به سایت https://noyanafzon.com بخش آموزش مراجعه بفرمایید.
