Wie wählen Sie die richtige Silikonemulsion für Ihren Produktionsprozess aus?

Grundlegende Eigenschaften von Silikonemulsionen

Viskosität und Teilchengröße von Silikonemulsionen

Die Viskosität bestimmt in erster Linie die Fließfähigkeit des Materials. In einer vergleichenden Studie mit niedrigviskosen Silikonemulsionen gemäß ISO 3219 zeigten diese eine gute Leistung bei Verarbeitungsschritten wie Sprühen und Pumpen. Die niedrigviskosen Varianten verbrauchten etwa 15 % weniger Energie als die hochviskosen Varianten. Die Stabilität von Zement- und Beschichtungsemulsionen mit einer Partikelgröße im Bereich von 0,1 bis 5 Mikrometer ist von besonderem Interesse. Kleine Partikel weisen trotz der erhöhten Herstellungsschwierigkeiten eine kurze Lagerstabilität auf. Eine langfristige Stabilität erfordert zudem laborbasierte Untersuchungen zur Emulgatorauswahl sowie zur Reaktion des Systems auf die mechanischen Einwirkungen (z. B. Rühren) und Temperaturschwankungen während der Lagerung. Die Phasentrennung des Systems während der Langzeitlagerung stellt das unerwünschteste Verhalten dar. Damit ein Produkt über einen Zeitraum von zwölf Monaten lagerstabil bleibt, muss das System im pH-Bereich von 3 bis 11 sowie im Temperaturbereich von 5 bis 50 Grad Celsius homogen bleiben. Gemäß der Norm ASTM D2196 müssen diese Bedingungen ebenfalls erfüllt sein, um für die Prüfung zugelassen zu werden.

Einfluss des Feststoffgehalts und des Emulgatortyps auf die Verträglichkeit mit Substraten und die Filmdicke

Der Feststoffgehalt (30–60 %) beeinflusst sowohl die Dicke des Films als auch die Aushärtungsrate mit dem Substrat: Ein höherer Feststoffgehalt führt zu einer schnelleren Filmbildung, kann jedoch die Flexibilität verringern; ein niedrigerer Feststoffgehalt verbessert die Filmbildung auf porösen Substraten, darunter Textilien. Die Chemie des Emulgators beeinflusst die Bindung an der Grenzfläche:

- Nichtionische Emulgatoren sind mit Baumwolle und Polyester sowie deren Mischungen verträglich.
- Kationische Emulgatoren verbessern die Haftung auf Metall- und Gummisubstraten.
- Anionische Emulgatoren sind bei hohen Schergeschwindigkeiten und geringer Schaumbildung vorzuziehen.

Das Vorhandensein mehrerer Emulgatoren kann aufgrund von Koaleszenz zu einem Verlust der Wasserabweisung um bis zu 40 % führen. Ein optimales System zeichnet sich durch ein ausgewogenes Verhältnis zwischen hydrolytischer Stabilität und niedriger Oberflächenspannung (≈22 mN/m) aus, um Beschichtung und gleichmäßige Benetzung zu fördern.

Auswahl von Silikonemulsionen nach Industrieanwendung

Textilien und Leder: Weichheit vs. Wasser-/Ölabweisung vs. Verarbeitungskompatibilität

Textilien benötigen Silikonemulsionen, die zur Weichmachung und Erhöhung der Gewebeelastizität beitragen, ohne die Festigkeit des Gewebes oder die Farbaufnahme zu beeinträchtigen. Technische Outdoor-Bekleidung und Polsterstoffe stellen höhere Anforderungen. Eine dauerhafte Wasserabweisung (DWR) sowie eine gute Ölabweisung sind entscheidend. Silikonemulsionen werden in wässrigen Färbebädern eingesetzt und überstehen eine Trocknung bei Temperaturen unter 100 °C, um Vergilbung und Probleme bei der Ausrüstung zu vermeiden. Bei der Lederbearbeitung muss sichergestellt werden, dass die Behandlung tief eindringt und die Geschmeidigkeit erhält, während die Oberfläche der Haut widerstandsfähig gegen Abrieb ist und wasserabweisend bleibt, um den Anforderungen im Einsatz von Lederwaren standzuhalten.

Gummi-, Kunststoff- und Metallformgebung: Hitzebeständigkeit, Entformungseffizienz und Inertheit oberhalb von 150 Grad Celsius

Um eine optimale Leistung bei 150 °C und darüber hinaus zu erzielen, benötigen wir hochthermostabile Emulsionen, die während der Hochtemperatur-Formgebungsverfahren weiterhin wirksam und vielseitig bleiben. Hochwertige Produkte reduzieren die Ablagerung von Rückständen auf den Oberflächen der Werkzeuge, was sich in einer geringeren Ausschussrate beim Spritzgussverfahren niederschlägt. Einige Informationen deuten darauf hin, dass dies zu einer Reduzierung der Ausschussrate um etwa 20 bis 25 % führen kann. Hinsichtlich der Wärmebeständigkeit verlangen wir, dass die Materialien mehrere Heizzyklen ohne Zersetzung oder Freisetzung giftiger Gase aushalten. Ein wesentliches Anliegen ist die Notwendigkeit, zu verhindern, dass eine Emulsion die Oxidation bestimmter Kunststoffe – wie Polypropylen – verstärkt oder Aluminiumformen korrodiert. Aus diesem Grund suchen wir nach Materialien, die eine echte Stabilität bei Kontakt mit heißen Substanzen aufweisen. Es ist allgemein bekannt, dass Emulsionen mit kleineren Partikeln nicht nur eine einfache Entformung ermöglichen, sondern auch eine bessere Oberflächenqualität der geformten Bauteile gewährleisten.

Handhabung und Integration von Silikon-Emulsionen

Verdünnung und Mischen: Die Wissenschaft hinter der Koaleszenz

Einige Faktoren können die kolloidale Stabilität bei der Verdünnung beeinträchtigen: die Reihenfolge, in der Wasser und Emulsion zugegeben werden, die Rührdrehzahl (sollte unter 1500 U/min liegen) sowie die Mischtemperatur (sollte zwischen 15 und 30 Grad Celsius betragen). Eine Mischung außerhalb dieses Temperaturbereichs kann die Wahrscheinlichkeit einer Phasentrennung und Destabilisierung der Emulsion erheblich erhöhen. In bis zu 40 % einiger Laboruntersuchungen wurde eine Phasentrennung beobachtet. Am besten geeignet sind mit Leitblechen ausgestattete Mischtanks mit langsam rotierenden Rührern. Dadurch wird eine übermäßige Scherbelastung minimiert, die zu Schäden an den strukturellen Emulsionsschichten führen könnte. Beachten Sie, dass zusätzliche Komponenten (Tenside / Zusatzstoffe) vorverdünnt werden müssen, um Hotspots und lokal begrenzte Zersetzung zu vermeiden.

Stabile Silikon-Emulsionen sollten mit den folgenden Systemen, Pumpen, Düsen und Lagereinrichtungen kompatibel sein.

Pumpen sollten die Scherdegradation minimieren und können Membran- oder Peristaltikoptionen umfassen. Die Öffnungen der Düsen sollten ebenfalls groß sein. Eine allgemeine Richtlinie besagt, dass der Durchmesser der Austrittsöffnung mindestens 1,5-mal größer als das größte Partikel in der Mischung sein sollte. Bei Partikelgrößen in den meisten Anwendungen zwischen 0,5 und 5 µm sollten Optionen mit einem Durchmesser größer als 0,75 µm gewählt werden. Die Lagerung sollte bei Raumtemperatur erfolgen, idealerweise zwischen 20 und 25 Grad Celsius. Bei Lagerungstemperaturen über 35 °C kann die Wirksamkeit rasch abnehmen; Studien zeigen einen Verlust von 60 % der Haltbarkeit bereits nach nur 8 Wochen. Für ein besseres Tankdesign sind kegelförmige Bodentanks in Kombination mit Abstreifarmen geeignet, da sie verhindern, dass sich das Sediment ungleichmäßig absetzt, und dabei helfen, beim Entleerungsvorgang das Maximum an Inhalt aus dem Tank zu gewinnen. Auch die Konstruktionsmaterialien spielen eine Rolle: Für die Lagerung sollten Edelstahl 316L oder HDPE verwendet werden, zudem ist eine Abdeckung mit inertem Gas zur Reduzierung der Oxidation erforderlich. Kohlenstoffstahl ist zu vermeiden, da Systeme, die ihn verwenden, eine beschleunigte Oxidation aufweisen.

Bewertung der Leistungsmerkmale von Silikonemulsionen in technischen Datenblättern

Datenblätter werden üblicherweise überprüft, um technische Produktspezifikationen zu bestätigen. Konzentrieren Sie sich bei Ihrer Prüfung zunächst auf den Viskositätsbereich und die Partikelverteilung. Diese Parameter beeinflussen die Pumpfähigkeit, Sprühfähigkeit, Sedimentation und Emulsionsstabilität. Bewerten Sie Ihre Anwendungsanforderungen im Hinblick auf den Feststoffgehalt. Eine falsche Auswahl führt häufig zu unerwünschter Haftung und unzureichender Filmdeckung. Bei Anwendungen mit hohen Temperaturen, wie beispielsweise beim Metall- oder Gummi-Formpressen, prüfen Sie, ob das Produkt Temperaturen bis zu 150 Grad Celsius standhält. Vergleichen Sie die Angaben mit den Anforderungen an anerkannte Testergebnisse. Herstellerangaben sind in der Regel voreingenommen. Vergleichen Sie den pH-Wert und die chemische Beständigkeit mit den Chemikalien der Produktionslinie, um Leckagen zu vermeiden. Fordern Sie Berichte zur Chargenkonstanz sowie Richtlinien für sicheres Handling an. Das Fehlen dieser Angaben deutet darauf hin, dass das Unternehmen über ein schwaches Qualitätskontrollsystem verfügt.

FAQ-Bereich

Welche Vorteile bieten Silikonemulsionen mit niedriger Viskosität?

Silikonemulsionen mit niedriger Viskosität eignen sich besonders für Sprüh- und Pumpanwendungen und ermöglichen im Vergleich zu Emulsionen mit hoher Viskosität Energieeinsparungen von etwa 15 %.

Ich möchte wissen, wie verschiedene Silicontypen bestimmen, wie Silikonemulsionen miteinander interagieren.

Warum gibt es eine Vielzahl von Emulgatoren?
Die Art des gewählten Emulgators bestimmt, mit welchem Substrat der Emulgator wirkt und wie der Emulgator einen Film bildet. Je nach Emulsifier-Typ (nichtionisch, kationisch, anionisch) weisen diese unterschiedliche Fließfähigkeit auf, was sie für verschiedene Anwendungen geeignet macht.

Was bestimmt, wie lange Silikonemulsionen eine homogene Formulierung mit stabilem pH-Wert aufrechterhalten und bei einer Temperatur zwischen 5 °C und 50 °C gelagert werden können?

Welche Silikonemulsionen können bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, ohne die Leistungsfähigkeit der Produkte zu beeinträchtigen? Für Hochtemperatur-Formgebungsprozesse ist eine Emulsion zu bevorzugen, die hitzebeständig und chemisch stabil bis 150 °C ist. Während des Prozesses können zudem Rückstände und Ausschuss entstehen, insbesondere bei nicht hitzebeständigen Emulsionen.