消泡剂在涂料工业中的应用 0769-22665686

1涂料中气泡的产生和危害 
    泡沫是由许多液膜薄壁分隔开的气体或蒸气泡所组成。在有些工业领域，泡沫是有实用价值的，这时人们希望形成稳定的泡沫来解决生产技术和生活中的实际问题。但在涂料工业中，一般是不希望产生泡沫，要想方设法xx产生的泡沫。涂料中气泡的产生由以下因素所造成：①表面活性剂的使用。为了改善涂料的某些性能，如颜料分散性、贮存稳定性、流平性等，在涂料配方中加入各种表面活性剂等助剂，它们会改变涂料的表面张力，引起起泡和稳泡。
    ②涂料生产过程中，如高速分散过程会带进空气泡，在研磨分散中涂料自由能会升高，有助于泡沫的生成。
    ③在施工过程中，如空气喷涂会带进空气泡，无气喷涂、辊涂等也会使涂料体系自由能升高，帮助产生泡沫。
    ④有些涂料，如聚氨酯涂料在成膜过程中会产生气体，导致气泡产生。    。
若在涂料生产过程中发生泡沫，会影响到生产容器的{zj0}利用，给操作带来困难；若在涂装过程中产生泡沫，会使漆膜表面产生缺陷。一方面影响涂膜的装饰性能，表面难看，光泽差；另一方面影响涂膜的防护性能，使防腐性和耐候性都降低。
2消泡机理及消泡剂的作用方式
(1)泡沫形成和破灭的理论   
    泡沫的破灭通常是由于液体从气泡壁排到壁面棱边处所致，当该液膜排液至厚度约lonm时，液膜中的分子运动便足以使其破灭，从而气泡结构遭到破坏。
    ①排液效应。如图1所示的是泡沫的结构和排液机理。泡沫的棱边处由很小曲率表面积所包围，与相对平坦的封闭液膜的壁面不同，因此任何棱边处B的液体压强小于A处的，液膜压强本身又等于外界大气压。由于压强差，棱边附近的液膜从A处推入8处，使棱边外围液膜变薄，为代替已推入棱边处的液膜，离棱边更远的液膜再迁移进入，致使液膜变薄。
②Gibbs弹性。液体弹性是泡沫稳定性的又一因素。当液体和表面活性剂组成的液膜在某一部位突然被拉伸时，膜面上的表面活性剂浓度暂时减少。该点表面张力相应增大，致使拉伸作用传递到表面张力较低的区域。这就使气泡具有耐突然破裂的能力，称为Gibbs弹性。
③表面迁移。当液膜离开低表面张力区域到高表面张力区时，随着它的迁移，把许多底层的液层带到新的地点。在被拉伸的液膜区域有一股流立即向它流去，趋于将从低表面张力区迁移来的液体使该区填满。这种效应使拉伸区恢复到它原来的厚度。粘稠的液体会拖带更多的液体急速充填到较薄的截面处，如果这一道拖去的液体太多的话，液膜自身原来的地方可能会减薄至破裂点而破泡。
  在尽力补充表面上表面活性剂浓度以均衡表面张力的过程中，表面活性剂也可以从下层朝上扩散。若从下面大量液体的表面吸收速率比沿侧向表面运动速率是处于同一数量级或更高的话，则迁移到拉伸区的液体相应减少，更可能发生液膜变薄和气泡破灭。
    泡沫的稳定性和破裂的因素除了以上三种重要概念之外，机械冲击、热冲击、静电力、气体吸附与扩散、底材对表面活性剂的消耗等都会明显地影响到泡沫的稳定性。
    (2)消泡剂的作用方式
    泡沫产生的难易程度与液体体系的表面张力直接有关，因为使用表面张力较低的活性剂及生产施工等因素，给泡沫的产生提供了条件。要xx泡沫，就要使用能使表面张力降低的物质作消泡剂。
    消泡剂一般可分为抑泡剂和破泡剂两种，抑泡剂的作用是抑制泡沫的产生，是治本之法。破泡剂是使产生的泡沫破裂。破泡又分为脱泡和消泡两个过程，前者促使气泡到达表面，后者将表面上的气泡破坏。一般很难准确地将一个助剂的工作机理定义为抑泡、脱泡或消泡，所以总是统称为消泡剂。
破泡的过程可分为接触、侵入、展布、破泡四个过程。
因此，破泡必须考虑两个因素，即侵入系数E和展布系数S。
E=γF+γDF-γD    (2)
    S=γF-γDF-γD    (3)
  式中，γF表示泡膜液的表面张力；γDF表示消泡剂的表面张力；γD表示泡膜液和破泡剂间的界面张力。
    当E为正时，消泡剂就可进入泡沫液；而s为正时，就可在界面展布。只有当E和S都为正数，消泡剂才能发挥作用。这就要求)，D、γDF都较小。因此，消泡剂应具有一定的亲水性，不溶于泡沫所在的介质。
根据以上叙述，可以归结出消泡剂应具备的性能，即：
①与体系的溶解度很低；
②能明显降低体系的表面张力；
③具有正的侵入系数和展布系数；
④{zh0}在泡沫的界面上定向时能处于平卧状态。
   3消泡剂的类型
    涂料工业所用的消泡剂一般都是非离子型表面活性剂。根据其化学组成不同，可分为以下几类：
    ①有机硅类。这类是用得最多的、最主要的消泡剂，在前面已进行过讨论。
    ②矿物油类。该类消泡剂一般是由约80％的载体油和约15％的憎水颗粒再加约5％的乳化剂、防腐剂及其它增效成分所组成。载体油是脂肪族或芳香族的矿物油。芳香族矿物油易引起漆膜泛黄，且含有大量芳香烃，会造成生理危害，因此不如脂肪族的性能好。憎水颗粒一般用憎水的气相二氧化硅、硬脂酸盐、脂肪酸衍生物或聚脲化合物。乳化剂的作用是将憎水颗粒分散于载体油中，同时对消泡剂混入涂料也有正向作用。
    该类消泡剂主要用于平光和半光乳胶漆中。
    ③不含硅聚合物类。这是一类特殊的聚合物，它是通过选定的不混溶性来发挥作用的。为了获得“混溶”与“不混溶”问的平衡，要有意识地改变聚合物的极性和相对分子质量(包括相对分子质量分布)。一般相对分子质量越大，越不混溶。但对聚合物型消泡剂来说，即使其混溶性太好，造成消泡效果太弱或甚至xx没有消泡作用，但不会稳定泡沫，这是它与有机硅消泡剂的{zd0}不同。
    以上几类是目前涂料工业使用最广泛的消泡剂，除此之外，磷酸酯类(如磷酸三丁酯)、低级醇类(如正辛醇类)，也可用作水性涂料的消泡剂，但由于其抑泡性等方面不十分令人满意，已逐渐被淘汰不用。
    4消泡剂的应用
    (1)选择消泡剂应注意的因素
    涂料体系中物料的相互影响，造成了泡沫问题的复杂性，因此在选择消泡剂时，应考虑以下因素：
    ①涂料体系。水性涂料与溶剂型涂料所要求的消泡剂是不同的，水性涂料使用乳化剂、增稠剂，更具起泡和稳泡性，因此其消泡问题更突出。
    对水性涂料来讲，其pH值越高，对控制泡沫越不利。丙烯酸系列有光乳胶涂料的乳液粒子很细，消泡较困难，水性醇酸与水性聚氨酯相比，易与消泡剂混溶ll5cj。
    对溶剂型涂料来讲，聚氨酯漆在生产和施工过程中都容易产生反应型气泡，消泡较困难。
    ②颜料。颜料粒子的粗细、极性大小会影响到泡沫，例如炭黑、超细填料会增加消泡的困难性。
    ③助剂。润湿分散剂的使用本身就会带来泡沫，过量使用时更有稳泡作用。如果选用的消泡剂与分散剂匹配不好，会造成分散剂乳化消泡剂，引起颜料絮凝和消泡剂失灵。
    ④涂料的粘度。高粘度的涂料消泡更困难，如弹性涂料、防腐蚀涂料中的厚浆型涂料，往往需要专用消泡剂。
    ⑤涂料的用途。消泡剂的不混溶性多多少少会影响到涂料的光泽，因此，高光泽的涂料就要选用混溶性较好的消泡剂。
    ⑥施工方法。无空气喷涂比空气喷涂的消泡困难，刷涂比浸涂消泡困难。
    ⑦涂料的干性。干燥快的涂料表面固定得快，要求消泡力强的消泡剂，作用能迅速完成，否则即使破泡，因为没有一定的流动，就会留下针孔。
    (2)如何正确使用消泡剂
    要想使消泡剂很好地发挥作用，消泡剂的添加方法很重要。消泡剂一般需要在高剪切速率下分散，如果分两次添加效果更好，即把所用消泡剂等分为两份，一份在研磨阶段加入，一份在配漆阶段加入，这样消泡剂作用发挥{zh0}，用量可降低到{zd1}。
    消泡剂加入后至少需要24h才会充分发挥作用，在试用时一定要注意这一点，如果提前测试，往往会得出错误的结论。
涂料生产过程中要求消泡剂的作用持久性要好。有时会发现贮存后的涂料在施工和成膜过程中往往会达不到初期的消泡能力。发生这种情况的原因，可能与溶液中起泡剂的浓度是否超过cmc有关。在浓度大于cmc的溶液中，消泡剂有可能被加溶，以致失去在表面铺展的作用，消泡效力大减。图6即显示了此种情况：油酸钠的浓度为0．20％，已超过cmc。在此溶液中，磷酸三丁酯的加溶量约为0．3％。故在磷酸三丁酯溶液较小时，新鲜溶液的泡沫高度比放置一段时间后的低得多。
    正确地使用消泡剂，需要掌握恰到好处的用量，而且以{zd1}的有效量为好。这就需要涂料配方设计者进行反复的试验来得到数据。一般的试验方法是：按照上述使用方法配制不同消泡剂含量的样品，制备同样条件的样板，观察气泡的破裂速度和干膜残留气泡的多少来判断消泡能力的大小，同时可以观察缩孔测定光泽，以判断哪种用量是最恰当的。
     为了测定消泡剂的持久性，可将加有消泡剂的样品封严后在50℃烘箱中放置30d后，与最初测定消泡能力的样品进行各项性能对比。该条件一般相当于常温6个月到1年的贮存性。
(3)消泡剂使用不当造成的弊端  
消泡剂虽然对xx泡沫是有益的，但是使用不当，就会带来不利的影响。  
    ①添加方法不当。消泡剂加入体系中，如果不经研磨或高速分散，就不能发挥消泡作用。
    ②选择不当。有些消泡剂只适用于低光泽涂料，如果用在高光漆中会造成光泽下降。
③过量。消泡剂使用过量，会影响光泽，更严重的是引起缩孔、缩边等漆膜缺陷，也会造成重涂性差等弊病。

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