起泡和消泡
轴承起拔器2008-07-07 09:09
随着水性涂料的出现，涂料起泡的问题显著增加。在溶剂系统中会发生起泡现象，在高固体份系统中较严重，在水性体系中就更加严重了。起泡是现代配方设计师关心的问题，他们试图在原来的基础上再加入一些新的技术。虽然，水对起泡现象并不敏感，许多水性涂料仍然需要使用表面活性剂来协助颜料润湿和分散。而这些物质促进泡沫的产生且使它稳定。这种问题在乳胶漆中是有点复杂的，乳胶漆中含有大分子水溶性聚合物象羟基乙烯纤维素。这些物质使涂料加厚，而增厚又使涂料稳定。 搅拌摩擦焊接
上一个月已提到，对于敏感涂料，泡沫在任何状态都会产生，从制造到涂装。如果将这些过程（包括制造、用泵抽、转移等）合并，泡沫将减小到最小程度。而混合和施工的去除通常超出了涂料制造商的控制范围。这就是被设计用来减轻泡沫形成和稳定的化学装置的重要原因。这些物质就是通常所说的消泡剂。这篇文章讨论泡沫形成的主要原因、消泡剂的种类和消泡剂是怎样工作的。泡沫对漆膜特性的影响
在被涂物表面涂上涂料既赋予基体装饰性能，又有保护性能，而在这些漆膜产生过程中，泡沫产生的不利影响是添加消泡剂的主要原因。气泡会在本应形成完整紧密的漆膜表面通过产生一个空洞来降低漆膜的耐久性。这个空洞减少有效的漆膜厚度，因此降低漆膜保护效果。即使在气泡最终破裂的地方，流动的漆也不能恢复剩余表面的完整性，这样就产生了气孔。新型模板支撑
辊涂和无空气喷涂对气泡的产生特别敏感。起泡也引起许多其它的困难，它们包括反应釜不能盛装所需要量的涂料。容器不能正确被填满，在装运过程中，经过消泡后，容器可达到不完全满的程度。泡沫影响分散且阻碍包装过程。
由其它原因引起的气泡
除了在制造和涂装过程中由于空气的进入而产生气泡，产物中气体的产生也可形成气泡。在金属颜料体系中会产生氢气，在某些尿烷体系中会产生二氧化碳。后一种气泡的形成在水溶性、双组分尿烷体系中更严重。最后，泡沫或由于空气进入而形成的气泡将引起漆膜表面多孔。这些表面包括富锌底漆、生锈的金属、混凝土或熟石膏。此时，加入助剂也没用。对于这些表面，通常先涂上一层密封漆。
气泡的自然属性
泡沫被认为是在分离的形态中，整个持续的液体状态下气体的分布。泡沫显示了最大的气液接触面，它使气泡和周围的气泡分离。虽然所有液体都趋向处于最低能量状态，然而在液体介质中，当某些稳定物对泡沫起作用时，泡沫可处于较高的能量状态。起初，当泡沫形成时，球状的气泡是分离的，液体中每一气泡相互分离，因此气泡层在液体状态下是厚的，这种泡沫称为球泡或湿泡。有时，当液体从气泡中排出时，每个气泡聚集的更加紧密，以致气泡层变薄。在这种情况下，气泡紧密地排在一起，只有少部分液体使它们相互分离，这种泡沫叫作干泡沫。当气泡层变薄时，小气泡破裂而形成大气泡。这些大气泡阻碍漆膜的表面。在涂料表面，液体流出气泡层，然后返回到连续的湿涂层中。当液体继续向外流时，气泡层减小到自动检测系统10nm，气泡破裂。
泡沫的稳定
实际上，对于消除气泡，还存在许多问题。首先，气泡在表面活性剂及其它物质作用下，会趋于稳定。这种稳定之所以会发生是因为表面活性剂在气泡层两接触面具有取向作用。在这里，疏水性物质倒立在表面活性点上，气泡层离子化带电。每个气泡颗粒周围的气泡
旋转展台层就处于一种静电系统中，该系统由于异电相斥而阻止一气泡对另一气泡的侵占。这就自然抵消了消除气泡的过程而使气泡稳定。
另外，气泡层由于自身的弹性而趋于稳定。当薄层被延伸时，单位表面的表面活性剂含量减少，而表面活性剂含量减少导致表面张力增加。反之，减小表面区域，薄膜收缩。这样漆膜收缩，减低表面张力，恢复表面活性剂含量，气泡稳定。
在某些个别情况下，稳定的程度取决于系统本身及所使用的消泡剂。已采取措施来决定丙烯酸聚合物哪一种单独的属性使气泡稳定，他们使用分馏技术。研究者已得出结论：分子量低、酸数目多、表面张力低、PH值低的物质具有使气泡稳定的趋势。在早期的研究，相似的技术被用来决定不同种类和数量的中和剂对气泡稳定的影响。三乙基胺和氨基甲基丙醇比氨和二甲基、氨基甲基丙酮在水稀释性醇酸中产生更少的气泡。另外，当氨基酸比例增加时，气泡的含量减少。当水作助剂的比例减少时，泡沫的含量也减少。
消泡剂
地下水位监测
严格地讲，消泡剂是破坏泡沫的表面活性剂。抑泡剂是阻止泡沫形成的表面活性剂。许多
情况下，它们是互用的，为了破坏泡沫的稳定性。消泡剂必须进入到气泡层且在它的接触面处展开，减少使泡沫稳定的表面活性剂的稳定作用，且用表面张力低、稳定性差的气泡层代替稳定的、有弹性的气泡层。为达到此目的，消泡剂的表面张力必须比表面活性剂的低且它能通过破坏气泡层的完整性来取代表面活性剂。消泡剂必须有正的渗透系数和正的扩散系数。除了主要的消泡剂（硅酮液），消泡剂也包含超细流水硅粉颗粒。它们在消泡剂的持续阶段被带入到气泡层，它们减少气泡层的凝聚力，辅助泡沫的降稳。
表面活性剂与消泡剂的比例应严格的控制。在表面活性剂较多的情况下，气泡是稳定的且消泡剂的活性降低。在泡沫形成系统中，将低能量的表面活性剂保留到完全小的程度是错误的。具体情况如低能量的表面活性剂，硅系统和氟化学表面活性。这些产品应该被正确使用。当表面活性剂进入到气泡层，发生取向作用时，泡沫将趋于稳定。疏水端取向于气泡的内部，而亲水端形成连续的水的状态。消泡剂则改变她们的位置，疏水端被吸引，表面活性剂和消泡剂处于不稳定的平衡状态。一旦合适的系统被选定，应保持使用最少的用量。
值得注意提醒的是乙炔二醇每分子占据很大的表面区域，且在气泡层的表面形成扩展的薄
膜。这种高润湿性物质既消除了涂料中的气泡，也增加了它的润湿度。它们被用作其它的润湿剂来增效润湿涂料，消除气泡而没有其它消泡剂的负面效果。事实上，与传统的以硅为基础的消泡剂相比，乙炔乙二醇可以消除花脸的漆病，而且可以减少使用量。
消泡剂种类
两种主要的消泡剂对水性涂料是有效的。以脂肪族碳氢矿物油为基础的无硅产品，以及在颜和光泽需处于临界状态下使用的有硅产品。已不再使用多环有机物，因为它们既有毒，而且在单颜中会脱。
有硅和无硅产品中的活性成分包含两种主要的基团。第一是主载体，它能作为不相容的薄膜而扩散到气泡层取代起稳定作用的表面活性剂。第二是一种处于分离状态的成分，它能通过吸收表面活性剂到其表面而破坏气泡。
第二种成分以颗粒状疏水性硅及硬脂肪酸金属盐为典型。现在常用的是以脂肪族聚脲树脂为基础的疏水颗粒。这些离散的颗粒被主载体带入到气泡层中，吸收表面活性剂，破坏具有静电的气泡层，这样气泡层就脱稳了。
在少量乳化剂的作用下，疏水端被分散到载体中。乳化剂也促进疏水端进入到起泡沫的涂料中，而乳化剂本身并不是泡沫稳定剂，它也不产生表面缺陷。疏水端颗粒的最佳尺寸大小在0.01至10微米之间。当消泡剂的粘度和涂料相匹配时可达到最好的效果。随着时间的推延，这些疏水颗粒停留在消泡剂中，因此消泡剂在使用前必须均化。将消泡剂包装在密闭容器中时比较困难，最好顶部可以打开。
以矿物油为基础的系统被广泛使用在乳胶漆中，但当光泽要求增加时，消泡剂的选择将比较困难，此时应选用含硅的产品。除了矿物油，聚丙烯酸酯，聚烷基乙二醇、脂肪酸酯和酰胺，无硅系统也应含有有机磷酸盐。通常，少量的硅可加入到以矿物油为基础的系统中。
以硅为基础的消泡剂表示为纯二甲基硅液或粘度在5000-100000cps之间的改性聚醚。该粘度也超过了流动控制剂和片状添加剂的粘度范围。汗宁指出，以聚丙烯酸聚醚及其他各种结构聚合的形态出现的改性聚醚硅氧烷对现在的乳胶漆系统是非常合适的，它们在连续的涂料状态中是难溶解的，而和聚合物可以很好的共溶。这种性质可以使发花现象减到最小，而使消泡剂的活性增加到最大。
含硅的消泡剂比以矿物油为基础的物质更富有效果。虽然它们都使用相同的疏水颗粒（硅或脲）。在含硅的系统中，发花成为主要的问题，虽然在搅拌的情况下，完全分散是有可能的。在纯二甲硅被使用时，重涂时的附着力又成为主要问题。
消泡剂的短效性
好的消泡剂应在涂料放置一段时间后仍保持有效性。经常发现，经过一段时间后，消泡剂在系统中不分散了。它或者溶解在连续的漆中或者被不连续的颜料吸收。该过程消除了消泡剂的活性。因为在任一状态中，它都不能进入到气泡层。在制造过程中，由于有泡沫阻止剂，它们不会对消泡剂发生影响，而在涂装过程中，它们会降低消泡剂的功能。
另一个影响消泡剂功效的因素是PH值的变化。某些消泡剂在某一PH值下效果非常好。随着时间的推移，当PH值发生变化时，消泡剂会失去功效。PH值的影响也可以在中性胺醇酸树脂中被看到，当水离开漆膜表面，PH变成酸性时。为避免发生该现象，我们必须使用不同种类的消泡剂，尤其在厚漆和快干漆中。气泡到达漆膜表面的路程越长或漆膜形成越快就越容易增加漆膜表面的粘度。这种粘度的增加阻碍气泡离开漆膜表面，也阻止了针孔的恢复。当气泡到达漆膜表面且破裂时，针孔就形成了。层状、片状颜料也阻碍气泡到达
漆膜表面，因为它们在基体中发生取向作用，因此，低颜料系统比高颜料系统更容易形成泡沫。
不象添加剂具有收缩特性，好的消泡剂最主要的要求是它在涂料系统中具有不溶解的特性。而添加剂则在整个涂料中具有分散性。许多涂料消泡剂在水中有很小的溶解能力。在水性涂料中很少用水作为中心载体。在乳胶漆中，达到重量百分之二十的是一些可混溶或部分混溶的溶液。这些溶剂包括乙二醇、乙醇、醇醚、乙酸酯及其它的醇。这些溶剂出现会更好的溶解消泡剂，因此抑制了某些消泡剂的活性。由于增加剂的溶解性能可以在不同的涂料系统中发生变化。同样的添加剂在某些系统可作为消泡剂，而在其它系统中则作为润湿剂。某些溶剂和水没有混容性，象无气味的松香水、松节油、磷酸二丁酯和辛醇。它们具有消泡剂的特性，但是这些消泡剂的效果没有上面提到的消泡剂的效果好。
消泡剂在整个连续的状态中必须保持分散。它的分散必须达到最大的程度以至消泡剂的颗粒减小到最小尺寸且在湿涂料中也能分散。当低能量的物质在连续状态下不能完全分散将会产生花脸弊病，该原理上月已讨论过，持续的状态从低表面能转移到高表面能。另外，消泡剂不合理选择将引起与表面张力有关的问题，它们包括起条纹、浮、发花及低的着力。
由于这些影响，系统中每一具体的消泡剂必须仔细的选择。有理论的方法来决定添加剂的最佳品种和标准。在水性系统中，应加入两种消泡剂。第一种发生在分散前，在分散过程中延缓气泡形成。第二种发生在调过程中，在涂料被制造后，它驱散气泡离开，抵消了气泡在涂装过程中的发展。在许多情况下，不同的消泡剂被使用为这两种功能。
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