01

什么是泡沫？

在涂料中，總是不希望有泡沫。一方面，在涂料生產(chǎn)中產(chǎn)生的泡沫使生產(chǎn)容器不能得到最佳的利用并會(huì)在包裝生產(chǎn)線上造成問(wèn)題；另一方面（大多數(shù)問(wèn)題出現(xiàn)于此）在涂裝中出現(xiàn)泡沫會(huì)使漆膜表面產(chǎn)生缺陷。泡沫不僅影響漆膜的外觀，而且不利于漆膜保護(hù)作用的正常發(fā)揮。因而，消泡劑在幾乎所有的配方中都是一個(gè)必要的成分。

事實(shí)上，所有的涂料組分都會(huì)對(duì)起泡傾向有正面或負(fù)面的影響。此外，基材特性和施工條件也影響起泡傾向。必須認(rèn)識(shí)到泡沫是隨不同情況而有不同表現(xiàn)的。例如，在某一噴涂施工中可得到優(yōu)異的漆膜性能，然而將完全相同的涂料體系以幕式淋涂施工卻可能會(huì)發(fā)生起泡問(wèn)題。鑒于我們僅考慮涂料體系，所以在討論中只就液體泡沫而言。這種泡沫定義為氣體（一般為空氣）在液相中微細(xì)的分布。泡沫的特性之一（與其它物理狀態(tài)比較）是氣體和液體間存在非常大的界面。包覆著空氣，使氣泡彼此分離的液體層叫做膜。為了達(dá)到能量最低，每個(gè)液體系統(tǒng)都努力將它的表面積降到最低。因?yàn)榕菽幱诟吣軕B(tài)，因此它只有在泡沫穩(wěn)定因素存在下才會(huì)存在。氣泡在形成后即從液體內(nèi)上升至液面。按“Stokes”定律，上升的速度(v)與氣泡的半徑(r)和液體的粘度(η)有關(guān)。

排液效應(yīng)

當(dāng)一個(gè)典型的氣泡到達(dá)液面，泡沫膜（也就是包圍著氣泡的液體薄層）內(nèi)液體就開始流出。這種流動(dòng)過(guò)程 (排液效應(yīng)) 降低了泡沫膜的厚度。當(dāng)膜壁厚度低于約10納米時(shí)，膜失去完整性，泡沫就破裂了。當(dāng)然，假如所有液體的行為完全符合上述模式，那就不會(huì)有泡沫問(wèn)題了，因?yàn)榉€(wěn)定的泡沫無(wú)法形成。舉例說(shuō)，這就是純液體的情況：因此純的液體不會(huì)起泡沫。

要形成穩(wěn)定泡沫，在液相中必須有穩(wěn)泡物質(zhì)存在。一般來(lái)說(shuō)，它們是界面活性物質(zhì)（表面活性劑），它們的特性是在同一分子中存在著親水和憎水基團(tuán)。由于這樣的結(jié)構(gòu)單元，這些物質(zhì)就定向排列于液相/氣相界面，降低了界面張力，從而形成了穩(wěn)定泡沫所需的條件。每一個(gè)涂料配方（水性、無(wú)溶劑型或溶劑型）中都含有眾多的，來(lái)自各方面的和各種化學(xué)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)泡物質(zhì)。因此每個(gè)配方原則上說(shuō)都有可能起泡。觀察一個(gè)典型氣泡的“生命歷程”，可以看到，一個(gè)氣泡的結(jié)構(gòu)隨時(shí)間而變化。泡沫在形成初期，含有充裕的液體，故稱之為“濕泡沫”或“球狀泡沫”，因?yàn)闅馀轂榍蛐?，并且沒(méi)有顯著的相互變形。如前所述，液體從聚集泡沫膜中流出（排液效應(yīng)），膜變得更薄，氣泡聚集更緊密，從而形成多面體結(jié)構(gòu)。這樣的泡沫狀態(tài)稱之為“干”或“多面體泡沫”。

在沒(méi)有反作用力存在下，排液效應(yīng)最終使膜厚降低至某一程度而使泡沫破裂。一個(gè)主要的反作用力就來(lái)自穩(wěn)泡物質(zhì)（表面活性劑）的化學(xué)結(jié)構(gòu)。在水性體系中，親水基團(tuán)是離子型的，泡沫膜的兩個(gè)氣液界面中布滿了表面活性劑，當(dāng)液體逐漸排出時(shí)，這兩個(gè)界面互相貼近，最終排斥力發(fā)生作用，即相同電荷相互排斥。

另一個(gè)穩(wěn)定化作用是依靠泡沫膜的彈性。當(dāng)膜稍有拉伸，這種拉伸作用本身就引起拉伸區(qū)域界面上表面活性劑濃度的降低（因?yàn)橥惑w積的液體拉伸后具有較大的表面積，而表面活性劑的分子數(shù)不變）。然而拉伸區(qū)域表面上的表面活性劑濃度的降低，引起表面張力的升高，因而膜就縮回。這個(gè)表面張力（γ）差異可以被體系內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)彌補(bǔ)，水和表面活性劑的混合液從膜內(nèi)部和未拉伸表面向被拉伸的區(qū)域補(bǔ)充。這種特殊的穩(wěn)泡作用被稱為Gibbs-Marangoni效應(yīng)。

02

消泡劑和脫泡劑的作用方式

要使涂料體系中不含有泡沫穩(wěn)定物質(zhì)實(shí)際上是不可能的，那么只好使用消泡劑來(lái)避免泡沫的形成和/或?qū)⒁研纬傻呐菽M快地消除。

消泡劑是低表面張力的液體，一般必須具有以下三個(gè)性質(zhì)：

• 不溶于要消泡的介質(zhì)
• 有正的滲透系數(shù)
• 有正的擴(kuò)散系數(shù)
• 
• 當(dāng)滲透系數(shù)為正時(shí)，消泡劑就可進(jìn)入泡沫膜。如果擴(kuò)散系數(shù)為正時(shí)，消泡劑就可在界面內(nèi)鋪展。通過(guò)消泡劑在泡沫膜界面的鋪展作用，穩(wěn)定泡沫的表面活性劑被消泡劑取代，使原本是彈性的抗干擾的氣泡膜轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低內(nèi)聚力的氣泡膜。

• 聚脲顆粒具有較好的消泡效果和以下兩大優(yōu)點(diǎn)：

  1. 聚脲在載體油中由液體反應(yīng)物原位合成，可獲得更小的顆粒和更好的防沉降性。消泡劑自身具有較好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性

  2. 由于比表面積較大，其對(duì)表面活性劑的吸附容量更大，從而確保最佳消泡，即使涂料長(zhǎng)期存放。

  基于聚酰胺顆粒的技術(shù)同樣有其益處，可用于食品接觸領(lǐng)域。在某些應(yīng)用中，也可獲得更高的消泡效率。

  所有的消泡劑的另一個(gè)重要特性是它們對(duì)于待消泡的介質(zhì)有可控不相容性。相容性太好的消泡劑不能遷移進(jìn)泡沫壁，而是進(jìn)入涂料體系的液態(tài)主體中。在此情況下，消泡作用微乎其微。另一方面，如果一個(gè)消泡劑太不相容，則導(dǎo)致漆膜缺陷如霧影或縮孔。合適的消泡劑的選擇可表征為在相容性和不相容性之間尋找一個(gè)“平衡點(diǎn)”。如下圖所示，太好的相容性反而會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)泡，而不是消泡作用。當(dāng)然，最佳的選擇是有合適的消泡作用而無(wú)缺陷（霧影或縮孔）。
• 
• 涂料配方中消泡劑的選擇取決于添加時(shí)機(jī)、分散時(shí)長(zhǎng)、加入方式（剪切力）和添加量。所有這些參數(shù)都會(huì)影響涂料配方中消泡劑的分布和液滴大小。從而影響其效能。如果分散不充分，導(dǎo)致形成的液滴過(guò)大，涂層就會(huì)出現(xiàn)表面缺陷。如果分散太好，消泡劑液滴過(guò)小，其在涂料配方中的傾向過(guò)于“相容”，降低效能。

  對(duì)于作為濃縮物存在的極高活性的消泡劑，消泡劑液滴需原位生成。例如，涂料配方中的消泡劑在高剪切力下均勻地分布在研磨料中。對(duì)于消泡劑乳液，乳化液滴已經(jīng)均勻地分布在水中，涂料生產(chǎn)時(shí)，消泡劑可在低剪切力下添加，通常在調(diào)漆階段中使用。

• 

  由于涂料體系的多樣性，一個(gè)消泡劑不可能對(duì)于所有的配方都有最好的效果。必須有一系列的消泡劑產(chǎn)品以適應(yīng)每一種特定體系。消泡能力的細(xì)調(diào)可以通過(guò)調(diào)節(jié)添加量來(lái)實(shí)現(xiàn)。消泡劑用量高一般來(lái)說(shuō)會(huì)提供更好的消泡能力，但是這樣可能會(huì)導(dǎo)致缺陷增加或使之更明顯。降低消泡劑用量，漆膜缺陷可避免，但消泡能力可能會(huì)不夠強(qiáng)。“消泡”這一術(shù)語(yǔ)通常指消除涂料中的氣泡。但有時(shí)，將“消泡”和“脫泡”區(qū)別開來(lái)是有幫助的。首先，氣泡必須到達(dá)表面，這個(gè)過(guò)程稱為脫泡。隨后氣泡的破裂稱為消泡，脫泡劑的功能是提高氣泡的上升速度。這些助劑使涂料中相鄰的小氣泡互相聚集合并成為大氣泡，然后，由于體積變大，向表面運(yùn)動(dòng)的速度加快。脫泡劑必須在整個(gè)涂層中都有效才能發(fā)揮這個(gè)作用。相反，消泡劑只在表面有效，它們只破壞上升至表面的氣泡。