消泡原理 – website2

消泡原理

在涂料的生产过程中，由于混合设备（如球磨和高速分散机）处理颜料，都不可避免的带入气体。这将延长涂料生产时间，并会带来如缩孔等一系列的表面缺陷。

泡的形成和稳定
纯净的液体不会产生泡沫。泡沫存在于含如表面活性剂类物质的体系。这类表面活性剂如润湿剂、表面活性剂会迁移到涂料的气液表面，降低表面张力，从而会稳定泡沫。
在涂料生产过程中，当用混合设备处理颜料时，会带入气体。这些气泡的气液界面被表面活性剂所包围，其由于低密度会慢慢升到表面，并且在上升过程中与其他气泡合并成大泡。表面活性剂会使大泡形成稳定的双层泡壁从而阻止泡的破裂。如果没有表面活性剂，其泡会由于重力作用而自己破壁。

当表面活性剂在气泡周围形成气液层时，泡沫变稳定。在无表面活性剂体系，这些泡沫会因为较低的密度而移动到表面。在表面，形成一个所谓的薄层，泡沫仍然在外面包含液体层。在薄层中的液体向下流动然后流出。

当泡沫周围的液体层的厚度降低时，薄层也变得更小。通常，薄层会在大约10个nm厚度时破裂。这一个程序叫做”排液效果”，而且在纯粹的液体中，会即时发生。

由于表面活性剂的存在，以下两种效应导致泡的稳定。
●Marangoni效应：指的是液体从底面张力处流向高表面张力处的流动现象（图1）

图1

步骤1 层膜中的液体由于受重力的影响流向液层。
步骤2 流动导致层膜顶部比其他部位稀疏，同时使顶部的表面活性剂减少。
步骤3 表面张力差异产生，因为顶部的表面张力较其他部位高。低表面张力向高表面张力部位的转移导致对抗力的产生，液体将回流至顶部。
步骤4 向下流动和回流将达到平衡，如果此平衡足以在达到层膜临界膜厚前发生，气泡将稳定。

●空间和静电位阻：表面活性剂的静电排斥作用使泡的液体层膜增厚，从而稳定气泡

图2

消泡剂的作用
消泡剂由于其活性剂组分渗透到表面膜，迅速扩散并急剧地贯穿过整个涂膜表面，活性剂的迅速扩散可抵消marangoni效应的影响，同时通过破裂气泡壁而使泡沫不能稳定地存在。

消泡机制
对于消泡剂而言，其需要以下特点：
■ 能长时间地保持与体系有限的相容性，从而确保消泡剂不被液体层膜润湿，而是与体系液体相斥，加速气泡液体的流失。
■ 比体系的表面张力更低，使得消泡剂能进入气泡中，并在气泡的液体层膜中铺展。

消泡剂是在泡沫薄层形成阶段或之后起作用：
      ●      分散均匀的消泡剂渗透进入泡沫薄层并且在薄层中分布。表面张力的增加导致薄层破裂。
      ●      分散均匀的消泡剂渗透进入泡沫薄层并且形成单分子膜，使其附着力降低，易于薄层破裂。
      ●      含疏水粒子的消泡剂有第三个机制。这些疏水粒子到达薄层的表面，而且在薄层的顶端吸附表面活性剂。薄层由于表面活性剂的缺失而破裂。

消泡过程
消泡剂打破泡的3个基本过程：
      ●      进入
      ●      分布
      ●      破裂

图3

消泡剂的效率由3个主要因素决定：
      ●      在起泡介质中的不溶解性。消泡剂的不溶解性对其能进入气泡膜层至关重要。
      ●      低的表面张力，便于更好的分散在配方中。
      ●      有能力进入气泡膜层
为了更好的进入和分布，进入系数 E 和分布系数 S 必须是正数。这两个系数的定义如下：
      E=RFM-RFCA）+RFM/FCL>0
      S=(RFM-RFCA)-RFM/FCL>0

RFM 作为起泡介质的表面张力（液体）
RFCA 作为消泡剂的表面张力
RFM/FCL 作为在起泡介质和消泡剂之间的界面张力。

消泡剂的种类与应用
      ■      聚有机硅氧烷：由于其更低的表面张力，易加入且对层间附着力无影响。常用于溶剂型和水性体系。
      ■      矿物油类和石蜡油：由于对光泽影响较大，故常用于水性建筑体系。
      ■      氟碳/乙烯/丙烯酸共聚物：对表面张力影响不大，主要是不相容的丙烯酸聚合物，更不易加入，需高剪切力混合。常用于溶剂型体系。

消泡剂的评估

由于油漆原料和施工方法的多样性，来预测消泡剂的性能是很难的。客户必须自己对系统进行评估。
● 搅拌和震荡测试：用搅拌或震荡使空气进入系统，通过观察样品搅拌后泡沫的重量和体积的变化可以分析消泡的能力。
● 辊涂测试：通过比较测试板上辊涂后湿膜和干膜的表面缺陷可以分析消泡能力