消泡剂和脱泡剂(作用机理相关基础知识-涂料相关)
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图6
消泡剂进入气泡膜
Fig. 2
以憎水颗粒来消泡
憎水颗粒
过量的乳化剂 为颗粒所捕获
泡沫膜
图7
5
技术信息 L-DI 1
消泡消和脱泡剂的作用方式
所有的消泡剂的另一个重要特性是它们对 于要消泡的介质有“有选择（或可控的） 的不相容性”。相容性太好的消泡剂不能 迁移进泡沫壁，而是进入涂料体系的液态 主体中。在此情况下，消泡作用微乎其微。 另一方面，如果一个消泡剂太过不相容， 则导致漆膜缺陷如雾影或缩孔。合适的消 泡剂的选择可表征为在相容性和不相容性 之间寻找一个“平衡点”。如图8所示， 太好的相容性反而会导致稳泡作用，而不 是消泡作用。当然，最佳的选择是有合适 的消泡作用而无缺陷（雾影，缩孔）。 由于涂料体系的多样性，一个消泡剂不可 能对于所有的配方都有最好的效果。必须
憎水 （非极性）
亲水 （极性 1
什么是泡沫 ?
每一个涂料配方（水性，无溶剂型或溶剂 型）中都含有众多的，来自各方面的和各 种化学结构的稳定泡沫的物质。因此每个 配方原则上说都有可能起泡。 观察一个典型气泡的“生命历程”，可以 看到，一个气泡的结构随时间而变化；泡 沫在形成初期，含有充裕的液体（图3）， 故称之为“湿气泡”或“球状气泡”，因为 气泡为球形，并且没有显著的相互变形。 结果气泡进一步的排水和破裂被表面活性 如前所述，液体从聚集泡沫膜中流出（排 液 效应）；膜变得更薄，气泡聚集更紧 密，从而形成多面体结构。这样的泡沫状 态称之为“干”或“多面体”泡沫。在没 另一个稳定化作用是依靠泡沫膜的弹性 （图5）当膜稍有拉伸，这种拉伸作用本身 剂的静电相斥所阻碍了（图4）。 一个主要的反作用力就来自稳定泡沫的成 分（表面活性剂）的化学结构。在水性体 系中，亲水基团是离子性的，泡沫膜的两 个气液界面中布满了表面活性剂，当液体 逐渐排出时，这两个界面互相贴近，最终 排斥力发生作用；即相同电荷相互排斥。 有反作用力存在下，排液效应最终使膜厚 降低至某一程度而使泡沫破裂。 就引起界面上表面活性剂浓度的降低, (因 为同一体积的液体拉伸后具有较大的表面 积，而表面活性剂的分子数不变)，然而 在表面上的表面活性剂浓度的降低，引起 表面张力的升高，因而膜就缩回。这种泡 沫稳定化作用称之为 Gibbs 弹性。在研究 泡沫行为的有关论著中还提及其它有趣的 因素和理论，在此不再提及。
Substance for Success.
Defoamers and Air Release Additives 消泡剂和脱泡剂
技术信息 L-DI 1
消泡剂和脱泡剂
目录
什么是泡沫 ? 消泡剂和脱泡剂的作用方式 矿物油消泡剂 有机硅消泡剂 不含有机硅的聚合物型消泡剂 选用准则和试验方法 第 3-4 页 第 5-6 页 第7页 第 8-9 页 第 10 页 第 11 页
泡沫结构
以 Gibbs 弹性使 泡沫稳定
泡沫膜的伸展
球性泡沫
多面体泡沫
图3
以静电排斥使泡沫稳定
泡沫膜
图5
液体流出
图4 4
技术信息 L-DI 1
消泡剂和脱泡剂 的作用方式
要使涂料体系中不含有泡沫稳定物质实际 上是不可能的，那么只好使用消泡剂来避 免泡沫的形成和 / 或将已形成的泡沫（尽 快地）消除。消泡剂是低表面张力的液 体，一般必须具有以下三个性质： • 不溶于要消泡的介质 • 有正的进入系数 • 有正的铺展系数 当进入系数为正时，消泡剂就可进入泡沫 膜。如果铺展系数为正时，消泡剂就可在 界面内铺展（图6）。因为这种铺展作用， 稳定泡沫的表面活性剂被取代，使原本是 弹性的抗干扰的气泡膜转变为较低内聚力 的气泡膜。这类消泡液体的消泡作用还可 以通过加入细分散的憎水颗粒（如憎水性 二氧化硅或聚脲）而进一步加强（尤其在 水性体系中）。此时消泡液体作为载体， 将颗粒输送入泡沫膜。这些憎水颗粒在亲 水液膜中表现为“异物”，通过减弱内聚 力而使泡沫失去稳定。另外，这种颗粒还 吸附或“捕捉”表面活性剂分子（表面活 性剂清除剂 )，从而使泡沫膜破裂(图7)。
要形成稳定泡沫，在液相中必须有稳定泡 沫的物质存在。一般来说，这种物质是界 面活性的（表面活性剂等），它们的特性 是在同一分子中存在着亲水和憎水部分。 由于这样的结构单元，这些物质就定向排 列于液相 / 气相界面，降低了界面张力， 从而形成了稳定泡沫所需的必要条件。 (图2)
排液效应
表面活性剂使泡沫稳定
2
技术信息 L-DI 1
什么是泡沫 ?
在涂料中，总是不希望有泡沫。一方面， 在涂料生产中产生的泡沫使生产容器不能 得到最佳的利用并会在包装生产线上造成 问题；另一方面（大多数问题出现于此） 在涂装中出现泡沫会使漆膜表面产生缺 陷。泡沫不仅影响漆膜的光学性能，而且 不利于漆膜保护作用的正常发挥。因而， 消泡剂在几乎所有的配方中是一个必要的 成份。 许多涂料组份会对起泡倾向有正面的或负 面的影响，此外，底材特性和施工条件也 影响起泡倾向。必须认识到泡沫是随情况 不同而有不同表现的。例如，在某一喷涂 施工中可得到优异的漆膜性能，然而将完 全相同的涂料体系以幕式淋涂施工却可能 会发生起泡问题。 鉴于我们仅考虑涂料体系，所以在讨论中 只就液体泡沫而言。这种泡沫定义为气体 （一般为空气）在液相中微细的分布。泡 沫的特性之一（与其它物理状态比较）是 气体和液体间存在非常大的界面。包覆着 空气，使气泡彼此分离的液体层叫做膜。 为了达到能量最低， 每个液体系统都努力 将它的表面积降到最低。 因为泡沫处于高 能态，因此它只有在泡沫稳定因素存在下 才会存在。 气泡在形成后即从液体内上升至液面。按 “Stokes”定律
图1 气泡上升到达 表面 膜壁中的液体流 下，排出 膜壁因此变得越 来越薄 当膜壁减少到约 10nm 时就破裂
上升的速度(v)与气泡的半径(r)和液体的粘 度( )有关。当一典型的气泡到达液面，泡 沫膜中心液体就开始流出（包围着气泡的 液体薄层)。这种流动过程 (“排液效应” ) 降低了泡沫膜的厚度。当膜壁厚度低于 约 10nm 时，膜失去完整性，泡沫就破裂 了。（图1） 当然，假使所有液体的行为完全符合上述 模式，那就不会有泡沫问题了，因为稳定 的泡沫无法形成。举例说，这就是纯液体 的情况，因此纯的液体不会起泡沫。
消泡剂进入气泡膜
Fig. 2
以憎水颗粒来消泡
憎水颗粒
过量的乳化剂 为颗粒所捕获
泡沫膜
图7
5
技术信息 L-DI 1
消泡消和脱泡剂的作用方式
所有的消泡剂的另一个重要特性是它们对 于要消泡的介质有“有选择（或可控的） 的不相容性”。相容性太好的消泡剂不能 迁移进泡沫壁，而是进入涂料体系的液态 主体中。在此情况下，消泡作用微乎其微。 另一方面，如果一个消泡剂太过不相容， 则导致漆膜缺陷如雾影或缩孔。合适的消 泡剂的选择可表征为在相容性和不相容性 之间寻找一个“平衡点”。如图8所示， 太好的相容性反而会导致稳泡作用，而不 是消泡作用。当然，最佳的选择是有合适 的消泡作用而无缺陷（雾影，缩孔）。 由于涂料体系的多样性，一个消泡剂不可 能对于所有的配方都有最好的效果。必须
憎水 （非极性）
亲水 （极性 1
什么是泡沫 ?
每一个涂料配方（水性，无溶剂型或溶剂 型）中都含有众多的，来自各方面的和各 种化学结构的稳定泡沫的物质。因此每个 配方原则上说都有可能起泡。 观察一个典型气泡的“生命历程”，可以 看到，一个气泡的结构随时间而变化；泡 沫在形成初期，含有充裕的液体（图3）， 故称之为“湿气泡”或“球状气泡”，因为 气泡为球形，并且没有显著的相互变形。 结果气泡进一步的排水和破裂被表面活性 如前所述，液体从聚集泡沫膜中流出（排 液 效应）；膜变得更薄，气泡聚集更紧 密，从而形成多面体结构。这样的泡沫状 态称之为“干”或“多面体”泡沫。在没 另一个稳定化作用是依靠泡沫膜的弹性 （图5）当膜稍有拉伸，这种拉伸作用本身 剂的静电相斥所阻碍了（图4）。 一个主要的反作用力就来自稳定泡沫的成 分（表面活性剂）的化学结构。在水性体 系中，亲水基团是离子性的，泡沫膜的两 个气液界面中布满了表面活性剂，当液体 逐渐排出时，这两个界面互相贴近，最终 排斥力发生作用；即相同电荷相互排斥。 有反作用力存在下，排液效应最终使膜厚 降低至某一程度而使泡沫破裂。 就引起界面上表面活性剂浓度的降低, (因 为同一体积的液体拉伸后具有较大的表面 积，而表面活性剂的分子数不变)，然而 在表面上的表面活性剂浓度的降低，引起 表面张力的升高，因而膜就缩回。这种泡 沫稳定化作用称之为 Gibbs 弹性。在研究 泡沫行为的有关论著中还提及其它有趣的 因素和理论，在此不再提及。
Substance for Success.
Defoamers and Air Release Additives 消泡剂和脱泡剂
技术信息 L-DI 1
消泡剂和脱泡剂
目录
什么是泡沫 ? 消泡剂和脱泡剂的作用方式 矿物油消泡剂 有机硅消泡剂 不含有机硅的聚合物型消泡剂 选用准则和试验方法 第 3-4 页 第 5-6 页 第7页 第 8-9 页 第 10 页 第 11 页
泡沫结构
以 Gibbs 弹性使 泡沫稳定
泡沫膜的伸展
球性泡沫
多面体泡沫
图3
以静电排斥使泡沫稳定
泡沫膜
图5
液体流出
图4 4
技术信息 L-DI 1
消泡剂和脱泡剂 的作用方式
要使涂料体系中不含有泡沫稳定物质实际 上是不可能的，那么只好使用消泡剂来避 免泡沫的形成和 / 或将已形成的泡沫（尽 快地）消除。消泡剂是低表面张力的液 体，一般必须具有以下三个性质： • 不溶于要消泡的介质 • 有正的进入系数 • 有正的铺展系数 当进入系数为正时，消泡剂就可进入泡沫 膜。如果铺展系数为正时，消泡剂就可在 界面内铺展（图6）。因为这种铺展作用， 稳定泡沫的表面活性剂被取代，使原本是 弹性的抗干扰的气泡膜转变为较低内聚力 的气泡膜。这类消泡液体的消泡作用还可 以通过加入细分散的憎水颗粒（如憎水性 二氧化硅或聚脲）而进一步加强（尤其在 水性体系中）。此时消泡液体作为载体， 将颗粒输送入泡沫膜。这些憎水颗粒在亲 水液膜中表现为“异物”，通过减弱内聚 力而使泡沫失去稳定。另外，这种颗粒还 吸附或“捕捉”表面活性剂分子（表面活 性剂清除剂 )，从而使泡沫膜破裂(图7)。
要形成稳定泡沫，在液相中必须有稳定泡 沫的物质存在。一般来说，这种物质是界 面活性的（表面活性剂等），它们的特性 是在同一分子中存在着亲水和憎水部分。 由于这样的结构单元，这些物质就定向排 列于液相 / 气相界面，降低了界面张力， 从而形成了稳定泡沫所需的必要条件。 (图2)
排液效应
表面活性剂使泡沫稳定
2
技术信息 L-DI 1
什么是泡沫 ?
在涂料中，总是不希望有泡沫。一方面， 在涂料生产中产生的泡沫使生产容器不能 得到最佳的利用并会在包装生产线上造成 问题；另一方面（大多数问题出现于此） 在涂装中出现泡沫会使漆膜表面产生缺 陷。泡沫不仅影响漆膜的光学性能，而且 不利于漆膜保护作用的正常发挥。因而， 消泡剂在几乎所有的配方中是一个必要的 成份。 许多涂料组份会对起泡倾向有正面的或负 面的影响，此外，底材特性和施工条件也 影响起泡倾向。必须认识到泡沫是随情况 不同而有不同表现的。例如，在某一喷涂 施工中可得到优异的漆膜性能，然而将完 全相同的涂料体系以幕式淋涂施工却可能 会发生起泡问题。 鉴于我们仅考虑涂料体系，所以在讨论中 只就液体泡沫而言。这种泡沫定义为气体 （一般为空气）在液相中微细的分布。泡 沫的特性之一（与其它物理状态比较）是 气体和液体间存在非常大的界面。包覆着 空气，使气泡彼此分离的液体层叫做膜。 为了达到能量最低， 每个液体系统都努力 将它的表面积降到最低。 因为泡沫处于高 能态，因此它只有在泡沫稳定因素存在下 才会存在。 气泡在形成后即从液体内上升至液面。按 “Stokes”定律
图1 气泡上升到达 表面 膜壁中的液体流 下，排出 膜壁因此变得越 来越薄 当膜壁减少到约 10nm 时就破裂
上升的速度(v)与气泡的半径(r)和液体的粘 度( )有关。当一典型的气泡到达液面，泡 沫膜中心液体就开始流出（包围着气泡的 液体薄层)。这种流动过程 (“排液效应” ) 降低了泡沫膜的厚度。当膜壁厚度低于 约 10nm 时，膜失去完整性，泡沫就破裂 了。（图1） 当然，假使所有液体的行为完全符合上述 模式，那就不会有泡沫问题了，因为稳定 的泡沫无法形成。举例说，这就是纯液体 的情况，因此纯的液体不会起泡沫。