消泡和脱泡
小的微气泡(微泡)被包裹在漆膜内。特别是在膜厚和配方粘度较高时,小气泡上升到表面的过程受到阻碍(见上述Stokes定律)。小气泡的内部压力高于外部压力,这种现象使空气从气泡中扩散到涂料中。在干燥过程中,微小的气泡变小,并收缩消失。该气泡溶解过程可通过与显微镜相连的照相机来观察。
然而,如果由于表面活性剂吸附在气泡壁上造成气泡稳定,则空气扩散到涂料的过程被阻止。由于脱泡剂的表面活性,它们的作用机理包括在液相和气相界面定向并且移除稳定气泡的表面活性剂,使气泡的溶解发生。但实际上,通常难以区分这两种作用而将一个助剂的工作机理明确地定义为消泡剂或脱泡剂。
因此,后面的讨论一般都用“消泡剂”这个名字,即使在个别情况下用“脱泡剂”可能会更合适些。下面我们主要讨论毕克化学生产的用于水性和溶剂型体系的消泡剂的化学特性,这些消泡剂主要分为以下三类:
- 矿物油消泡剂
- 有机硅消泡剂
- 聚合物消泡剂
03
矿物油消泡剂
矿物油消泡剂由约85-95%的矿物油和1-3%的憎水颗粒组成。它同时也包含乳化剂、防腐剂和其它增效成分(比如改性聚硅氧烷)。脂肪族矿物油被用来作为载体油。
消泡剂中需要乳化剂,以确保矿物油中颗粒的有效分散。乳化剂也使消泡剂更容易加入到涂料配方中。由于健康保护缘由,烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)不再允许被使用。现代矿物油消泡剂含无APEO乳化剂。
特别地,用于高光乳胶漆的高档消泡剂常含有少量的改性聚硅氧烷以提高自发的消泡效果。矿物油消泡剂是消泡剂领域中最经济的产品。
%
矿物油
85-95
憎水颗粒
1-3
乳化剂
3-6
改性聚硅氧烷
0.5-3
04
有机硅消泡剂
有机硅消泡剂是含有聚硅氧烷为其主要活性成分的,具有特别低的表面张力的液体。然而,聚硅氧烷的化学结构对消泡效果起着决定性影响。例如,短链的聚硅氧烷可稳泡而非消泡。一个特定的聚硅氧烷是稳泡剂还是消泡剂,取决于产品在液体介质中的相容性和溶解度。只有不相容和不溶解的聚硅氧烷才有消泡功能。 - 此图以纯的(未改性的)聚二甲基硅氧烷对这一点作了说明。在这种情况下控制的因素是有机硅的分子量或链长。较低分子量的产品作为泡沫稳定剂,较高分子量的同系物有足够的不相容性以起到消泡的作用。而再高分子量的产品(锤纹漆用的有机硅)则完全不相容。所需的“适度不相容性”可通过多种有机硅化学技术而得到。在有机硅主链上以各种有机侧链来改性可控制其相容性。引入基于环氧乙烷的聚醚链(R1)可以提高亲水性,因而也提高了在极性体系中的相容性。引入基于环氧丙烷的聚醚链可以提高疏水性。聚二甲基硅氧烷也可用甲基烷基聚硅氧烷代替。当第二个甲基被较长的烷基链(R2)取代后,有机硅的表面张力会升高。一般来说,这意味着稳泡作用的降低。
05
不含有机硅的聚合物型消泡剂
-
除了聚硅氧烷,其它一些聚合物型产品也可通过适度不相容性而起消泡效果。通过改变聚合物的极性和分子量(分子量分布),可以获得“相容”与“不相容”间的适当的平衡。
-
水性体系用聚合物型消泡剂
聚合物不能溶于水。重要的是聚合物具有低表面张力,并能在表面很好地铺展。对于水性体系中的聚合物型消泡剂,憎水颗粒用于改善消泡作用。从化学角度来看,憎水颗粒可基于憎水性有机硅,聚脲或聚酰胺。
溶剂型和无溶剂体系用聚合物型消泡剂
非极性支化聚合物非常适合作为溶剂型和无溶剂体系的活性消泡剂。聚合物需在表面和界面处具有活性。聚合物的相容性和极性可通过不同分子量或单体来调整。
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