消泡劑詳解：徹底擺脫泡沫困擾
發布時間：
2024-12-18 08:57
在科學研究和生產過程中，泡沫有時是很有實用價值的。例如在泡沫浮選、泡沫分離、泡沫滅火、泡沫殺蟲、泡沫塑料和泡沫橡膠等工藝過程中，就是希望形成穩定的泡沫來解決實際生產技術和人們生活中的一些問題。在這里一般總是使用起泡劑和泡沫穩定劑。但在另一些生產工藝中，如發酵、蒸餾、印染、造紙、污水處理、鍋爐用水和乳膠涂料的制造等，泡沫的形成會給操作帶來很大的困難，基至有可能使工作無法進行下去。所以就必須設法破壞泡沫或防止泡沫的產生。最有效的方法就是使用消泡劑。
涂料工業中水性乳膠涂料的泡沫問題
近代科學技術的發展，對涂料工業提出高質量、高效益的要求。即水性涂料、溶劑型涂料，在配方中應采用各種助劑，其中有幫助顏料潤濕分散的助劑；有改善涂料成品貯藏穩定性的助劑；有調整漆膜外觀平整的助劑；還有一些達到特殊功能的助劑。上述這些助劑品種大多屬于表面活性劑，都能改變涂料的表面張力，致使涂料本身就存在著易起泡或使泡沫穩定的內部因素。涂料制造過程中需要使用各種高速混合機，如三輥機、砂磨機和球磨機等。涂料涂裝時所用的各種施工方法，如空氣噴涂、無氣噴涂、輥涂、流涂和淋涂等。在這些過程中，都會程度不同地增加涂料體系的自由能，幫助產生泡沫，這是產生泡沫的外部因素。
涂料工業中水性乳膠涂料的泡沫問題最為突出，這是由于它的特殊配方和特殊生產工藝所致，產生原因如下：
乳膠漆是以水為稀釋劑，在乳液聚合時就必須使用一定數量的乳化劑，才能制取穩定的水分散液，乳化劑的使用，致使乳液體系表面張力大大下降，這是產生泡沫的主要原因；
乳膠漆中分散顏料的潤濕劑和分散劑也是降低體系表面張力的物質，有助于泡沫的產生及穩定；
乳膠漆黏度低則不易施工，使用增稠劑后則使泡沫的膜壁增厚而增加其彈性，使泡沫穩定而不易消除；
生產乳液時游離單體的抽取、配制乳膠漆時的高速分散及攪拌、施工過程中的噴、刷、輥等操作，所有這些都能不同程度地改變體系的自由能，促使泡沫產生。
乳膠漆的泡沫問題，使生產操作困難，泡沫中的空氣不僅會阻礙顏料或填料的分散，也使設備的利用率不足而影響產量，裝罐時因泡沫，需多次罐裝。施工中給漆膜留下的氣泡造成表面缺陷，既有損外觀，又影響漆膜的防腐性和耐候性。
消泡劑的組成和品種
消泡劑的組成
消泡劑的用量不大，但它的專用性強，作用明顯，可用作消泡劑的物質也比較多。作為水性涂料用消泡劑有在水中難溶的礦物油、萜烯油、脂肪酸低級醇酯、高級醇、高級脂肪酸、高級脂肪酸金屬皂、高級脂肪酸甘油酯、高級脂肪酸酰胺、高級脂肪酸和多乙烯多胺的衍生物、聚乙二醇、聚丙二醇、丙二醇與環氧乙烷的加聚物、乙二醇有機磷酸酯、有機硅樹脂、改性有機硅樹脂、二氧化硅與有機硅樹脂配合物等。作為非水性涂料用消泡劑的成分則多用在有機溶劑中難溶的低級醇、高級脂肪酸金屬皂、低級烷基磷酸酯、有機硅樹脂、改性有機硅樹脂、二氧化硅與有機硅混合物、有機高分子聚合物以及低聚物的衍生物等。在使用有機硅樹脂作消泡劑時，為防止縮孔或陷穴的傾向，故多采用改性的或乳化的有機硅樹脂。
國內外各種牌號的涂料用消泡劑，大多是用于乳膠涂料的。乳膠涂料用消泡劑多以復配型為主，已不再使用單一的物質作為消泡劑。乳膠漆用消泡劑是各種憎水基和乳化劑改性的烴類化合物；有些是以聚二甲基硅氧烷乳液為基礎的化合物；有些則為分散著消泡組分的水分散物。但是所有這些消泡劑品種在性能設計上都需兼顧兩點，恰當的水分散性和適宜的表面張力。這兩點對消泡劑的消泡性能和貯藏持久性是很重要的。
消泡劑的選擇
影響涂料泡沫的因素
由于水性涂料配方中各物料的相互影響，它的泡沫問題十分復雜。影響水性涂料產生泡沫和控制泡沫的許多實際因素，諸如漆基成分、各種添加劑的品種和用量、施工方法、施工時涂料的各項技術指標等。
經驗表明，乳膠涂料的pH高，對控制泡沫不利。丙烯酸系有光乳膠涂料的乳液粒子很細，消泡是困難的。水溶性醇酸與水溶性聚酯相比較，水溶性醇酸樹脂與使用的消泡劑混溶性較好，這可能是由于醇酸樹脂中含有植物油之故。
顏料如炭黑、酞菁藍和酞菁綠等有機顏料在水性涂料中有增加泡沫的傾向，這可能是由于顏料粒子細的原因。含有氧化鐵顏料的水性涂料，消泡特別困難。因為許多消泡劑影響顏料的分散性，消泡劑本身又易被顏料粒子吸附。所以選用消泡劑時，必須進行貯藏穩定性試驗。填料對泡沫的影響尚不清楚。但有時滑石粉改用二氧化硅時泡沫就會增多。不過增加消泡劑的用量就可解決。
分散劑對某些水性涂料的泡沫有明顯的影響。聚丙烯酸鹽類分散劑的泡沫多于其他類型的分散劑。一般來說，分散能力低的分散劑，它的泡沫也較少。如二異丁基磺基丁二酸鹽（Tamoi731），它的用量對顏料來說，在0.1%～0.25%時就很少有泡沫。某些分散劑首先乳化消泡劑，將引起顏料的聚結和消泡劑的失靈。
潤濕劑的選擇，不僅影響生成泡沫的數量，而且與選擇消泡劑的品種也有關系。過量潤濕劑將會穩定泡沫。增稠劑使高黏度的涂料消泡特別困難，故厚漿型涂料有它的專用消泡劑。
涂膜的干燥時間對選擇消泡劑的關系很大。干燥時間短的涂料涂層固定得快，濕膜流動的時間就少，消泡劑的作用幾乎瞬間就要完成，即使氣泡破裂了，沒有一定的流動，留下的也是空穴。因此，濕膜的晾干時間是選擇消泡劑時需要考慮的一個重要參數。較短的晾干時間，就要選擇消泡力強的消泡劑。
涂布方法對消泡劑的選擇也有很大影響。一般來說，無空氣噴涂的消泡比空氣噴涂的消泡要困難，需要抑泡劑和消泡劑混合使用。流涂施工比浸涂施工的泡沫要多。流涂施工不僅涂層表面會有氣泡。而且金屬表面和涂層之間也會有氣泡，需設法去除。幕涂過程中破泡困難，所似涂料及施工件本身必須盡可能無氣泡，在涂料中就需要使用抑泡劑。表面涂布上漆以后，氣泡又需盡快消除，所以也需要消泡劑。同向輥涂和逆向輥涂相比較，逆向輥涂的消泡較為困難。
流水線施工過程中，由于泡沫問題而引起的返工是應該嚴格防止的。在水性涂料的早期應用中，許多涂料制造者總是單獨攜帶部分消泡劑去施工現場，靈活添加，以保證試用成功。
消泡機理
消泡劑應是能在泡沫體系中產生穩定的表面張力不平衡，能破壞發泡體系表面黏度和表面彈性的物質。它應具有低的表面張力和HLB值，不溶于發泡介質之中，但又很容易按一定的粒度大小均勻地分散于泡沫介質中，產生持續的和均衡的消泡能力。當泡沫介質由于某種原因要起泡時，它首先能阻止泡沫的產生。而在已經生成泡沫的泡沫體系中，它又能迅速地散布，破壞氣泡的彈性膜，使之破裂。為此，消泡劑又可分為抑泡劑（Antifoamer）和破泡劑（Defoaimer）兩種。涂料工業則要求抑泡性能好的消泡劑。
如何選擇消泡劑
如何選擇消泡劑，除了達到消泡的目的外，還必須沒有顏料凝聚、縮孔、針孔、失光、縮邊、絲紋和發花等副作用。消泡能力須持久。涂料生產過程中，要求消泡能力的持久性須保持幾天。但經貯藏后的涂料施工中，要求保持初期的消泡能力就比較困難。因涂料中表面活性物質的存在，涂料制造過程中的高溫和高剪切力，都不利于消泡能力的持久性。因此涂料用消泡劑的選擇主要還是憑實踐經驗，認真考慮各種實際因素，調整配方，取得一個平衡穩定的最佳點。
選擇消泡劑的步驟
搜集合成樹脂、表面活性劑、顏料和其他用料的技術資料，還應包括應用施工的方法、消泡能力持久性的要求等，根據過去類似方面做過的工作進行仔細分析；
選用若干個消泡劑品種，采用后添加方法，完成初步的篩選試驗，這里應包括熱老化消泡能力持久性加速試驗和施工工藝模擬試驗；
上述篩選中獲得的最佳結果，用于涂料制造過程中的選定階段添加消泡劑，再經過適當調整，取得最佳結果。
水性有光涂料用消泡劑的要求
①消泡能力強；
②折射率高；
③在涂料體系中分散穩定，不影響光澤。例如：添加聚乙烯酯、芳香族系化合物、改進有機硅樹脂、有機胺等物質作為消泡劑是有效的，添加量通常為物料質量的0.1%～2.0%。
為解決混凝土的微裂問題研制的彈性乳膠涂料，有極高的黏度。消泡劑的擴散和氣泡的移動較困難，形成泡沫的膜也較厚，彈性又高。所以此類涂料體系使用的消泡劑，就需要表面張力極低的有機硅化合物作為消泡成分。但這些物質若使用不當，就會引起縮孔。
消泡劑的使用
使用注意事項
（1）消泡劑的一般用量（質量分數）：一般的及高黏度的乳膠涂料，0.3%～0.8%；低黏度乳膠漆和水溶性涂料，0.01%～0.3%；樹脂乳液，0.03%～0.5%。
（2）消泡劑即使不分層，使用前也應適當攪拌較好。若消泡劑分層，則使用前必須充分攪拌，混合均勻。
（3）在涂料或乳液攪拌情況下加入消泡劑。
（4）消泡劑使用前，一般不需用水稀釋，可直接加入。某些水可稀釋的品種，若使用時需要稀釋，也應隨稀釋隨用。
（5）用量要適當。若用量過多，會引起縮孔、縮邊、涂刷性差和再涂性差等問題。用量太少，則泡沫消除不了。要找出用量的最佳點。
（6）消泡劑最好分兩次添加，即研磨分散顏料制顏料漿階段和顏料漿中配入乳液的成漆階段。一般是每個階段添加總量的一半，也可根據情況自行調節。在研磨分散顏料階段最好用抑泡效果大的消泡劑，在成漆階段最好用破泡效果大的消泡劑。
經驗證明有機硅型消泡劑最好是加在研磨料中，并盡可能少加水，這樣可使有機硅型消泡劑得到最大擴散，擴散越好，效果越佳，用量可以減到最小。成漆階段則以加入非有機硅型消泡劑為宜。即使是使用相同的消泡劑，分兩個階段添加，也能使消泡劑的作用得到更好地發揮，用量也可減少。
（7）要注意消泡劑加入后至少需24h才能取得消泡性能與縮孔、縮邊之間的平衡。所以若提前去測試涂料的性能，就會得出錯誤的結論。
（8）另外，消泡劑的用量總以最低的有效量為好。有些場合，使用某一個消泡劑，如果x%的用量效果是好的，那么2x%的用量，效果反而不好。實際上1/2x%的用量，倒可能是常采用的范圍。
（9）用于水性涂料工業的泡沫控制劑可以分為3個大類：有機物、二氧化硅和有機硅。每一個大類又能進一步細分為可乳化型和不可乳化型。可乳化的消泡劑在水中能夠乳化分散，不可乳化的消泡劑在水中雖不能乳化，但在含有表面活性劑的水溶液體系中能夠分散。
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