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消泡原理

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

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