不言而喻，气泡在涂料体系中是不受欢迎的，之所以如此，是因为气泡会造成漆膜的不连续性、降低漆膜性能、影响漆膜外观、并对涂料生产的诸过程如颜料研磨、调漆、混合及产品包装等产生不良影响。因此，如何有效地消除气泡，是涂料技术人员，特别是水性涂料技术人员必须要面对的问题。

1、涂料中气泡的来源

涂料中的气泡有两个来源，一是体系之外，另一是体系之内。

-          来自体系之外的气泡：

来自体系之外的气泡主要是来自空气和多孔基材的孔隙。

空气会在涂料生产和施工过程中被引入到体系中。涂料生产过程中的颜料研磨、调漆、混合无疑会引入空气；另外，涂料的施工过程，特别是刷涂、滚涂也会将空气带入到漆膜中。来自空气中的气泡是涂料气泡的最主要来源。

当涂料施工在多孔基材表面，如木材、混凝土等，基材孔隙中的空气会因湿膜的润湿渗透而被排出而进入到漆膜中，形成气泡。

 

-          来自体系之内的气泡：

    来自体系之内的气泡主要是体系中的成分相互之间发生化学反应而产生的气体，一般是交联固化性体系会有此种情形。

 

2、涂料中的气泡为什么会获得稳定化而不易自行破灭

为了更好的解释气泡如何在涂料中获得稳定化，先介绍一下吉布斯弹性方程：

 

                            E_l = 2A?dγ/ dA

                

                           式中：E_l为吉布斯弹性系数

                                    A为气泡面积

                                    γ为液体表面张力

 

根据该方程，当液体的表面张力因气泡的表面积的变化而发生相应变化、具有正的E_l值时，该液体就具有所谓吉布斯弹性。具有弹性的气泡壁是不易破灭的。

涂料中的气泡主要由于两个效应获得稳定化，变得不易破灭。这两个效应分别是马拉罔尼效应（Marangoni Effect）和静电排斥效应（Static Effect）。

 

-          马拉罔尼效应（Marangoni Effect）

当气泡上升至涂料表面，气泡壁中的液体会由于重力作用而流出气泡壁，导致气泡壁逐渐变薄。当气泡壁厚度减少至某一临界厚度时（如约0.01μm），气泡壁将会破裂。这种气泡就是非稳定化的气泡。

但如果体系中存在稳定气泡的表面活性物质，这些物质将会在气泡壁的内外表面进行定向排列。如果起泡液体具有正的吉布斯弹性系数，当气泡壁中液体因重力流出时，表面活性剂转让也将随流出的液体移动，造成表面活性剂在表面产生浓度差，从而形成表面张力梯度，这种表面张力梯度将使气泡壁中的液体产生方向相反的流动，两种流动将达到平衡，气泡壁变薄的趋势将会停止，气泡就变得稳定了。这一气泡稳定化机理就是马拉罔尼效应。

 

-          静电排斥效应（Static Effect）

当对稳泡性表面活性剂的结构进行简单观察，会发现它们多含有带电或极性的亲水端基。当气泡壁中的液体因重力作用而流出气泡壁时，会使表面活性剂的亲水端基相互靠近，端基之间的排斥力也就会增加，从而使气泡壁中的液体也产生方向相反的运动，气泡就变得稳定了。这一气泡稳定化机理就是静电排斥效应。

 

3、与消泡有关的几个基本概念：

-          破泡

气泡上升至表面后破裂

 

-          脱泡

气泡从体系内部上升至表面的过程

 

-          抑泡

气体到达液体表面后因被抑制，不形成气泡

 

4、有效消泡剂的基本性质：

一种物质要成为有效的消泡剂，必须具有如下几个基本性质：

（1）、与体系不相容，或具有很低的有限相容性

（2）、具有比体系更低的表面张力

（3）、正的进入系数（E）

（4）、正的铺展系数（S）或桥连系数（B）

 

一种消泡剂首先要与体系不相容，或者具有很低的有限相容性，它们在起泡介质中应以细微液滴的形式存在。这种细微液滴将不被起泡介质所润湿，以抵抗马拉罔尼效应和静电排斥效应。需要提醒的是，在很多情况下，对于涂料体系，消泡剂又必需具有一定程度的相容性，以避免引起缩孔或其它表面缺陷。因此，对于某个具体的体系，选择合适的消泡剂往往是在其消泡性和相容性之间找到合理的平衡。

消泡剂必须具有比体系更低的表面张力，这样才可能进入到气泡壁，这是进而产生消泡作用的前提条件。

消泡剂具有正的进入系数（E），才有可能稳定地进入到气泡壁表面，进入系数E按如下公式进行计算：

 

E = γ_液 + γ_液-消 – γ_消

                 

                           式中：E为进入系数

                                    γ_液为起泡液体的表面张力

                                    γ_液-消为起泡液体与消泡剂之间的界面张力

                                    γ_消为消泡剂的表面张力

 

同时，消泡剂必须具有正的铺展系数（S），通过透镜铺展机理进行消泡，或具有正的桥连系数（B），通过桥连-去润湿机理或桥连-拉伸机理进行消泡：

 

S = γ_液 - （γ_液-消 + γ_消）

B = （γ_液）² + （γ_液-消）² –（γ_消）²

                

                           式中：S为铺展系数

                                    B为铺展系数

                                    γ_液为起泡液体的表面张力

                                    γ_液-消为起泡液体与消泡剂之间的界面张力

                                    γ_消为消泡剂的表面张力

 

从以上三个公式可以看出，消泡剂的表面张力足够低，有利于获得正的进入系数、铺展系数和桥连系数。

 

5、消泡剂的种类：

可以大致将消泡剂分为两大类，有机硅消泡剂和非硅类消泡剂。

 

-          有机硅消泡剂

有机硅消泡剂的优点是具有很低的表面张力，具有很高的铺展系数和消泡效率。

该类消泡剂可以通过各种改性获得不同的相容性，以适合不同体系的需要。

有机硅类消泡剂是相容性较好的消泡剂品种，对漆膜光泽无明显影响，可在色漆、清漆和上光油体系中使用。

 

-          非硅类消泡剂

比较常见非硅类消泡剂有矿物油类、植物油类、聚合物类等。

 

矿物油类消泡剂具有很高的不相容性，消泡效果明显。由于环境因素，目前多以脂肪族矿物油类为主。该类产品的主要缺点是会影响漆膜光泽、引起缩孔的倾向大、并且难以添加。目前多用于水性建筑涂料和水性底漆。

 

植物油类消泡剂具有矿物油类的类似性质。由于该类产品利用了可再生资源，目前的应用预计会越来越多。

 

聚合物类消泡剂的特点是可以通过对聚合单体的种类和比例进行选择，从而精确控制产品的极性和相容性。特别是其它消泡剂由于具有与某些体系无法匹配的低相容性时，聚合物类消泡剂往往可以发挥难以取代的作用。

 

6、消泡剂的测试方法：

起泡体系的具体性质及其施工方法是选择消泡剂的决定性因素。在将消泡剂应用到真正的生产过程之前，在实验室进行有效性测试是不可缺少的过程。实验室对消泡剂的测试方法主要有搅拌测试、倾涂测试、滚涂（或刷涂）测试等

 

-          搅拌测试

在搅拌测试中，空气以固定的搅拌方式在相同的时长内被引入到体系中。在搅拌结束后，观察引入气泡的体积及其减少的速度，可以对消泡剂的破泡性、抑泡性和脱泡性进行大致判断。

 

-          倾涂测试

以上搅拌测试的体系，在搅拌结束后可以倾涂在玻璃板或透明塑料薄膜表面，观察漆膜表面和内部的气泡情况、以及消泡剂可能引起的漆膜缺陷如光泽降低和缩孔等。

 

-          滚涂（或刷涂）测试

如果涂料是通过滚涂、刷涂或类似方法进行施工的，那么在选择消泡剂时还应进行滚涂或刷涂测试，这是由于这些施工方法会将空气引入到漆膜中。添加消泡剂的涂料通过滚涂或刷涂方法施工在具体的基材表面，待漆膜干燥后，对漆膜起泡情况和外观进行观察。

 

 

 

 

                                                                                                                       广州首帆化工有限公司

                                                                                                                                  研发部

 

                                                                                                                                 2020年8月