消泡劑的消泡原理

消泡包括抑泡和破泡兩個(gè)方面，當(dāng)體系加入消泡劑后，消泡劑必須能夠分布在整個(gè)體系中，但不溶解，而且它的表面張力必須低于該體系的表面張力。消泡劉要發(fā)揮作用，首先必須滲入到氣泡膜上，而且消泡劑膜層后，又要能很快地散布出來。按照Ross提出的公式：

滲入系數(shù)：E=γF+γDF+γD＞0

擴(kuò)散系數(shù)：S=γF-γDF-γD＞0

式中，γF為氣泡介質(zhì)的表面張力；

γDF為氣泡介質(zhì)與消泡劑之間的界面張力；

γD為消泡劑的表面張力。

為了產(chǎn)生滲入，E必須大于0，為了產(chǎn)生擴(kuò)散，s必須大于0，只有E和S都為正值時(shí)的物質(zhì)才具有消泡作用。要使E足夠大，消泡劑的表面張力就要低，要使s足夠大，不僅消泡劑的表面張力要低，而且氣泡介質(zhì)與消泡劑之間的界面張力也要低，這就要消泡劑本身具有一定的親水性，使其既不溶于發(fā)泡介質(zhì)中，又具有很好的擴(kuò)散能力。

水溶性涂料所用消泡劑總是以微粒的形式滲透到氣泡體系中，當(dāng)由于某種原因體系要產(chǎn)生氣泡時(shí)，體系中的消泡劑微粒就馬上破壞氣泡的彈性膜，抑制氣泡的產(chǎn)生。如果氣泡已經(jīng)存在，添加的消泡劑接觸氣泡后，即捕獲氣泡表面的憎水鏈端，經(jīng)迅速鋪展形成很薄的雙膜層，進(jìn)一步擴(kuò)散，層狀侵入，取代原泡沫的膜壁。由于低表面張力的液體總要流向高表面張力的液體，所以消泡劑本身的低表面張力，就能使含有消泡部分的泡膜的膜壁逐漸變薄，而被周圍表面張力大的膜層強(qiáng)力牽引，整個(gè)氣泡就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力的不平衡，從而導(dǎo)致氣泡的破裂。

消泡劑的分類

使用化學(xué)的方法來進(jìn)行氣泡的消除，最有效的方法是使用消泡劑。消泡劑由于作用機(jī)理不同，又分為抑泡劑、脫泡劑和破泡劑三種。

抑泡劑極易吸附在氣泡膜壁上，例如甲基異丁基甲醇，它能排除穩(wěn)定氣泡的表面活性物質(zhì)，使得氣泡膜的表面張力降低，氣泡壁變薄，不均勻的氣泡表面自由能造成了氣泡的不穩(wěn)定，在氣泡上浮過程中就會(huì)被破壞掉。好的抑泡劑可抑制在攪動(dòng)和隔膜泵輸送過程中產(chǎn)生過量的氣泡。脫泡劑是分散于液體介質(zhì)中的非極性物質(zhì)，氣泡被非極性脫泡劑層所包裹，而脫泡劑分子與液體介質(zhì)之間的作用較弱，一旦兩個(gè)這樣的氣泡相互接觸，它們就會(huì)融合成一個(gè)大泡，根據(jù)Stokes定律，氣泡在液體中上升的速度與氣泡的半徑的平方成正比，而與液體的黏度成反比。融合后的大氣泡上升速度會(huì)大大加快，一旦到達(dá)液面，氣泡就會(huì)破裂，可見脫泡劑大大加快了氣泡的逸出。破泡劑能明顯降低氣泡膜表面的張力，例如乙醇能使存在于液面上的氣泡變薄，最終導(dǎo)致膜的破裂，達(dá)到消泡的目的。實(shí)際上，抑泡劑、脫泡劑和破泡劑統(tǒng)稱為消泡劑，對(duì)一種助劑而言，經(jīng)常很難確切地區(qū)分和界定它是抑泡、脫泡還是破泡作用。消泡劑則是一個(gè)普遍適用的概念。

實(shí)用的消泡劑

水溶性消泡劑有以下幾種：

② 物油類，包括有機(jī)醇類化合物；

②有機(jī)硅表面活性劑，包括改性有機(jī)硅表面活性劑，改性有機(jī)硅表面活性劑通常用聚醚等親水基改性；

③上述類型化合物的乳液，有的還加入了疏水的顆粒如二氧化硅、硬脂酸鹽、脂肪酸造衍生物以及聚脲化合物等。疏水顆粒有助于破泡，因?yàn)榧尤氲氖杷w粒移動(dòng)到氣泡膜上會(huì)吸附穩(wěn)泡劑的表面活性物質(zhì)并使膜的內(nèi)聚力降低，進(jìn)而造成泡沫推動(dòng)穩(wěn)定而破裂。

礦物油型消泡劑的大致組成是約80％的載體油、15％左右的疏水顆粒和5％左右的乳化劑、防腐劑以及其它增效成分。載體油為低表面張力的化合物，決定了消泡劑的消泡性能和消泡效果的持久性。它們與介質(zhì)有一定的不相溶性，并且很容易上升到液體表面。常見的載體油有碳?xì)浠衔?、脂肪醇、脂肪酸酯等?？捎玫氖杷w粒有氣相二氧化硅、硬脂酸金屬鹽、脂肪酸衍生物、聚脲、高分子聚乙二醇、聚氨酯化合物等。疏水顆粒的粒徑一般在0．1。20¨m之間。粒徑太大不易進(jìn)入氣泡膜壁，太小消泡效果不好。

有機(jī)硅泡劑的主要結(jié)構(gòu)是聚二甲基硅氧烷，但更常用的是用聚醚改性的聚二甲基硅氧烷。調(diào)節(jié)聚醚鏈段的極性、長(zhǎng)度、數(shù)量和在聚硅氧烷上的分布，可以得到消泡性能各不相同的消泡劑。消泡劑分子結(jié)構(gòu)中的硅氧烷段提供表面活性，聚醚鏈段的性質(zhì)決定了與體系的相容的程度。

消泡劑的選用原則

好的消泡劑不需要具有良好的水溶性，因?yàn)橄輨┻@種表面活性劑必須分布在氣液界面上才能起到降低界面張力的作用，而易溶于水的表面活性劑減少了在氣液界面的聚集濃度，不利于消泡，甚至不能消泡反而起泡。與水的可溶性決定了一種表面活性劑的消泡能力。真正好的消泡劑應(yīng)該是在水體系中具有良好的混溶與不混溶的某個(gè)平衡點(diǎn)上。過度的溶解性和不溶解屬于都不會(huì)產(chǎn)生理想的消泡效果，這也是選擇消泡劑困難的主要原因。

根據(jù)以上分析，我們總結(jié)了水溶性光擴(kuò)散涂料對(duì)消泡劑的要求是：

(1)應(yīng)不溶解于氣泡體系中；

(2)在起泡液體表面上很容易擴(kuò)散；

(3)分子間力和表面張力要??；

(4)密度要比起泡液體小。

能滿足上述條件的，主要有硅系、聚烷撐二醇、脂肪酸、脂肪酸酷、磷酸醋等。二甲基聚硅氧烷是硅系消泡劑中的主要品種。

由于消泡劑與水體系的不混溶性，添加消泡劑后必須在高剪切力下分散均勻。為了改進(jìn)消泡劑在水性涂料中的混合，常常將消泡劑制成乳液。乳液型的消泡劑化學(xué)本質(zhì)未變，添加時(shí)免除了過度的調(diào)整攪拌。許多商品消泡劑都以乳液形式供應(yīng)的。