在建筑涂料生產中,由于配方中有乳化劑、分散劑和增稠劑等助劑的存在,不僅會產生大量的氣泡,而且還能穩定氣泡,致使建筑涂料中出現大量氣泡。在成膜過程中,若氣泡不能消失,則會造成涂膜縮孔、針眼等弊病。因此,添加消泡劑來消除這些氣泡,才能取得滿意的效果。
1.氣泡產生的原因與防止
氣泡就是氣體分散在液體中的分散系統[1]。在建筑涂料中,由于含有表面活性劑,既能產生大量氣泡,又能穩定氣泡。這些氣泡向空氣界面上升,但它仍被一層有表面活性劑的表面膜所包圍,形成一層雙分子層,即氣泡夾層。在生產建筑涂料時產生氣泡的主要原因:①涂料中的顏填料有較大的比表面積,生產涂料時加入的顏填料能吸附空氣進入涂料中產生氣泡;②涂料在生產與應用中由于添加了各類表面活性物質,如乳化劑、分散劑、潤濕劑、增稠劑等,故在生產及施工時容易產生氣泡;③由于攪拌、分散、研磨、施工等,通過空氣介入體系而容易形成氣泡;④由于某些副反應產生CO2,從而產生氣泡。根據Stoke原理：
式中:V為氣泡上升的速度;r為氣泡的半徑;η為涂料體系粘度。在η恒定的情況下,氣泡上升速度V與氣泡半徑r的平方成正比。先是微小氣泡相互接近,再聚結成稍大的氣泡,然后上升到表面,大氣泡比小氣泡上升的更快。在干燥過程中粘度增大,氣泡上升速度變慢,所以調低涂料的粘度,可顯著減少氣泡的產生。因此,在生產涂料時要選擇一些含泡量低的原材料,盡量消除穩定氣泡的組分;調整生產工藝,減少副反應的發生,控制涂料施工的溫度、濕度、通風條件均可減少氣泡。按比例加消泡劑也可以有效消除氣泡。
2.消泡機理
對建筑涂料來說,消泡劑必須與穩定的表面活性劑層結合并滲入到泡膜雙分子膜中,接觸氣泡后迅速鋪展,形成很薄的雙膜層。隨著消泡劑的進一步散布侵入,取代原泡沫的膜壁。由于低表面張力的液體總是要流向高表面張力的液體,消泡劑的表面張力低于氣泡液的表面張力,所以消泡劑分子附著在泡膜的表面上使泡膜表面的局部表面張力降低,而膜面的其余部分仍保持著較大的表面張力,這種在泡膜上的表面引力差異使較強張力牽引著這個張力較弱的部分,使整個氣泡就會產生應力不平衡,從而導致氣泡破裂[2~5]。消泡劑的消泡機理見圖1。
消泡劑的重要作用是盡快消除氣泡,消泡劑與穩定的表面活性層結合并滲入到泡膜雙分子膜中,其滲入能力可用滲入系數E表示。消泡劑滲入后又能快速散布開,其散布能力可用散布系數S表示,按照ROSS提出的公式:
滲入系數E=γF+γDF-γD(1)
散布系數S=γF+γDF-γD(2)
式中:γF———泡沫介質的表面張力;γD———消泡劑的表面張力;γDF———泡沫介質和消泡劑之間的界面張力。
當E>0時,消泡劑滲入泡膜中;E<0時,不能滲入。當s>0時,消泡劑向膜面擴展;S<0時,不能擴展。因此,當e>0,S>0時,消泡劑才能產生消泡作用。
3.消泡劑的選擇及其在建筑涂料中的應用
消泡劑針對性很強,往往在一種氣泡體系中能消泡而在另一體系中卻效果差或無效,甚至助泡。水性建筑涂料消泡劑的選用是一個比較復雜的問題,助劑在涂料體系中種類較多,它們之間如何與消泡劑搭配產生一個好的整體效果,需要試驗才能確定。如何選擇消泡劑,從理論上講,主要考慮表面張力和混溶性,在選擇時應考慮各種因素的影響:①由于涂料的品種不同,主要成膜物、助劑不同,選用的消泡劑不同,消泡效果不同,需要進行認真分析。②對若干消泡劑品種進行篩選試驗,選出最佳消泡劑。試驗材料見表1。幾種建筑涂料用的消泡劑篩選試驗及用量見表2。
由表2可以看出,選用TPS-03消泡劑,適用于BC-01苯丙涂料,消泡效果最佳。通過重點試驗得出最佳用量為0.28%。
從表3可知,環保型內墻涂料選用SPA202消泡劑最佳。通過對SPA202重點試驗得出用量在0.99%消泡效果最好。
從表4可知,TL-1型建筑內墻涂料選用TSP-01消泡劑消泡效果最佳。通過重點試驗得出最佳用量為0.3%。通過試驗篩選出3種建筑涂料專用的消泡劑及用量,由于3種涂料的品種不同,選用消泡劑不同,用量也不同。
4.使用消泡劑時應注意的問題
1)在使用前必須充分攪拌,一般不需要用水稀釋,可直接加入,若需稀釋時可隨配隨用。
2)在涂料攪拌情況下加入,這樣消泡劑才能進入體系中。
3)為了達到好的消泡效果,最好分二次添加,第一次在配制涂料時加入總量的一半,經研磨后再加入另一半。
4)消泡劑的用量要適當,加入過量,帶來副作用,使涂料膜出現縮孔等問題。加入量少,達不到消泡效果。
5)加入消泡劑后至少需24h后,才能測試涂料的性能,因消泡劑有持久性,否則會出現縮孔等產品質量問題。
5.結束語
使用消泡劑是用來避免氣泡的形成或將已形成的氣泡盡快消除,確保產品質量。消泡劑的選擇及添加量對涂料的性能產生很大的影響,如果選擇不好,不但達不到消泡目的,反而影響涂料質量。在確定配方的試驗中,根據具體情況進行認真試驗篩選,選出最佳消泡劑及用量,以滿足產品質量要求。
參考文獻:
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