分子消泡活性|的作用2016-01-05 | PCI杂志 - 188bet搏金宝,188金宝搏bet官网

《韦氏词典》对泡沫的定义是:“在液体内部或表面形成的一团轻的泡沫。”泡沫被进一步描述为“化学或机械产生的稳定泡沫”。在讨论涂层中的泡沫时，这些描述是正确的。在讨论涂层时，泡沫进一步被定义为相对大体积的气体(空气)在小体积液体中的分散。无论以何种方式定义或描述泡沫，如果不去除泡沫，在涂层的湿态和干态都是一个严重的问题。在干燥的涂层膜中保留的泡沫会导致涂层性能的下降，这反过来又会导致过早的涂层失效和灾难性的影响。本文将展示一类分子消泡剂是如何以有效、高效和持久的方式从涂料中去除泡沫的解决方案。我们将首先回顾泡沫的原因，讨论消泡剂中的典型成分，解释消泡剂如何在涂层系统中工作，然后展示含有含分子活性的消泡剂与成分中不含分子活性的对照消泡剂的有效性示例。

有很多文献讨论了消泡剂、消泡剂和除氧剂之间的区别。可接受的定义是，消泡剂是一种防止或延缓泡沫形成的成分，消泡剂在泡沫形成后作用于泡沫并减少或消除泡沫，除氧剂有助于加强泡沫合并以加速泡沫释放。在现实中，用于减少和消除泡沫的添加剂以多种方式起作用，并且很难对添加剂进行分类，因此在本文中，术语消泡剂将用于描述所讨论的添加剂。

泡沫的原因

纯液体不含泡沫。这在你摇晃水的时候很容易看出来。气泡形成，它们迅速上升到水面并破裂。水没有保持空气的倾向;它迅速上升并离开液体。另一方面，涂料不是纯液体。那么是什么原因使涂层抓住空气并在涂层液体或干燥的涂层膜中捕获气泡呢?

水性涂料不是纯液体;它们是颗粒(颜料、树脂)在液体载体(水)中的胶体分散体。在这些涂层中稳定泡沫的关键因素之一是保持所有这些不同成分在一起而不是相分离或沉淀的相同因素:表面活性剂。表面活性剂是用来保持乳液相分离的成分，润湿颜料表面以改善分散和停止沉降，并提高水性涂料配方中成分的整体相容性。这些表面活性剂的消极方面是，它们非常有效地稳定涂料混合物中的空气，使空气很难凝聚，上升到表面并逸出。这是由于表面活性剂的本质。表面活性剂是同时具有疏水性和亲水188金宝搏bet官网性的材料。正是这样，它们才能有效地发挥其功能，也是为什么它们能有效地稳定泡沫。表面活性剂的疏水部分包围气泡并将其稳定在涂层液体中，从而防止气泡凝聚并上升到表面逃逸(图1)。

去沫剂成分

消泡剂配方有三个基本部分:

初级液体;
乳化剂和润湿剂;
第三组分或活性组分。

主要液体，或载体，可以作为消泡剂本身。在消泡剂配方中，它的主要功能是将疏水成分携带到薄片界面中，在那里它们可以有效地发挥作用。初级液体的例子有矿物油和硅油。乳化剂或润湿剂用于帮助消泡剂分散到要消泡的液体中。它们控制着消泡剂分散的困难程度，也对消泡剂的功效、持久性和相容性产生影响。第三组分是为增加消泡剂的性能、提高消泡剂的稳定性或相容性而添加的物品。疏水颗粒、脂肪酸、偶联剂和专有成分(如消泡分子)都属于这一类。

消泡剂是如何工作的

消泡剂的工作是克服表面活性剂的稳定作用，并从系统中去除空气。为此，消泡剂被配制成与气泡壁与液体表面或邻近气泡壁之间的表面活性剂层界面不相容。这个区域通常被称为片层(图2)。消泡剂需要是低表面张力的液体，具有可控的不溶性或不相容性，正进入系数进入片层，正扩散系数通过片层扩散。消泡剂还需要在配方中以疏水性液滴的形式分散。一旦消泡剂液滴进入并扩散到片层区域，就会破坏表面活性剂的稳定性，导致水从片层中流失，导致泡壁变薄并最终破裂(图3)。因此，除消泡剂的表面张力外，有效消泡剂性能的一个关键特征是消泡剂能够分散在被消泡的液体中，形成正确有效的液滴大小。

消泡活动的基本方法有五种:

疏水固体;
疏水固体的原位形成;
表面活性剂竞争;
弱小的表面张力的液体;
敌对的表面活性剂/聚合物。

分子消泡剂属于最后一类，拮抗表面活性剂/聚合物。该技术是通过消泡分子与涂层中的其他表面活性剂相互作用，在片层壁上形成刚性薄膜而不是弹性薄膜而有效的。这是通过表面活性剂链之间发生的排斥性相互作用实现的。因此，气泡周围的薄片区域不拉伸，更容易破裂并释放空气。因此，寻找有效和高效的消泡剂的困难在于平衡涂层体系中所需的这种不兼容性，消泡剂能够克服表面活性剂的稳定作用，而不会在涂层体系中造成任何缺陷，如弹坑、爬行、着色剂分离等。

低voc涂料消泡剂需求

随着VOC排放法规的快速发展和消费者对更环保产品的需求，涂料在过去十年发生了巨大变化，直到今天，建筑涂料的配方中含有接近零VOC含量。所使用的乳胶是较软的聚合物，不需要结合来实现薄膜的形成，并通过应用后交联发展硬度。溶剂的开放时间延长和保持湿边在应用过程中被消除。所有涂料成分都要求VOC为零或接近零，配方中只有水是液态挥发性成分。表面活性剂的使用对于稳定这些配方变得更加关键，而环保型表面活性剂的使用改变了泡沫生成和稳定的现状。在建筑涂料中，现在期望一层覆盖，实现这一目标的方法之一是在低剪切和高剪切范围内以比过去更高的粘度配制涂料。这些因素都对现代涂料的消泡需求产生了影响。溶剂可能不再存在，在配方中充当临时消泡剂，特别是在制造过程中。粘度越高，气泡从液体中上升的速度越慢，越困难。增加表面活性剂的使用意味着泡沫在整个涂层中更加稳定。 Defoamers must now be formulated to counteract all of these effects.

摘要分子消泡器

使用分子消泡剂作为拮抗表面活性剂或聚合物是当今消泡剂需求的答案。与典型的消泡剂相比，分子消泡剂能够在更小的范围内工作，而典型的消泡剂通常是颗粒性质的。这种较小规模的分子消泡剂极大地提高了它们在消泡过程中的效率。分子消泡剂与多种消泡剂技术结合使用-矿物油基，硅基和水乳液形式。这些现代消泡剂的效果优于不含分子消泡成分的消泡剂。以下数据是基于使用无硅，碳氢化合物为基础的分子消泡超支化聚合物作为活性分子组分。

在矿物油技术中加入分子消泡成分可以提高低voc乳胶配方的破泡时间。结果表明，50 g/L VOC的扁平丙烯酸乳胶配方具有这种效果。与市售矿物油产品相比，含有分子活性的消泡剂的消泡效果优于标准矿物油消泡剂。最佳矿物油消泡剂的破泡时间为68秒，而含有消泡剂的两种分子活性物的破泡时间分别为56秒和31秒(图4)。检查所应用的干燥膜，分子消泡剂也能更好地消除涂层中捕获的微泡沫。在第二种配方中，一种接近零voc的扁平丙烯酸乳胶，结果相似。最好的市售矿物油消泡剂在44秒内将泡沫击破，而含有分子成分的消泡剂在25秒内将泡沫击破(图5)。再次，干燥后的薄膜中含有较少的微泡沫。

基于有机硅化学评估消泡剂，当分子成分成为消泡剂配方的一部分时，我们也看到了性能的改善。在50g /L VOC丙烯酸半光乳胶配方中，两种含有分子成分的消泡剂优于三种商用硅基消泡剂。其中两种商业产品在应用条件下没有打破产生的泡沫气泡。第三种商用产品花了70秒才打碎泡沫。两种含有分子成分的有机硅消泡剂分别在25秒和28秒内将泡沫击破(图6)。

在接近零voc的丙烯酸半光配方中评估产品，我们看到含有分子活性的消泡剂有更显著的差异。商用硅胶产品，在涂料总重量的0.5%的负载水平上使用，不能打破应用泡沫，在干燥的涂料中留下可见的气泡。含有有机硅消泡剂的分子活性剂在该体系中仍然有效，在68秒内就能破碎泡沫，并且在仅占涂层总重量0.3%的负载水平下使用(图7)。因此，即使在减少40%的负载水平下，含有分子活性剂的消泡剂也能更有效地破碎应用泡沫。

有机硅乳液消泡剂是分子消泡组分对消泡剂性能有显著影响的另一个领域。在一种丙烯酸乳胶配方中，一种用于建筑或装饰涂料，另一种用于工业涂料，分子消泡成分在应用泡沫减少方面表现出显著改善。以下系列展示了在消泡剂配方中添加不同水平的分子消泡成分的效果。结果表明，分子组分立即促进消泡活性，在2-4%分子组分(基于消泡剂配方的总重量)时产生最大效果。在装饰配方中，气泡破裂时间从60秒减少到12秒(图8)。在工业配方中，气泡破裂时间从45秒减少到10秒(图9)。

结果表明，单独使用的分子消泡组分的消泡性能很差。这表明分子活性物需要在消泡剂组合物中适当地配制，以实现积极和有效的消泡效果。

有机硅乳液消泡剂也在两种建筑配方中进行了评估，均为50 g/L VOC。第一种是丙烯酸半光晕，消泡剂在系统中以总涂料配方重量的0.75%重量加载。值得注意的是，测试中硅乳液消泡剂的总活性为20%，因此添加0.75%的活性仅占配方总重量的0.15%。可以看出，即使在如此低的使用水平下，含有分子成分的有机硅乳液消泡剂也能有效地消除涂层中的应用泡沫，而不含任何分子成分的有机硅乳液消泡剂并不能消除泡沫(图10)。

同样的消泡剂在第二个配方中进行了评估，即50 g/L VOC平面丙烯酸体系。在该系统中，含有分子消泡成分的消泡剂能够在0.3%的使用水平上消除应用泡沫，或0.06%的活性。不含分子消泡成分的有机硅乳液消泡剂即使在0.75%的使用水平下也不能消除应用泡沫(图11)。