这是关于添加剂的四篇系列文章中的第二篇。流变改性剂和悬浮剂包括第1部分，发表在我们2021年5月号上。第2部分介绍泡沫控制剂。
添加剂的使用量很小，通常是涂料原材料中单位成本最高的。188金宝搏bet官网它们用于促进生产或改善湿涂层或最终膜的某些性能。它们在油漆中是绝对必要的;然而，更多并不代表更好。事实上，许多添加剂的含量过高会损害性能。
泡沫控制剂
纯净的液体不会起泡。然而，我们不处理纯液体，所以在涂料的配方中对抗泡沫是一个现实。泡沫是液体中大量气体(通常是空气)的分散。泡沫控制剂包括消泡剂、防泡沫剂和空气释放剂(除氧剂)。每一种泡沫控制剂都是不同的，但术语经常互换使用。消泡剂被设计用来打破液体表面的泡沫。防泡沫剂防止泡沫形成。除泡器的设计目的是将泡沫(通常是微泡沫)从液体中分离出来，并使其移动到表面，这样消泡器就可以处理它。虽然存在这种区别，但所有的泡沫控制剂通常都能起到除泡、除氧和防泡沫剂的作用，但对这三种剂中的一种效果更佳。配方商通常使用这些组合，以在所有类型的泡沫中获得最佳性能。 Often defoaming additives contain a combination of defoamers, deaerators and anti-foams, and will accomplish all three. In this article, the word defoamer will be used for all three phenomena.
那么，是什么导致了泡沫呢?泡沫稳定的主要原因是涂层中表面活性剂的存在。添加表面活性剂有助于颜料的分散，稳定树脂乳液或降低表面张力(以帮助流动和平整或基材润湿)。其他原材料，如具有高188金宝搏bet官网表面张力的流变改性剂或树脂，也可以通过捕获气泡，防止气泡移动到表面或允许气泡破裂来稳定泡沫。气泡和原料的相互作用也可能减缓，或在极端情况下，阻止气泡离开散装液体。
根据Stokes定律推导出的公式(在上一篇文章中讨论过)，泡沫将上升到表面，并简化为(假设相同的粘度):
泡沫上升的速度=
气泡的大小×气体和液体之间的密度差
液体粘度
由于在不显著改变涂层的情况下很难调整粘度和密度的差异，因此增大气泡的尺寸会增加气泡离开液体的速率。这就是除氧器发挥作用的地方。除氧器在系统(气泡和散装液体)中不相容，降低气泡表面张力。气泡相互作用，结合，较大的气泡上升到表面。图1显示了这个过程。
在泡沫稳定的大多数情况下，表面活性剂通过形成电双电荷层来稳定片层(液体中气泡周围或表面的薄层液体)。这一层由渗透压维持;当涂层形成或膨胀时，涂层体系与表面活性剂之间存在浓度梯度。如果由于液体的流失，薄层开始变薄，浓度梯度迫使更多的液体进入薄层，使其稳定。使泡沫不稳定的关键是使薄板不稳定。在体积较大的液体中，这种梯度可以防止小气泡结合成大气泡，大气泡会更快地上升到表面，而在液体表面，这种梯度可以防止气泡破裂并释放气体。如果片层的内聚力大于气泡内气体压力对片层的向外作用力，则片层是稳定的。图2和图3显示了表面活性剂的片层和气体稳定。图2强调了泡沫在大块液体中的稳定，图3说明了泡沫在表面(空气/液体界面)的稳定。
那么一个人是如何使薄板不稳定的呢?标准的方法是干扰双表面活性剂层。消泡剂会通过取代表面活性剂，降低表面张力或去除液体的湿性来达到这一目的，因此片层变得太薄，气体压力会使气泡破裂。
好的消泡剂会:
- 不溶于配方/涂层介质;
- 表面张力低;
- 具有高渗透系数的消泡活性物质;
- 具有较高的载体展开系数;
- 有一个脱水装置。
消泡机理有三个步骤:
进入-消泡剂进入薄片。
传播-消泡剂通过片层扩散，打破表面活性剂双层。
薄片破裂-内部气体压力使片层破裂，气泡破裂(图4)。
去沫剂成分
消泡剂的组成对消泡剂的成功至关重要。消泡剂可以有三种不同的成分。消泡剂有一个主要的液体或载体。它们可能含有乳化剂和润湿剂，也可能含有第三组分。
主要液体作为消泡剂，并作为其他活性成分(如疏水颗粒)的载体。它必须不溶于涂料溶剂(包括水)和涂料组分。如果它是可溶的，它就不会作为离散的颗粒而破坏片层。它必须有较低的表面张力比涂层系统，但有较高的界面张力，以保持离散的颗粒。水基体系的例子包括矿物油、硅油、疏水乙二醇和其他有机疏水液体。
乳化剂和润湿剂控制消泡剂的乳化程度。乳化程度影响消泡剂的效率、持久性和相容性。如果与涂层太不相容，就会导致颗粒过大，使消泡剂效率低下，不允许它进入片层，还会造成表面缺陷。如果它使消泡剂太兼容，消泡效率将受到影响。进入片层并扩散到足以破坏片层的速度取决于消泡剂的表面张力以及消泡剂与涂层体系的界面张力。
第三组分包括可以提高活性、增加产品稳定性和改变消泡剂相容性的成分。它们包括疏水固体(如蜡)、脂肪酸、偶联剂以及许多其他化学物质。
消泡器兼容性
相容性是消泡剂的关键因素。相容性是一个术语，用来表示消泡剂性能的组合，它决定了涂层中消泡剂的最终粒径，以及它在打破气泡时的效率。如果相容性太好，就不能在片层中得到充分的铺展，气泡就不会破裂。如果你太不兼容，消泡剂颗粒可能会结合，导致少数大颗粒不能有效地打破气泡。当选择消泡剂时，您的消泡剂剪切是至关重要的。剪切越高，需要的不相容性就越大，因为你将乳化更多的消泡剂。因此，研磨阶段需要非常不兼容的消泡剂，而放气阶段则需要更兼容的消泡剂。图5显示了从更兼容的消泡剂移动到不兼容的消泡剂对泡沫的影响。
持久性和效率是消泡剂两种截然不同的特性。效率是基于它打破气泡的效果(通常在你制作涂层时测量)。持久性是指消泡剂如何经得起时间的考验。如果消泡剂随着时间的推移与涂层发生相互作用，它可能会失去它的效率。一个可能的原因是聚合物相互作用导致部分聚结，较大的聚合物颗粒不需要太多的表面活性剂。这种额外的表面活性剂会导致消泡剂颗粒变得更相容，效率下降。这里有太多可能的相互作用，但重要的是对涂层中的消泡剂效率进行稳定性研究。
消泡机理
配方商常犯的一个错误是对所有系统使用一个消泡包。虽然采购人员和工厂员工喜欢这种系统的效率、简单性和成本节约，但每个系统的性质都不同，您的系统可能不够高效或持久。
有几种不同的消泡机制，取决于消泡剂的成分。第一种是不相容固体。在水基系统中，这些固体是疏水的。在这种机制下，小的，不相容的固体颗粒进入片层，取代表面活性剂并破坏双层。表面活性剂的疏水部分被固体颗粒的疏水性质所吸引。图6显示了这一点。
消泡的另一个机制是表面活性剂的竞争。在这种情况下，添加一种缺乏表面活性剂的液体，它会清除游离的表面活性剂。自由表面活性剂越少，薄片的双层稳定性就越差。这往往是一种反泡沫和脱泡方法，不稳定泡沫在第一个位置，而不是一个实际的消泡机制。图7描述了这种机制。也要注意，添加过多的这种类型的消泡剂会剥离表面活性剂的树脂乳液和不稳定的树脂。
另一种方法是使用拮抗表面活性剂。在这种机制中，一种与系统中其他表面活性剂明显不同的表面活性剂被添加到涂层中。由于这种表面活性剂的性质，可能会形成双层，但它很弱，不能稳定泡沫。图8显示了这一点。
消泡的最后一个主要机制是不兼容的低表面张力机制。在这种机制下，一种不相容的，表面张力低的液体被添加到涂层中。在水基系统中，它被分散成细小的疏水液滴。液滴被吸进薄片，在那里展开，形成一个弱点，气泡破裂。这在图4中突出显示为扩散。
其他关键因素
消泡剂的分散性如何可能是一个关键问题。分散性较低的消泡剂具有更强的持久性，更适合高剪切应用。它们会有更大的颗粒大小，并可能导致表面缺陷(火山口和鱼眼)。分散性消泡剂对高光泽/高清晰度图像涂料的相容性更好，减少膜缺陷和提高着色剂的接受度。它们的持久性较差，不应用于保质期长的涂料中。
添加的顺序对消泡剂至关重要。在研磨阶段，它们应该在颜料之前加入，以减少泡沫。在下放过程中，它们应该在最后添加，以减少剪切，因为它们比研磨消泡剂更兼容，剪切稳定性更差。
许多消泡剂会含有未溶解的二次颗粒。这些消泡剂往往沉淀或分层，因此使用前搅拌是至关重要的。我见过太多从鼓中取出的消泡剂和涂层有问题的情况。在大多数情况下，疏水颗粒会沉淀下来，所以从鼓的顶部制成的涂层会有泡沫问题，而从鼓的底部制成的涂层会有很多表面缺陷。如果液体不是100%相容，即使是透明消泡剂也会分层。为了避免这些问题，在使用前一定要充分搅拌消泡剂。
选择消泡剂前要问的问题
- 什么时候添加-刷任务，放下或后添加?
- 它会受到高剪切还是低剪切?
- 它会被用在一个色调基础上吗?
- 某些化学物质是不允许的吗，比如汽车涂料中的硅?
- 需要什么程度的坚持?
- 小的薄膜缺陷是一个问题吗?
- 它们是增加挥发性有机化合物还是有害的空气污染物?
- 它们会影响其他性能(紫外线，化学或耐腐蚀)吗?
通常，多种消泡剂的组合效果比单一消泡剂更好。我也看到了多种消泡剂的协同效应。消泡剂系统的性能将因系统而异，因为使用的其他原材料的种类不同。188金宝搏bet官网有效使用消泡剂的关键是适当地结合它。为了适当的消泡，你需要在整个系统中良好地分布活性物质，而不是过度分散它们。
制定注意事项
要考虑消泡剂用量的一件事是原料的可变性。188金宝搏bet官网不同批次的树脂乳化剂可能有所不同，使油漆系统从表面活性剂匮乏到非常高程度的自由表面活性剂。颜料分散是相同的，但分散效率和初级颗粒大小的变化会导致不同水平的自由分散剂。只是与额外的消泡剂配方不是一个选择，因为表面缺陷可能会导致。最好的选择是在质量控制中进行泡沫测试，以测试初始消泡剂水平(不能用这种方法测试持久性)。通常使用刷拍测试或辊压测试作为快速验证，但也使用其他测试。
接下来要考虑的是研磨消泡剂的平衡，让消泡剂下降。如果你用过少的研磨消泡剂，就会形成气泡。由于空气比液体更容易压缩，对颜料的剪切力将降低，研磨效率将受到影响。这会导致研磨时间更长，产生更多的热量，这可能会破坏研磨阶段的成分(消泡剂，颜料分散剂等)。如果使用过多的研磨消泡剂，可能会导致表面缺陷或其他问题，这只能通过使用额外的添加剂来解决，这可能会导致添加剂死亡螺旋。
由于消泡剂本身就与系统不兼容，随着时间的推移，它们有改变较大水滴的趋势。一旦消泡剂的粒径超出最佳消泡剂粒径范围，这将导致效率和持久性的下降。太大的消泡剂尺寸可能会阻止它能够进入片层和破裂气泡。较大的颗粒尺寸也可能导致表面缺陷，如鱼眼或弹坑。颗粒尺寸太小，可能无法破坏片层以打破气泡。
另一个问题是消泡剂剪切过度。如果消泡剂在高剪切条件下使用，如研磨颜料或高剪切应用，消泡剂的粒径可能会变得太小而无效。因此，选择适合剪切条件的消泡剂是至关重要的。
体系的粘度越高，消泡越困难。较高的粘度将捕获空气，阻止它移动到液体表面，也将减缓液体进入片层。减少流入片层的流量将减少消泡剂颗粒进入片层并在所需时间内戳破气泡的可能性。
另一个主要考虑因素是系统消泡所需的时间。你需要它在30秒、30分钟还是30小时内没有泡沫?
采购通常将不同的原材料分类为抵消品，可以订购任何一种。188金宝搏bet官网虽然它们在设计上起到了功能上的抵消作用(例如颜料分散剂)，而且化学性质相似，但它们并不相同，并且可以改变涂料的其他特性。即使它们在化学上是相同的，在工厂层面上它们如何生产的生产差异也会导致涂层的差异。在确定消泡剂包装时，测试配方中所有不同的偏移量是很重要的。
这些只是一些事情考虑时，试图制定你的涂层，他们将需要不同的消泡剂平衡，既有效和持久。研磨减泡剂的最佳平衡不仅可以提高产品的生产效率，还可以减少添加剂的总体使用量，降低总成本。
作者简介:
迈克在蒙特利尔出生长大，现在住在休斯顿地区。他有34年的涂料配方经验，18年的涂料公司经验和16年的原材料供应商经验。他目前是Indorama Ventures的高级应用科学家，负责涂料、涂料和油墨:集成氧化物和衍生品。他拥有分析化学和环境科学学位，以及工商管理硕士学位。Mike是底特律涂料技术协会和皮埃蒙特涂料技术协会的前任主席，并曾任职于芝加哥涂料技术协会的董事会。迈克是加拿大武装部队的老兵，曾在加拿大步兵部队服役15年。
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