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研究消泡剂在建筑涂料中的选择和应用

时间:2011-05-19 11:11:07 来源: 作者:爱卡点击:次

在建筑涂料生产中,由于配方中有乳化剂、分散剂和增稠剂等助剂的存在,不仅会产生大量的气泡,而且还能稳定气泡,致使建筑涂料中出现大量气泡。在成膜过程中,若气泡不能消失,则会造成涂膜缩孔、针眼等弊病。因此,添加消泡剂来消除这些气泡,才能取得满意的效果。

1·气泡产生的原因与防止

气泡就是气体分散在液体中的分散系统[1]。在建筑涂料中,由于含有表面活性剂,既能产生大量气泡,又能稳定气泡。这些气泡向空气界面上升,但它仍被一层有表面活性剂的表面膜所包围,形成一层双分子层,即气泡夹层。在生产建筑涂料时产生气泡的主要原因:①涂料中的颜填料有较大的比表面积,生产涂料时加入的颜填料能吸附空气进入涂料中产生气泡;②涂料在生产与应用中由于添加了各类表面活性物质,如乳化剂、分散剂、润湿剂、增稠剂等,故在生产及施工时容易产生气泡;③由于搅拌、分散、研磨、施工等,通过空气介入体系而容易形成气泡;④由于某些副反应产生CO2,从而产生气泡。根据Stoke原理：

式中:V为气泡上升的速度;r为气泡的半径;η为涂料体系粘度。在η恒定的情况下,气泡上升速度V与气泡半径r的平方成正比。先是微小气泡相互接近,再聚结成稍大的气泡,然后上升到表面,大气泡比小气泡上升的更快。在干燥过程中粘度增大,气泡上升速度变慢,所以调低涂料的粘度,可显著减少气泡的产生。因此,在生产涂料时要选择一些含泡量低的原材料,尽量消除稳定气泡的组分;调整生产工艺,减少副反应的发生,控制涂料施工的温度、湿度、通风条件均可减少气泡。按比例加消泡剂也可以有效消除气泡。

2·消泡机理

对建筑涂料来说,消泡剂必须与稳定的表面活性剂层结合并渗入到泡膜双分子膜中,接触气泡后迅速铺展,形成很薄的双膜层。随着消泡剂的进一步散布侵入,取代原泡沫的膜壁。由于低表面张力的液体总是要流向高表面张力的液体,消泡剂的表面张力低于气泡液的表面张力,所以消泡剂分子附着在泡膜的表面上使泡膜表面的局部表面张力降低,而膜面的其余部分仍保持着较大的表面张力,这种在泡膜上的表面引力差异使较强张力牵引着这个张力较弱的部分,使整个气泡就会产生应力不平衡,从而导致气泡破裂[2~5]。消泡剂的消泡机理见图1。

图1

消泡剂的重要作用是尽快消除气泡,消泡剂与稳定的表面活性层结合并渗入到泡膜双分子膜中,其渗入能力可用渗入系数E表示。消泡剂渗入后又能快速散布开,其散布能力可用散布系数S表示,按照ROSS提出的公式:

渗入系数E=γF+γDF-γD(1)

散布系数S=γF+γDF-γD(2)

式中:γF———泡沫介质的表面张力;γD———消泡剂的表面张力;γDF———泡沫介质和消泡剂之间的界面张力。

当E>0时,消泡剂渗入泡膜中;E<0时,不能渗入。当S>0时,消泡剂向膜面扩展;S<0时,不能扩展。因此,当E>0,S>0时,消泡剂才能产生消泡作用。

3·消泡剂的选择及其在建筑涂料中的应用

消泡剂针对性很强,往往在一种气泡体系中能消泡而在另一体系中却效果差或无效,甚至助泡。水性建筑涂料消泡剂的选用是一个比较复杂的问题,助剂在涂料体系中种类较多,它们之间如何与消泡剂搭配产生一个好的整体效果,需要试验才能确定。如何选择消泡剂,从理论上讲,主要考虑表面张力和混溶性,在选择时应考虑各种因素的影响:①由于涂料的品种不同,主要成膜物、助剂不同,选用的消泡剂不同,消泡效果不同,需要进行认真分析。②对若干消泡剂品种进行筛选试验,选出最佳消泡剂。试验材料见表1。几种建筑涂料用的消泡剂筛选试验及用量见表2。