消泡劑的消泡原理

消泡包括抑泡和破泡兩個方面，當體系加入消泡劑后，消泡劑必須能夠分布在整個體系中，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)生擴散，s必須大于0，只有E和S都為正值時的物質(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，當由于某種原因體系要產(chǎn)生氣泡時，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，進一步擴散，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力牽引，整個氣泡就會產(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

使用化學的方法來進行氣泡的消除，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被破壞掉。好的抑泡劑可抑制在攪動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，一旦兩個這樣的氣泡相互接觸，它們就會融合成一個大泡，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大大加快，一旦到達液面，氣泡就會破裂，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，達到消泡的目的。實際上，抑泡劑、脫泡劑和破泡劑統(tǒng)稱為消泡劑，對一種助劑而言，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。消泡劑則是一個普遍適用的概念。

實用的消泡劑

水溶性消泡劑有以下幾種：

② 物油類，包括有機醇類化合物；

②有機硅表面活性劑，包括改性有機硅表面活性劑，改性有機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，因為加入的疏水顆粒移動到氣泡膜上會吸附穩(wěn)泡劑的表面活性物質(zhì)并使膜的內(nèi)聚力降低，進而造成泡沫推動穩(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。常見的載體油有碳氫化合物、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。粒徑太大不易進入氣泡膜壁，太小消泡效果不好。

有機硅泡劑的主要結(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，因為消泡劑這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平衡點上。過度的溶解性和不溶解屬于都不會產(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)了水溶性光擴散涂料對消泡劑的要求是：

(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本質(zhì)未變，添加時免除了過度的調(diào)整攪拌。許多商品消泡劑都以乳液形式供應(yīng)的。