新一代水性超稳定消泡剂| PCI杂志

消泡剂用于水性涂料系统中，以减少生产、运输、储存和应用过程中的泡沫形成。有几种测试方法用来测定消泡剂的效率。根据泡沫形成的原因，选择相应的最佳实验室测试方法。

本文介绍了新一代超稳定消泡剂。根据兼容性和用途的特定标准，可以选择合适的消泡剂。

在水性涂料系统的配方过程中，泡沫形成过多是一个可能出现的问题。在水性涂料的生产、填充、运输和应用的所有阶段都可能产生泡沫，这是一个主要问题。

无论如何都要避免泡沫的形成。在生产和灌装阶段，泡沫会导致效率低下、储罐溢出、不稳定等问题。在油漆应用过程中形成的泡沫会导致诸如坑，不透明度和保护的损失。

为了防止泡沫的形成，要使用消泡剂。几乎每一种水性涂料系统都含有消泡剂，通常浓度范围为0.05-0.5%。

市场上有许多消泡剂。为某个应用程序选择适当的类型是一项相当艰巨的任务。消泡剂的效率很大程度上取决于所使用的特定油漆系统和工艺。本文介绍了新一代消泡剂的一些试验方法和性能。

泡沫

泡沫是气体在液体或固相中的稳定分散;就本文而言，它是由分布在涂料配方水相中的空气形成的。涂料中的表面活性成分，如乳化剂、润湿剂和增稠剂，使空气稳定。

空气是在几个阶段中添加的，如在混合，分散，填充，运输和应用。除了空气的加入，其他的气体也会在油漆中发生化学反应。例如，在以异氰酸酯为基础的双组分体系中，当异氰酸酯基团与水反应时，就会形成二氧化碳。

纯液体不会形成泡沫。由于比重的不同，被困住的空气会自动释放出来(斯托克斯定律)。在存在表面活性剂的情况下，空气分散将会稳定下来。

消泡

优化涂料配方和生产应用工艺可以减少空气的滞留。然而，空气滞留不能完全避免。消泡剂在几乎所有的水运系统中都是必需的。

消泡剂的效率取决于它们在介质中扩散的能力和穿透泡沫的能力。

以下参数可描述为:

扩散系数:
S = sf - sd - sint。（2）

中:
Sf =待消泡液体的表面张力
Sd =消泡剂表面张力
它们。=消泡剂与待消泡液体之间的界面张力。

如果E >，消泡剂可以穿透包含介质的泡沫;如果S>0，消泡剂也可以在介质中自发扩散。

S的正值对于消泡剂非常重要，因为E-S=2sint。(见图1)。

如果表面张力和/或界面张力降低，消泡剂的效率就会提高;因此，消泡剂含有表面活性成分。

此外，消泡剂的粘度和与消泡介质的相容性对其效率也有重要影响。低粘度有助于高效渗透和扩散。不相容性保证了消泡剂浓度在界面液体/空气中积聚;也就是说，如果消泡剂的比重低于要消泡的液体。

去沫剂成分

消泡剂的成分极为多样。然而，消泡剂的特征成分包括以下内容。

一种或多种疏水化合物疏水成分使泡沫分散不稳定，因为它取代了稳定剂。疏水成分被认为是消泡剂中最活跃的成分之一。

此外，疏水成分防止空气/液体之间形成稳定的界面表面。因此，气泡可以穿透界面并释放自己，或者通过与另一个气泡结合形成一个更大、更不稳定的气泡。典型的疏水成分大多是固体，如二氧化硅，聚酰胺和蜡。

矿物油。矿物油作为疏水组分的载体。

表面活性分散剂/乳化剂。分散剂确保疏水成分在油中的最佳分布，而乳化剂则减缓消泡剂在介质中的扩散以消泡。乳化剂的类型和数量取决于消泡剂的应用，应该仔细选择。乳化剂的用量应尽可能少，因为乳化剂本身会促进泡沫的形成。此外，由于消泡剂的分布和稳定性非常好，其工作机制是基于表面活性的，这在一定程度上是由于界面气-水之间存在一定的不相容性和很强的活性，因此影响了消泡剂的效率。

乳化剂的添加量将取决于消泡剂的最终应用:对于以高剪切力添加消泡剂的应用，或对于在具有高乳化性能的介质中应用消泡剂的应用，消泡剂中乳化剂的数量应加以限制。

乳化剂和分散剂——在许多配方中还有油——在很大程度上决定了消泡剂的界面活性。硅酮也是原因之一。然而，硅树脂会造成负面的副作用，如形成火山口和粘附问题。

新一代消泡器

传统上，疏水组分分散在油中或在熔体阶段乳化。最终产物是元稳定的。大多数传统的消泡剂会与相分离时间作斗争，因此，它们需要在使用前均质。

当没有均质化时，有一个风险，即只有消泡剂的顶层被使用，而大多数活性成分仍然在底层。这会导致无效的消泡和漆膜表面问题。这种现象在实践中屡见不鲜。

通过使用一种新的过程——在本研究中称为超分散过程(UDP)——疏水成分可以分散到载体中，从而产生极其稳定的消泡剂。最后，对分散剂/乳化剂组合进行了优化。采用UDP工艺制备的消泡剂显示了疏水组分的扩散效率和稳定性(见表1)。

在本系列试验中，我们有意选择了在水中具有不同乳化性能的消泡剂。SERDAS 7010和7015采用UDP工艺生产，疏水组分在油中的分散效果非常好。SERDAS 7540和7580只由一个组分组成:疏水组分被化学固定在酯组分中。传统的以硅油-矿物油系统为基础，按照常规方法生产，并作为参考。

过程

通过以下实验室测试程序，证明了消泡剂的效率。

货架寿命稳定性试验
消泡剂在室温下保存在100毫升玻璃瓶中3个月。之后，将对分离进行审判。

震动测试
含消泡剂的涂料在红魔鬼摇瓶上摇三分钟(或多次三分钟时间段):用量为150克，装在300毫升的瓶子里。摇晃后立即用50毫升的比重计测定比重。泡沫的百分比可表示为:

通过对油漆样品进行离心，直到得到恒定的比重，即可获得脱气涂料。在实际应用中，特别是对于分散涂料，这种摇振测试可以很好地说明消泡剂的效率，适用于粘度在750- 3000 mPa.s之间的体系。根据应用程序的不同，可以在一定的搁置时间后重复此测试。高速混合机测试
这种测试方法对于低粘度体系(50-750 mPa.s)的消泡剂评价以及颜料膏评价非常有用。在1000毫升的塑料烧杯中搅拌150克测试介质3分钟后，立即确定泡沫的百分比。例如，在搅拌一分钟后，泡沫就会破裂。

应用程序测试
对于这个测试，典型的应用方法是:辊，刷或喷雾应用。例如，在评价墙漆时，使用粗孔辊。泡沫发展评估在油漆的湿阶段和干阶段，并记为:10 =优秀;无泡沫或其他缺陷;1 =差;泡沫和其他缺陷，如弹坑和凝结。缺陷将在每种情况下进行描述。

此外，还将测定粘度、pH值、颜色和附着力等特性的变化。所有消泡剂的测试程序应尽可能地反映“真实情况”。

在本研究中，表1中提到的消泡剂的效率将在以下系统中演示。

体系一:内外用丙烯酸分散漆，PVC 55%

体系2:高负载苯丙分散漆，PVC 73%

体系三:丙烯酸分散光泽漆，PVC 16%

体系四:水性醇酸漆，PVC近似。18%

体系5:以TiO2、缔合HEUR增稠剂、丙烯酸基分散剂和水为基础的颜料浆料

体系6:家具涂料，丙烯酸共聚物为主

在所有体系中，消泡剂的用量根据总配方按重量计算保持在最小的0.2%，这样才能最好地突出消泡剂效率的差异。

结果与讨论

许多油基消泡剂在储存时会表现出某种形式的相分离。表1中所列产品的货架寿命稳定性测试表明，传统消泡剂确实表现出如图2所示的相分离。

根据UDP工艺生产的消泡剂是稳定的，三个月后没有观察到分离。这显然是透明消泡剂SERDAS 7540和7580的情况(见表2)。

对于系统1，使用SERDAS 7010的效果最好(见表3)。消泡效率和膜的外观都是完美的。值得注意的是，油漆储存六个月后的效率，以及泡沫发展和“分散能量”几乎不存在的关系。典型的SERDAS 7010是弱乳化率。然而，涂料本身显示出足够的乳化性能，允许消泡剂均匀地分布在系统中。

尽管SERDAS 7580是一种强乳化级，具有优异的消泡性能，但干漆中含有泡沫，会在干漆中产生坑洞。假设该消泡剂与该涂料体系的相容性太好，在界面液体/空气中留下过低浓度的SERDAS 7580。涂料配方中较高剂量的消泡剂可能会导致更好的应用测试结果。

对于系统2，一种分散涂料，用SERDAS 7010获得的最佳结果是:良好的效率和良好的保质期储存性能(见表4)。

其他的消泡剂，都具有较好的乳化性能，显示出较高的损失在储存效率。这可能是由于在这些精细分散剂中，总的界面表面消泡剂/介质更大/更强烈，导致物理或化学相互作用的变化增加，如吸附或吸收到颜料上。

系统3，如表5所示的光泽度分散涂料表明，使用水乳化性能最好的SERDAS 7580可获得最佳效果。除了高效的消泡性能外，储存后还能保持效率。与使用SERDAS 7010的系统相比，获得了表面没有缺陷的漆膜。

难以乳化的消泡剂，如SERDAS 7010，在该体系中扩散较差，导致消泡剂集中在漆膜表面。这会导致表面缺陷和失去光泽。

表6显示，对于水性醇酸，SERDAS 7540是一种良好的消泡剂。该产品效率高，表面无缺陷。此外，SERDAS 7580性能也很好。带有SERDAS 7015的油漆表面有缺陷，可能是由消泡剂中存在的硅酮引起的。

在表7所示的系统中，SERDAS 7540显示了最好的结果。7540是一种较好的乳化消泡剂类型。值得注意的是，乳化性能较弱的消泡剂和硅酮在该体系中的效率较低。对于这些结果没有很好的解释，这再次表明，为特定的系统选择最佳的消泡剂需要测试一系列的消泡剂。

在丙烯酸共聚物为基础的表面处理中，使用SERDAS 7015可获得良好的效果(见表8)。这种木材表面处理采用丙烯酸分散体，具有良好的乳化性能。再次，我们看到，无硅消泡剂，表现出良好的乳化性质，并没有提供最好的结果。这种现象是否可以用这些产品是“无硅”或“好的乳化剂”来解释呢?都是假设。硅基产品产生低界面张力。这与渗透系数和扩散系数的正效应有关。被消泡介质的充分乳化特性将确保强大的界面活性，因此，液体/空气之间的低界面张力。产生较高的界面张力，无硅产品不能在界面液体/空气中集中，有利于泡沫稳定成分，因此不能作为有效的消泡剂。

SERDAS 7540和7580具有良好的乳化性能，在整个介质中分布良好。在本研究中，在此介质中添加的低浓度时，极有可能在界面区液/空气中产生的消泡剂浓度不足。在另一个类似的木材整理系统中，SERDAS 7580被证明是最有效的消泡剂:该系统中的树脂显示出较差的乳化性能。