消泡剂在溶剂型木器涂料中的应用

摘要：气泡在涂料生产施工中广泛存在，它可能引起生产时间延生，能源浪费，涂料包装时计量失准等副作用。在成膜过程中若气泡不消失，则造成漆膜缩孔、气泡、针眼等弊病。探讨了溶剂型木器涂料如何解决气泡问题。

   关键词：木器涂料；气泡

   1·引言

   气泡是稳定地存在于液体介质中的气体。一种是不稳定气泡，空气导入纯液体中，气泡迁移到表面，然后破裂，泡内的气体消失；另一种是稳定气泡，液体中含有表面活性剂，当气泡向空气界面上升，被一层表面活性剂的表面膜包围住。涂料中的气泡通过几个因素达到稳定，由于稳定的夹层变得很薄，表面活性剂稳定吸附了空气并在制造和施工过程中渗入涂料，从而形成稳定的气泡。

   把蜂窝状薄层包含的空气泡定义为宏泡，把细球状气泡定义为微泡。在溶剂型涂料体系中，空气的存在主要导致针孔、气泡。它是小气泡在较高黏度或在漆膜干燥过程逸出时产生的微细气孔，保留在涂层中形成空隙即气泡。在干燥过程中，由于涂料黏度增大，气孔细微管道关闭，体系夹带的空气在上升和逸出过程中受阻或上升缓慢，形成微泡管道留在干燥漆膜中，即产生针孔。

   2·气泡产生的原因

   2.1颗粒表面吸附的空气

   涂料中的颜填料有些比表面积较大，常吸附更多的空气，生产时进入涂料中，产生气泡。

   2.2混合进入的空气

   在生产制造、包装或配漆施工过程中，空气进入涂料中，产生气泡。

   2.3反应性气泡

   涂料施工过程有副反应产生，溶剂型双组分聚氨酯木器涂料中含有异氰酸酯组分，它很容易与空气反应产生二氧化碳气体，从而产生气泡。

   2.4由基材引起

   由于木材是多孔性的物质，有很多木纹、孔隙、管口等，如水曲柳、柞木等缝隙较深，孔隙较多，含有较多空气，施工时易产生气泡。

   3·气泡的防止

       V为气泡上升速度，r为气泡半径，η为涂料体系黏度。因此调低涂料黏度，可显著减少气泡的产生。在黏度恒定的情况下，气泡上升速度’与气泡半径(的平方成正比，则大气泡比小气泡上升更快。气泡由微泡"稍大气泡"上升逸出。因此通过对宏泡和微泡产生过程以及产生原因的分析，认识了气泡产生的原理，为此可以采取以下措施来避免或防止气泡的产生。

   （1）首先要有选择性地控制好原材料，设计配方时选择一些含泡量低或含不稳泡的原材料，如含不稳泡的流平剂，尽量消除稳定气泡的组分。

   （2）在涂料生产中调整好生产工艺，如驱除依附在粉体颗粒表面的空气，可以让粉体缓慢加入到树脂基料中，便两者相互润湿、渗透，先低速搅拌再高速分散，可明显减少气泡的产生。

   （3）可以通过加入润湿和分散助剂进行有效的空气脱出，加入消泡剂、脱泡剂使表面气泡破裂或让气泡尽快逸出表面后再破裂。

   （4）应减少生产或施工时副反应的发生，在此导入涂料的气泡，必须在漆膜固化成形前排除。

   （5）控制好涂料施工的环境条件，如温度、湿度、通风条件，高温、高湿时易产生气泡。同时要依天气情况选择配漆辅料稀释剂，其质量好坏、溶解力强弱、挥发速度的快慢与加入量都会影响消泡结果。

   4·消泡剂的作用机理

   使用消泡剂是用来避免气泡的形成或将已形成的气泡尽快排除，因此，消泡剂一般应具有以下"个性质：①有选择性的不相溶。②具有高度的展布能力。③要有较低的表面张力。消泡剂在涂料中要有一定的溶解度，才能迁移到空气界面上，相溶性太好，不能迁移进气泡壁，反而进入整个涂料体系，此时消泡作用微乎其微。但如消泡剂溶解度太小，会导致漆膜缺陷，如缩孔、雾影等。适当的消泡剂应在相溶性与不相溶性之间寻找一个“平衡点”。

   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，接着必须快速地展布开，穿过裂开的表面活性层，这层薄膜与先前稳定的夹层表面活性剂比，弹性有了显著地降低，这种不稳定导致分子膜裂开，从而消泡。

   消泡剂用于消除涂料中的气泡，有时将“消泡”和“脱泡”区别开来是有利的。首先，气泡必须达到表面，这个过程称之脱泡，然后气泡在表面破裂称之为消泡。脱泡剂的功能是提高气泡的上升速度。这些助剂使相邻的气泡互相聚集合并，然后由于体积变大，向表面运动的速度加快，脱泡必须在整个涂层中有效地发挥这个作用。相反，消泡剂只在表面有效，它们只破坏上升至表面的气泡。实际上不可能将一个助剂的工作机理明确地定义为消泡或脱泡，可能在某种场合同脱泡剂更合适。作为消泡剂可行化学结构应是一些具有低表面张力的分子，如矿物油、有机硅及其改性化合物，无有机硅的聚合性化合物、氟碳化合物等。

   5·消泡剂的测试与评价

   消泡剂的重要作用是消泡、脱泡、破泡，以达到在生产施工中消泡或有泡但易消泡。消泡剂的效果测试方法：（A）在试管中装入同量的同一树脂，加入同剂量不同种类的消泡剂，振荡相同时间，观察气泡上升，破裂的快慢，记录时间，同时 短者即效果 佳。（B）同一消泡剂不同剂量，可测试 佳用量，但此法应在涂料配方中试验。这样把不同的消泡剂或同一消泡剂不同的量加入到涂料配方体系中，通过观察在生产及施工喷板中气泡消涂的情况及性能测试来选择一种有效的消泡剂。评价消泡剂不能以刚配制出来的涂料施工后板面效果作为 终判断，应把涂料做好后快速贮存1个月（60℃烘箱中）后，再取出进行施工，仍有消泡作用且施工不产生漆膜缺陷，与刚配制出来的效果一样，这时才能说明此消泡剂有效，或者自然贮存半年或一年来测试消泡与施工的表面效果。因为很多的消泡剂贮存一段时间后会失去其原有的消泡功能，甚至产生漆膜缺陷。

   由此可见消泡剂在体系中的稳定性很重要。在溶剂型木器涂料中可能因消泡剂选择不当而产生缺陷，如在亮光清漆中因消泡剂的相容性不好而导致光泽下降，亮光清漆中的漆膜发雾从而影响透明度，有的产生缩孔现象，有的甚至不能消泡等，所以评价消泡剂要进行综合、全面地测试后再作出决定，否则会造成不良后果，导致涂料没有装饰性也没有保护性。

   6·消泡剂的选择应用

   6.1涂料配方体系

   配方的设计必须全面考虑，从组成来看，有树脂、颜填料、溶剂、助剂。树脂有丙烯酸树脂、醇酸树脂、硝基纤维素等，消泡剂在其中的相容性及消泡效果可能都不同，要按上述方法试验评价选择。颜填料影响亦较大，如生产透明底漆，采用国产与进口$种不同的硬脂酸锌，区别很大。进口产品不易产生气泡，而国产的则易产生气泡。前者可选择相对较弱的消泡剂，后者需较强的消泡剂才能消除。溶剂方面，由于不同的表面吸力，不同的溶解力可能有些会有稳泡作用。助剂种类较多，如分散剂、防沉剂、流平剂、催干剂，它们如何与消泡剂搭配才能产生好的整体效果，需要试验才能确定。在亮光清漆中，先考虑消泡剂与树脂的相容性，相容性好，漆的外观透明，相容性不好则浑浊。另一方面要考虑消泡剂的加入量，在相容性与不相容性中找到一个平衡点，达到既消泡又外观清澈的效果。这种体系可选择的消泡剂有有机硅聚合物型，无有机硅的聚合物消泡剂或两者搭配使用。在亚光清漆中，相容性亦很重要，消泡剂用量较大，消泡效果有了，但带来另一副作用—缩孔。在面漆中，如选用消泡剂不当可导致涂料与底层的附着力不好。在设计配方时要考虑各种因素的影响，选择一个 佳组合。

   6.2底材的因素

   木器装修中有不同的底材，如实木、贴树皮、贴纸、中纤板、夹板等，因此要求的涂料亦不相同。实木中不同的材质亦有不同的要求，如水曲柳板，其缝隙较多、深孔，要求底漆消泡性好，破泡快，可选用有机硅与聚合型消泡剂搭配使用，使消泡剂既消泡好又快速脱泡、破泡。而榉木板，因板面平整，孔隙很少，相对容易消泡。贴树皮板与实木相似，贴纸板则平整光滑，空气不易往下渗，主要应消除喷涂中空气渗入的气泡， 后达到破泡的目的。中纤板相对疏松平整，涂料易下渗，应选择适中的消泡剂达到目的。

   6.3消泡剂的添加方式

   消泡剂种类有：有机硅型、聚合物型、矿物油型，其相对分子质量大小亦不同。有的很容易分散到体系，有的需要高速分散才能进入体系，有的在涂料生产研磨或分散前添加，有的在其后添加，这些都要根据消泡剂产品的性能，使用说明或体系来确定。实际上，添加方式亦非常重要，因它涉及到日后的贮存稳定性及施工效果。这在产品的生产工艺上必须注明。否则产品质量就没有保证。

   6.4施工方式

   木器涂料的施工方式通常有几种，如喷涂、辊涂、淋涂、刷涂。前三者主要在家具制造业使用，其中+,木器涂料主要采用辊涂或淋涂的方式。后者主要在室内家庭装修中采用。不同施工方式对消泡剂选择有不同要求，刷涂的要求比喷涂高，因此木器装修漆选择消泡剂应把有机硅与不含有机硅的结合起来，使之消泡、脱泡、破泡。淋涂相对辊涂消泡较难，既考虑选择有一定消泡性的消泡剂又要同时考虑稳定淋幕。总之应根据施工方式的不同选择不同消泡剂或相互搭配、补充来满足其要求。