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简述水性涂料用消泡剂的作用机理和分类

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在水性涂料的生产和施工过程中,由于机械搅拌、刷涂、辊涂、喷涂等操作,空气容易被带入涂料体系中形成气泡。这些气泡依靠以下两种效应维持稳定:静电作用:水性涂料中的表面活性剂分子在气液界面形成定向排列的胶束,亲水端朝向水相,疏水端朝向空气,形成稳定的气泡。

马兰格尼(Marangoni)效应:表面活性剂的存在导致气泡上部的表面张力比气泡两侧高,产生液体逆向流动,帮助气泡膜维持稳定。

1. 消泡剂作用机制

消泡剂的主要作用是破坏气泡的稳定性,释放出包裹的气体。消泡剂通常由载体油、活性固体粒子、乳化剂组成,其作用机制可以分为以下三类:

桥连-去润湿作用:当消泡剂的渗透系数E>0时,消泡剂能够进入气泡膜,并与气泡双层膜形成架桥。活性固体粒子由于表面较强的疏水性,将膜层上的液体去润湿化,导致气泡膜被穿刺而气泡破裂。载体油也具有去润湿作用,进入气泡膜后,油滴分解变形,导致去润湿作用发生。

桥连-拉伸作用:油滴进入气泡膜层形成架桥效应后,载体油的铺展系数S>0时,油滴的铺展扩散导致油滴逐渐拉伸变薄,直至断裂造成气泡的破裂。有机硅消泡剂主要通过桥连-拉伸机理进行作用。

流体夹带作用:当渗透系数E<0时,消泡剂被排斥到气泡膜临近的柏拉图通道,并在非平衡的毛细管压力作用下进入气泡膜。载体油夹带着气泡膜发生运动,导致局部气泡膜逐渐变薄而最终破裂。流体夹带机理发生的前提条件是载体油具有较好的铺展能力,即S>0。

2. 消泡剂分类

矿物油类消泡剂:以矿物油为载体,主要用于哑光和半光的乳胶漆,主要作用机制为流体夹带作用。

有机硅类消泡剂:以硅油为载体,适用于高端涂料,主要作用为桥连-拉伸机理。

分子消泡剂:非离子型表面活性剂,在分子水平上破坏气泡稳定作用力,适用于低黏度、高光泽及低PVC的色漆及清漆。

这些作用机制和分类说明了消泡剂如何通过物理和化学方式干扰和破坏气泡的稳定性,以达到消泡的目的。理解这些机制有助于选择最佳的消泡剂解决方案,并为新型高效消泡剂的开发提供理论基础。

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