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木器家具是人们生活、工作环境内的用具及装饰品。其表面状态极其重要, 泡沫不仅影响涂膜的光学性能, 降低涂膜的保护作用, 而且还能给涂膜的表面状态造成极其不良的影响。所以消泡剂是木器漆中不可缺少的一种添加剂。
泡沫的定义
鉴于本文只谈溶剂型的木器漆, 因此只涉及液体泡沫, 对其可以定义为: 气体在液相中的微小分布。就泡沫而言其表面积越大, 体系的能量增加得越多, 当泡沫破灭后, 体系的总表面积大大减少,于是能量也相应地降低, 所以又称其为热力学的不稳定的两相体系。为此可以得出一个结论: 只有涂料中存在稳定泡沫的因素, 才会有泡沫存在。那么稳定泡沫的基本因素是什么呢? 就是能够降低界面张力的表面活性剂。
表面活性剂对泡沫的稳定作用
这里所谈的表面活性剂是广义的, 泛指具有界面活性的物质, 也就是说在同一个分子中具有亲水、亲油的 两亲! 结构, 能在气/ 液、固/ 液, 液/ 液界面处定向排列, 降低界面张力的物质。众所周知, 不可避免的在每一个涂料配方中都会存在来自各方面和各种化学结构的稳定泡沫的物质- 表面活性剂, 比如在涂料中添加的湿润分散剂、流平剂、催干剂、部分固化促进剂等都是界面活性物质, 都有可能成为稳定泡沫的因素。
21 表面活性剂是形成稳定泡沫的主要因素在含有表面活性剂的涂料体系中, 空气进入后形成气泡, 表面活性剂就会在气/ 液界面处定向排列。在溶剂型涂料中, 通常是亲水基朝向空气一侧, 而疏水基则朝向液体一侧, 以薄的界面层将气、液两相隔开, 形成稳定的微小气泡。气泡在液相中的上升速度是符合stokes 定律的。
由式( 1) 可知, 气泡越大, 体系粘度越低,泡沫上升速度就越快。反之则上升速度慢, 气泡留在体系内不能消除。
当由表面活性剂稳定的气泡上升到表面, 就会被定向排列在表面的表面活性剂包裹住, 高出液面形成一个泡冠。此时的泡沫膜是由两层表面活性剂定向排列的气/ 液界面, 夹着液体组成的。膜内的两层表面活性剂是隔着液体同极相对排列的。此时泡沫的稳定性如何仍取决于表面活性剂的作用( 详见图1) 。
如果是一纯净的液体, 没有表面活性剂存在,由空气形成的气泡一上升到表面, 马上就会自行破灭。所以只有表面活性剂存在才会有稳定的泡沫的可能性。表面活性剂不但能够形成稳定泡沫还能抵抗来自外力的破坏作用, 保持泡沫具有长久的稳定性。其作用主要有三方面。
22 Marangoni 效应
当泡沫升到液体表面时受重力影响膜内液体会向下流动, 开始排液, 泡沫膜变薄, 到一定程度泡沫就会破灭。但这时表面活性剂会起到阻止排液作用, 防止泡沫膜变薄使泡沫稳定( 详见图2) 。
当排液开始时, 液体由B 处向A 处流动, 带动表面活性剂也向下移动, 在A 处集聚, 因而A处的表面张力变低, B 处的表面张力变高, 这样A处的表面活性剂就会向B 处移动。使表面张力趋向平衡, 由于表面活性剂的移动带动液体由低处A向高处B 移动, 这就是Marangoni 效应。其阻止了排液, 防止了泡沫变薄, 保持了泡沫的持久稳定性。
23 Gibbs ( 吉布斯) 弹性
当泡沫膜受到外力撞击, C 处被拉长, 表面活性剂浓度降低, D 处的表面活性剂浓度相对变高。( 详见图3) 此时C 处的表面张力高于D 处, 在表面张力作用下泡沫膜就开始回缩, 努力使表面张力降低, 达到平衡的稳定状态, 同时带动液体移动,修复了泡沫壁的撞伤地位, 表面活性剂的这种修复性, 被称之为Gibbs ( 吉布斯) 弹性。
24 静电排斥作用
前面讲过泡沫膜内两层界面的表面活性剂是同极相对排列的, 当排液达到一定程度时两个表面活性剂的界面层距离缩短, 当距离缩短到某一程度时就会产生静电斥力, 阻止两层界面活性剂的靠近,於是停止了排液, 防止了泡沫膜继续变薄, 保持了泡沫的稳定性。
由上述论述基本可以明白, 泡沫的稳定性主要取决于涂料中表面活性剂的作用。
