聚氨酯涂料起泡的原因及其處理

摘要：對聚氨酯涂料在生產和施工過程中起泡的形成、機理及原因進行了分析，并提出了預防與解決 起泡的方法。

聚氨酯涂料具有耐磨損性、耐油性、耐化學藥 品性、耐溫性、耐溶劑性以及粘附力強等許多優越 的性能，現已廣泛應用于航空航天工業、電子工 業、交通運輸業、化工防腐及日用器具、民用建筑 等領域的裝飾和保護，產量日增，新品種相繼出 現，是極有發展前途的品種。但是聚氨酯涂料在生 產和施工時常常出現許多病態，特別是起泡比較常 見。不論是在涂料生產還是施工過程中，泡沫的產 生都會給生產操作、產品質量、施工應用、涂膜外 觀及性能帶來嚴重影響。清楚地了解和分析造成聚 氨酯涂料起泡的真正原因，有利于找到相應的解決 涂料產生泡沫的辦法，以確保涂料的最終裝飾效 果，延長涂料的使用壽命。 說，大多通過浮液聚合來制備，在這合成過程中， 需要加入表面活性劑，表面活性劑能夠降低體系的 表面張力。體系的表面張力越低，形成氣泡所需的 自由能就越小，越容易生成氣泡。 J）待涂裝的底 （ 材上存在空隙。在有空隙的底材上涂裝時，孔隙內 的空氣自涂膜內部上溢，若氣泡上升不到表面，留 在涂膜中就會形成魚眼；若上升到表面，就會形成 縮孔和針眼，這在木材或水泥的底材上涂裝時，時 常會出現這種現象。 (）化學反應產生氣泡。聚氨 （ 酯涂料中若混有微量的水時，水與異氰酸酯發生反 應產生 5KJ ，在漆膜中出現小氣泡和針眼，其化學 反應式如下： JL*5K M NJ K " L*N5K*NL M 5KJ #

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聚氨酯涂料泡沫的產生
在聚氨酯涂料特別是水性聚氨酯涂料的生產、

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影響泡沫穩定的因素
泡沫即使形成，如果能自動破滅，也不致于對

施工過程中，由于某些物質的引入以及攪拌等因 素，往往會產生泡沫，其產生通常有以下三種情 況： "）表面活性劑的存在。由于聚氨酯涂料是由 （ 多種材料組成的，各種材料的表面張力各不相同， 這就具備了起泡的條件；而對水性聚氨酯涂料來
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生產、施工帶來影響，但一般情況下泡沫一旦形成 后都具有穩定性，所謂泡沫的穩定就是指泡沫形成 后的穩定性，也就是消除泡沫的難易程度，掌握了 泡沫形成和穩定的原因，才有助于選擇合適的消泡 劑。

合成材料老化與應用

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來實現，相應的也就有抑泡劑和消泡劑。抑泡劑是 不允許氣泡形成的助劑，它比發泡液具有更低的表 面張力，能分散到發泡液體中，并能斥開導致起泡 的活性分子。那些混有不同表面活性分子的薄膜， 會阻止分子之間的緊密聯接；而抑泡劑的分子則不 規則的分布于液體表面，阻止馬拉罔尼效應的發生 和表面粘度對泡沫的穩定作用；當體系要產生氣泡 時，抑泡劑分子就會立刻破壞氣泡的彈性膜，抑制 氣泡的產生。因此泡沫在起始階段就已受到了抑 制。 消泡劑是指使已形成的泡沫盡快破裂的助劑。 當消泡劑進入泡沫表面時，它能在氣泡膜的表面鋪 展和滲入，使涂料體系中的表面活性劑在對氣泡起 穩定作用前就被除去或被替代；消泡劑本身就具有 低于原來氣泡膜的表面張力，這就能使含有消泡劑 部分的氣泡膜的膜壁逐漸變薄，并被周圍表面張力 大的膜層強力牽引，會使泡沫的表面張力急劇變 化，從而導致氣泡的破裂。消泡分四個過程進行： （#）消泡劑附著在泡膜的表面； !）消泡劑在泡膜 （ 的表面擴散； .）消泡劑進入或置換泡膜的表面活 （ 性層； /）泡膜表面張力不平衡，導致泡沫破滅。 （ 其消泡的四個過程如圖一所示：

在泡沫的生成過程中伴隨著氣 $ 液界面的擴大， 當擴張的面積相同時，表面張力小，泡沫擴大所需 的功也小，即表面張力小的液體容易起泡。而只有 當表面膜有一定強度、能形成多面體的泡沫時，低 表面張力才有助于泡沫的穩定。根據 %&’(&)* 公式， 液膜的 +(&,*&- 交界處與平面膜之間的壓差與表面 張力成正比，即表面張力低，則壓差小，因此排液 速度變慢時，液膜變薄的速度也慢，泡沫的壽命延 長，也就是穩定性增加。 !"! 表面粘度 液膜的強度是泡沫穩定的主要因素，而強度的 大小又取決于表面吸附膜的堅固性，其堅固性的量 度為表面粘度，表面粘度越大，泡沫的壽命就越 長。吸附在泡沫膜上的活性物，如果分子之間的作 用力越強，排列得越緊密，特別是疏水基之間能形 成氫鍵鍵合結構或者電荷相吸作用的表面活性化合 物，其表面粘度越大，表面吸附膜的強度就越高， 泡沫的穩定性就越好，其壽命就越長。 !". 溶液的粘度 溶液的粘度是影響泡沫消除的重要因素，但不 是泡沫穩定的決定因素。當涂料的粘度較高而小氣 泡分布在其內部時，浮力難以將其推向界面，它就 會長期懸浮其中不會破滅；而當外部溶液的粘度 高、泡膜內部的液體不易排出時，泡膜厚度的減小 就會變慢，泡沫的壽命相應地得到延長，在高粘度 的溶劑型涂料中，這種現象經常出現。 泡沫形成和穩定的因素是復雜的，如引起表面 張力梯度的馬拉罔尼效應等都是泡沫穩定的影響因 素，只有對具體的產品采取具體消泡措施，才會收 到良好的效果。

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消泡劑的消泡過程

未溶的消泡劑再重新進入另一個泡膜的表面， 重復上述過程，這個過程將會繼續不斷進行下去， 在消泡劑足夠的情況下，會一直到消除所有的泡沫 為止。 ."! 消泡劑的選擇 消泡劑在涂料中主要用于消泡，但使用不當會 產生副作用，不僅會引起縮邊、縮孔、針孔之類的 問題，還會引起涂膜光澤下降、附著力和耐水性降 低，因此消泡劑的使用要注意其添加量和品種的選 擇。 目前生產消泡劑的公司主要有 0*12*(、 345、 臺灣德謙、 6*78、 9:5;、日 本 共 榮 社 化 學 株 式 會 社等，國內有北京化工二廠、杭州臨安助劑廠、上 海涂料研究所、廣州市番禺華夏助劑有限公司等單 位也已研制出一些產品可供選用。

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泡沫的消除
泡沫的產生給涂料生產和施工帶來諸多不利，

諸如：使生產周期延長，涂膜形成缺陷，因此必須 采取措施將泡沫消除。消泡的方法主要有機械法、 加熱法、聲波法和化學法等，而在聚氨酯涂料的生 產和施工中最適宜采取的方法是化學消泡法，使用 消泡劑來破泡和防泡。 ."# 消泡機理 萬方數據 在實際過程中泡沫的消除主要通過抑泡和消泡