聚氨酯涂料起泡的原因及其處理

摘要：對(duì)聚氨酯涂料在生產(chǎn)和施工過程中起泡的形成、機(jī)理及原因進(jìn)行了分析，并提出了預(yù)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(xué)藥 品性、耐溫性、耐溶劑性以及粘附力強(qiáng)等許多優(yōu)越 的性能，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)、電子工 業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、化工防腐及日用器具、民用建筑 等領(lǐng)域的裝飾和保護(hù)，產(chǎn)量日增，新品種相繼出 現(xiàn)，是極有發(fā)展前途的品種。但是聚氨酯涂料在生 產(chǎn)和施工時(shí)常常出現(xiàn)許多病態(tài)，特別是起泡比較常 見。不論是在涂料生產(chǎn)還是施工過程中，泡沫的產(chǎn) 生都會(huì)給生產(chǎn)操作、產(chǎn)品質(zhì)量、施工應(yīng)用、涂膜外 觀及性能帶來嚴(yán)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(yīng)的解決 涂料產(chǎn)生泡沫的辦法，以確保涂料的最終裝飾效 果，延長(zhǎng)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(shí)，孔隙內(nèi) 的空氣自涂膜內(nèi)部上溢，若氣泡上升不到表面，留 在涂膜中就會(huì)形成魚眼；若上升到表面，就會(huì)形成 縮孔和針眼，這在木材或水泥的底材上涂裝時(shí)，時(shí) 常會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。 (）化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣泡。聚氨 （ 酯涂料中若混有微量的水時(shí)，水與異氰酸酯發(fā)生反 應(yīng)產(chǎn)生 5KJ ，在漆膜中出現(xiàn)小氣泡和針眼，其化學(xué) 反應(yīng)式如下： JL*5K M NJ K " L*N5K*NL M 5KJ #

"

聚氨酯涂料泡沫的產(chǎn)生
在聚氨酯涂料特別是水性聚氨酯涂料的生產(chǎn)、

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影響泡沫穩(wěn)定的因素
泡沫即使形成，如果能自動(dòng)破滅，也不致于對(duì)

施工過程中，由于某些物質(zhì)的引入以及攪拌等因 素，往往會(huì)產(chǎn)生泡沫，其產(chǎn)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(duì)水性聚氨酯涂料來
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生產(chǎn)、施工帶來影響，但一般情況下泡沫一旦形成 后都具有穩(wěn)定性，所謂泡沫的穩(wěn)定就是指泡沫形成 后的穩(wěn)定性，也就是消除泡沫的難易程度，掌握了 泡沫形成和穩(wěn)定的原因，才有助于選擇合適的消泡 劑。

合成材料老化與應(yīng)用

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來實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)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(fā)泡液具有更低的表 面張力，能分散到發(fā)泡液體中，并能斥開導(dǎo)致起泡 的活性分子。那些混有不同表面活性分子的薄膜， 會(huì)阻止分子之間的緊密聯(lián)接；而抑泡劑的分子則不 規(guī)則的分布于液體表面，阻止馬拉罔尼效應(yīng)的發(fā)生 和表面粘度對(duì)泡沫的穩(wěn)定作用；當(dāng)體系要產(chǎn)生氣泡 時(shí)，抑泡劑分子就會(huì)立刻破壞氣泡的彈性膜，抑制 氣泡的產(chǎn)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(dāng)消泡劑進(jìn)入泡沫表面時(shí)，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(duì)氣泡起 穩(wěn)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(qiáng)力牽引，會(huì)使泡沫的表面張力急劇變 化，從而導(dǎo)致氣泡的破裂。消泡分四個(gè)過程進(jìn)行： （#）消泡劑附著在泡膜的表面； !）消泡劑在泡膜 （ 的表面擴(kuò)散； .）消泡劑進(jìn)入或置換泡膜的表面活 （ 性層； /）泡膜表面張力不平衡，導(dǎo)致泡沫破滅。 （ 其消泡的四個(gè)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(kuò)大， 當(dāng)擴(kuò)張的面積相同時(shí)，表面張力小，泡沫擴(kuò)大所需 的功也小，即表面張力小的液體容易起泡。而只有 當(dāng)表面膜有一定強(qiáng)度、能形成多面體的泡沫時(shí)，低 表面張力才有助于泡沫的穩(wěn)定。根據(jù) %&’(&)* 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(shí)，液膜變薄的速度也慢，泡沫的壽命延 長(zhǎng)，也就是穩(wěn)定性增加。 !"! 表面粘度 液膜的強(qiáng)度是泡沫穩(wěn)定的主要因素，而強(qiáng)度的 大小又取決于表面吸附膜的堅(jiān)固性，其堅(jiān)固性的量 度為表面粘度，表面粘度越大，泡沫的壽命就越 長(zhǎng)。吸附在泡沫膜上的活性物，如果分子之間的作 用力越強(qiáng)，排列得越緊密，特別是疏水基之間能形 成氫鍵鍵合結(jié)構(gòu)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(qiáng)度就越高， 泡沫的穩(wěn)定性就越好，其壽命就越長(zhǎng)。 !". 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(wěn)定的決定因素。當(dāng)涂料的粘度較高而小氣 泡分布在其內(nèi)部時(shí)，浮力難以將其推向界面，它就 會(huì)長(zhǎng)期懸浮其中不會(huì)破滅；而當(dāng)外部溶液的粘度 高、泡膜內(nèi)部的液體不易排出時(shí)，泡膜厚度的減小 就會(huì)變慢，泡沫的壽命相應(yīng)地得到延長(zhǎng)，在高粘度 的溶劑型涂料中，這種現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。 泡沫形成和穩(wěn)定的因素是復(fù)雜的，如引起表面 張力梯度的馬拉罔尼效應(yīng)等都是泡沫穩(wěn)定的影響因 素，只有對(duì)具體的產(chǎn)品采取具體消泡措施，才會(huì)收 到良好的效果。

圖#

消泡劑的消泡過程

未溶的消泡劑再重新進(jìn)入另一個(gè)泡膜的表面， 重復(fù)上述過程，這個(gè)過程將會(huì)繼續(xù)不斷進(jìn)行下去， 在消泡劑足夠的情況下，會(huì)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(dāng)會(huì) 產(chǎn)生副作用，不僅會(huì)引起縮邊、縮孔、針孔之類的 問題，還會(huì)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(chǎn)消泡劑的公司主要有 0*12*(、 345、 臺(tái)灣德謙、 6*78、 9:5;、日 本 共 榮 社 化 學(xué) 株 式 會(huì) 社等，國(guó)內(nèi)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(chǎn)品可供選用。

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泡沫的消除
泡沫的產(chǎn)生給涂料生產(chǎn)和施工帶來諸多不利，

諸如：使生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，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(jī)械法、 加熱法、聲波法和化學(xué)法等，而在聚氨酯涂料的生 產(chǎn)和施工中最適宜采取的方法是化學(xué)消泡法，使用 消泡劑來破泡和防泡。 ."# 消泡機(jī)理 萬方數(shù)據(jù) 在實(shí)際過程中泡沫的消除主要通過抑泡和消泡