有机硅消泡剂在涂料中的应用
摘 要：综述了有机硅消泡剂的分类，探讨了有机硅消泡剂的作用原理和性能，并且对有机硅消泡剂在涂料中的应用以及注意事项进行了详细的说明。
关键词：有机硅 消泡剂 涂料
涂料是一种广泛应用的化工原材料。近年来，我国的涂料工业发展比较快，产品增加比较快，品种也越来越多。越来越多的表面活性剂也应用到涂料产品中来提高产品的质量，目前用在涂料中的表面活性剂有24个类目。本文主要介绍一下有机硅消泡剂在涂料中的应用。
一、有机硅消泡剂的种类
有机硅消泡剂在上个世纪后期，市场一直是国外的几家公司所垄断，如美国的道康宁公司、日本的信越公司、德国的瓦克公司，价格比较昂贵，一般的施工单位不能接受。在2000年前后，国内的从事消泡剂的精细化工公司通过研发，逐渐推出了效果比较好的有机硅消泡剂，如湖北的咸宁化学公司、山东金水源精细化工、湖南怀化精细化工。目前有机硅消泡剂的种类主要有3种，即聚醚型的消泡剂、硅油型的消泡剂、硅醚混合型的消泡剂。
（一）聚醚型的消泡剂
一般的有机化合物的铺展系数都比较大，如醚类的、长链烃类的、醇类的及磷酸酯类的，因此他们的破泡作用都比较强，但是抑泡的作用都一般很差。用环氧乙烷和环氧丙烷他们来进行开环聚合得到的聚醚是一种优良的水溶性的非离子型的表面活性剂，这种表面活性剂的典型结构为：CnH2n+1O（EO）a（PO）bH，在分子中聚环氧乙烷链这一个片段是亲水基，而聚环氧丙烷链这一片段则是疏水基。当环氧乙烷的量大于25%的比例时形成的聚醚就会溶于水，判断水溶性的指标就是浊点。通过调节环氧乙烷和环氧丙烷在表面活性剂中的比例可以得到亲水亲油平衡值不相同的表面活性剂，所具有的表面活性也不相同。还可以通过调节EO/PO之间的比例和他们的相对分子量，改善表面活性剂的水溶性和脂溶性，来降低发泡液的表面张力，达到消泡、抑泡的效果。
聚醚类型的消泡剂最大的优点便是抑泡能力比一般的表面活性剂要强，因此是比较常用的一种主导消泡剂，缺点也比较明显，就是破泡率比较低，一旦产生了大量的泡沫，它不能一下有效地尽兴扑灭，而是需要新加一定量的消泡剂才能慢慢的解决问题。
（二）硅油型的消泡剂
单纯的有机硅并没有消泡的作用，比如二甲基硅油。但将有机硅进行乳化后，他们的表面张力降低的比较迅速，使用很小的量就可以达到很强的破泡和抑泡作
用，是一种比较重要的消泡剂组成成分。硅油型的消泡剂的消泡效能一般比较高，关键因素是在于硅油的乳化，如果乳化的不完全，在使用的时候就会被破乳，影响到使用的效果。比较常用的有机硅消泡剂都是把硅油作为基础的组分，再配合适宜的溶剂、乳化剂或无机填料来进行制备的。有机硅的特点除了消泡能力比较强之外，还具有化学方面的稳定性，惰性和温度适应性，所有应用的比较广泛。因为硅油本身就具有亲油性，因此对油溶性溶液的消泡具有令人满意的效果。
有机硅消泡剂，是一种毒性比较低、抗氧化和破泡能力都比较强的消泡剂，但缺点是抑泡能力比较差，耗用量比较大。
（三）聚醚改性型的有机硅消泡剂
聚醚改性型的有机硅消泡剂，是在硅氧烷分子中加入聚醚链段合成得到的聚醚-硅氧烷共聚物（简称硅醚共聚物）。聚醚改性型的有机硅消泡剂是将聚醚型的消泡剂和硅油型的消泡剂的优点进行了有机的结合，它的主要成分是二甲基硅油和一些乳化剂以及稳定剂。这种类型的消泡剂的特点是表面张力低、消泡迅速、抑泡时间长、成本低、用量少、应用面广等一系列特点。
在硅醚形成的共聚物的分子中，硅氧烷段是亲油性的基团，聚醚段是亲水性的基团。聚醚链段中的聚环氧乙烷链片段具有亲水性和起泡性，而聚环氧丙烷链片段则具有疏水性和渗透力，在降低表面张力方面有着很强的作用。通过调节聚合物中的硅氧烷段的相对分子质量的大小，可以使聚合物突出或减弱有机硅的特性。
聚醚改性型的有机硅消泡剂水中很容易进行乳化，也被称作为“自乳化型消泡剂”。当温度达到它的浊点以上的时候，便会对水失去溶解性和机械的稳定性，并且能够耐酸、耐碱和一些无机盐，是一种性能比较优良、用途比较广泛的有机硅类的消泡剂。
二、有机硅类消泡剂在涂料中的应用
（一）选择消泡剂应注意的因素
涂料体系中物料的相互影响，造成了泡沫问题的复杂性，因此在选择消泡剂时，应考虑以下方面的因素：
1.涂料体系。水性涂料与溶剂型涂料所要求的消泡剂是不同的，水性涂料使用乳化剂、增稠剂，更具起泡和稳泡性，因此其消泡问题更突出。对水性涂料来讲，其pH值越高，对控制泡沫越不利。丙烯酸系列有光乳胶涂料的乳液粒子很细，消泡较困难，水性醇酸与水性聚氨酯相比，易与消泡剂混溶。对溶剂型涂料来讲，聚氨酯漆在生产和施工过程中都容易产生反应型气泡，消泡较困难。
2.颜料。颜料粒子的粗细、极性大小会影响到泡沫，例如炭黑、超细填料会增加消泡的困难性。
3.助剂。润湿分散剂的使用本身就会带来泡沫，过量使用时更有稳泡作用。如果选用的消泡剂与分散剂匹配不好，会造成分散剂乳化消泡剂，引起颜料絮凝和消泡剂失灵。
4.涂料的粘度。高粘度的涂料消泡更困难，如弹性涂料、防腐蚀涂料中的厚浆型涂料，往往需要专用消泡剂。
5.涂料的用途。消泡剂的不混溶性多多少少会影响到涂料的光泽，因此，高光泽的涂料就要选用混溶性较好的消泡剂。
6.施工方法。无空气喷涂比空气喷涂的消泡困难，刷涂比浸涂消泡困难。
7.涂料的干性。干燥快的涂料表面固定得快，要求消泡力强的消泡剂，作用能迅速完成，否则即使破泡，因为没有一定的流动，就会留下针孔。
（二）涂料中使用有机硅消泡剂的方法
要想使消泡剂很好地发挥作用，消泡剂的添加方法很重要。消泡剂一般需要在高剪切速率下分散，如果分两次添加效果更好，即把所用消泡剂等分为两份，一份在研磨阶段加入，一份在配漆阶段加入，这样消泡剂作用发挥最好，用量可降低到最低。
消泡剂加入后至少需要24h才会充分发挥作用，在试用时一定要注意这一点，如果提前测试，往往会得出错误的结论。涂料生产过程中要求消泡剂的作用持久性要好。有时会发现贮存后的涂料在施工和成膜过程中往往会达不到初期的消泡能力。在浓度大于cmc的溶液中，消泡剂有可能被加溶，以致失去在表面铺展的作用，消泡效力大减。
正确地使用消泡剂，需要掌握恰到好处的用量，而且以最低的有效量为好。这就需要涂料配方设计者进行反复的试验来得到数据。一般的试验方法是：按照上述使用方法配制不同消泡剂含量的样品，制备同样条件的样板，观察气泡的破裂速度和干膜残留气泡的多少来判断消泡能力的大小，同时可以观察缩孔测定光泽，以判断哪种用量是最恰当的。
为了测定消泡剂的持久性，可将加有消泡剂的样品封严后在50℃烘箱中放置30d后，与最初测定消泡能力的样品进行各项性能对比。该条件一般相当于常温6个月到1年的贮存性。
参考文献
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