聚氨酯涂料起泡的原因及其处理

摘要：对聚氨酯涂料在生产和施工过程中起泡的形成、机理及原因进行了分析，并提出了预防与解决 起泡的方法。

聚氨酯涂料具有耐磨损性、耐油性、耐化学药 品性、耐温性、耐溶剂性以及粘附力强等许多优越 的性能，现已广泛应用于航空航天工业、电子工 业、交通运输业、化工防腐及日用器具、民用建筑 等领域的装饰和保护，产量日增，新品种相继出 现，是极有发展前途的品种。但是聚氨酯涂料在生 产和施工时常常出现许多病态，特别是起泡比较常 见。不论是在涂料生产还是施工过程中，泡沫的产 生都会给生产操作、产品质量、施工应用、涂膜外 观及性能带来严重影响。清楚地了解和分析造成聚 氨酯涂料起泡的真正原因，有利于找到相应的解决 涂料产生泡沫的办法，以确保涂料的最终装饰效 果，延长涂料的使用寿命。 说，大多通过浮液聚合来制备，在这合成过程中， 需要加入表面活性剂，表面活性剂能够降低体系的 表面张力。体系的表面张力越低，形成气泡所需的 自由能就越小，越容易生成气泡。 J）待涂装的底 （ 材上存在空隙。在有空隙的底材上涂装时，孔隙内 的空气自涂膜内部上溢，若气泡上升不到表面，留 在涂膜中就会形成鱼眼；若上升到表面，就会形成 缩孔和针眼，这在木材或水泥的底材上涂装时，时 常会出现这种现象。 (）化学反应产生气泡。聚氨 （ 酯涂料中若混有微量的水时，水与异氰酸酯发生反 应产生 5KJ ，在漆膜中出现小气泡和针眼，其化学 反应式如下： JL*5K M NJ K " L*N5K*NL M 5KJ #

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聚氨酯涂料泡沫的产生
在聚氨酯涂料特别是水性聚氨酯涂料的生产、

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影响泡沫稳定的因素
泡沫即使形成，如果能自动破灭，也不致于对

施工过程中，由于某些物质的引入以及搅拌等因 素，往往会产生泡沫，其产生通常有以下三种情 况： "）表面活性剂的存在。由于聚氨酯涂料是由 （ 多种材料组成的，各种材料的表面张力各不相同， 这就具备了起泡的条件；而对水性聚氨酯涂料来
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生产、施工带来影响，但一般情况下泡沫一旦形成 后都具有稳定性，所谓泡沫的稳定就是指泡沫形成 后的稳定性，也就是消除泡沫的难易程度，掌握了 泡沫形成和稳定的原因，才有助于选择合适的消泡 剂。

合成材料老化与应用

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来实现，相应的也就有抑泡剂和消泡剂。抑泡剂是 不允许气泡形成的助剂，它比发泡液具有更低的表 面张力，能分散到发泡液体中，并能斥开导致起泡 的活性分子。那些混有不同表面活性分子的薄膜， 会阻止分子之间的紧密联接；而抑泡剂的分子则不 规则的分布于液体表面，阻止马拉罔尼效应的发生 和表面粘度对泡沫的稳定作用；当体系要产生气泡 时，抑泡剂分子就会立刻破坏气泡的弹性膜，抑制 气泡的产生。因此泡沫在起始阶段就已受到了抑 制。 消泡剂是指使已形成的泡沫尽快破裂的助剂。 当消泡剂进入泡沫表面时，它能在气泡膜的表面铺 展和渗入，使涂料体系中的表面活性剂在对气泡起 稳定作用前就被除去或被替代；消泡剂本身就具有 低于原来气泡膜的表面张力，这就能使含有消泡剂 部分的气泡膜的膜壁逐渐变薄，并被周围表面张力 大的膜层强力牵引，会使泡沫的表面张力急剧变 化，从而导致气泡的破裂。消泡分四个过程进行： （#）消泡剂附着在泡膜的表面； !）消泡剂在泡膜 （ 的表面扩散； .）消泡剂进入或置换泡膜的表面活 （ 性层； /）泡膜表面张力不平衡，导致泡沫破灭。 （ 其消泡的四个过程如图一所示：

在泡沫的生成过程中伴随着气 $ 液界面的扩大， 当扩张的面积相同时，表面张力小，泡沫扩大所需 的功也小，即表面张力小的液体容易起泡。而只有 当表面膜有一定强度、能形成多面体的泡沫时，低 表面张力才有助于泡沫的稳定。根据 %&’(&)* 公式， 液膜的 +(&,*&- 交界处与平面膜之间的压差与表面 张力成正比，即表面张力低，则压差小，因此排液 速度变慢时，液膜变薄的速度也慢，泡沫的寿命延 长，也就是稳定性增加。 !"! 表面粘度 液膜的强度是泡沫稳定的主要因素，而强度的 大小又取决于表面吸附膜的坚固性，其坚固性的量 度为表面粘度，表面粘度越大，泡沫的寿命就越 长。吸附在泡沫膜上的活性物，如果分子之间的作 用力越强，排列得越紧密，特别是疏水基之间能形 成氢键键合结构或者电荷相吸作用的表面活性化合 物，其表面粘度越大，表面吸附膜的强度就越高， 泡沫的稳定性就越好，其寿命就越长。 !". 溶液的粘度 溶液的粘度是影响泡沫消除的重要因素，但不 是泡沫稳定的决定因素。当涂料的粘度较高而小气 泡分布在其内部时，浮力难以将其推向界面，它就 会长期悬浮其中不会破灭；而当外部溶液的粘度 高、泡膜内部的液体不易排出时，泡膜厚度的减小 就会变慢，泡沫的寿命相应地得到延长，在高粘度 的溶剂型涂料中，这种现象经常出现。 泡沫形成和稳定的因素是复杂的，如引起表面 张力梯度的马拉罔尼效应等都是泡沫稳定的影响因 素，只有对具体的产品采取具体消泡措施，才会收 到良好的效果。

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消泡剂的消泡过程

未溶的消泡剂再重新进入另一个泡膜的表面， 重复上述过程，这个过程将会继续不断进行下去， 在消泡剂足够的情况下，会一直到消除所有的泡沫 为止。 ."! 消泡剂的选择 消泡剂在涂料中主要用于消泡，但使用不当会 产生副作用，不仅会引起缩边、缩孔、针孔之类的 问题，还会引起涂膜光泽下降、附着力和耐水性降 低，因此消泡剂的使用要注意其添加量和品种的选 择。 目前生产消泡剂的公司主要有 0*12*(、 345、 台湾德谦、 6*78、 9:5;、日 本 共 荣 社 化 学 株 式 会 社等，国内有北京化工二厂、杭州临安助剂厂、上 海涂料研究所、广州市番禺华夏助剂有限公司等单 位也已研制出一些产品可供选用。

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泡沫的消除
泡沫的产生给涂料生产和施工带来诸多不利，

诸如：使生产周期延长，涂膜形成缺陷，因此必须 采取措施将泡沫消除。消泡的方法主要有机械法、 加热法、声波法和化学法等，而在聚氨酯涂料的生 产和施工中最适宜采取的方法是化学消泡法，使用 消泡剂来破泡和防泡。 ."# 消泡机理 万方数据 在实际过程中泡沫的消除主要通过抑泡和消泡