Dego助剂在水性工业涂料中的应用
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没有单一的消泡理论，但是，某些关于如何有效消泡的解释和前提已经被大家所认知。下面讨 论的是水性涂料的消泡机理。消泡剂必须具有下列特性：
• 不能溶解在被消泡体系中 • 低表面张力 • 渗入系数 E 为正值 • 散布系数 S 为正值 • 反润湿能力
一方面，消泡剂的有效成分在涂料中必须不相溶。另一方面，为避免产生类似缩孔那样的缺 陷，消泡剂又必须与涂料基料尽可能地相容。因此，每种消泡剂都必须在相容性和可控的不相 容性上取得良好的平衡。如图 4 。
润湿分散剂的作用 润湿分散剂可以降低涂料的粘度，这当然不是它们唯一的功能，润湿分散剂对于涂料的许多其 它基本性能都有重要的影响：
着色力：着色力是衡量颜料吸收入射光和给一种介质着色能力的尺度。在给白色基础漆着色 时，着色力有非常实际的意义，调色能力越强，性价比就越高。色浆的着色力主要取决于颜料 固有的吸光指数和平均粒径。颜料粒径越小，其有效表面积越大，因而吸光能力也越强。强的 吸光能力与高的着色力是密切相关的。较小的颜料颗粒必须用分散剂来稳定，使其保持精细的 分布而不会重新聚集在一起。
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图 3 ：吉布斯-马兰格尼弹性
吉布斯-马兰格尼弹性会稳定泡沫，因为当泡沫膜层变形时，它会使泡沫表面积增大。作为结 果，单位面积上的表面活性剂的浓度降低，同时表面张力相应地升高，这种情况对消泡是很不 利的。为使表面张力达到尽可能低的水平，拉紧的薄膜就像一张有弹性的皮一样收缩，这就使 得泡沫仍然保持完好。
遮盖力：遮盖力是指涂料遮盖一个颜色或与底材色差的能力。底材被遮盖的程度取决于涂层的 厚度，底材的颜色，颜料的散射力，以及颜料和基料的折射指数。对遮盖力强的涂料来说，颜 料颗粒非常有效地散射了入射光，以至很少有光能到达底材。同时，从底材反射来的残余光 线，又被强烈地散射开来，无法到达眼睛。涂料要想达到最佳的光散射，保持颜料均匀精细的 分布是 必不可少的。
消泡剂是如何起作用的？ 目前的技术术语对消泡和脱泡是有区别的。在水性配方中，消泡剂的作用是破坏位于表面的大 气泡并防止空气的大量滞留。脱泡剂的作用是在施工过程中使散布于漆膜中的空气尽快排出。 但在实际应用中，通常不能这么简单地区分。消泡剂也能在某种程度上消除微泡。无论消泡剂 还是脱泡剂，都是在被表面活性剂所稳定的气/液界面上起作用。
脱泡剂 如果涂有工业漆的底材出现早期腐蚀现象，可能是因为漆膜中的针孔。当微泡在涂膜中上升得 太慢而不能及时脱除，就会留下细小的通道，这些通道就是针孔。如果这些通道直达金属基 材，水汽和盐分就会不受阻碍地渗透进来，逐步产生腐蚀。 如果涂料施工后没有产生光泽或很快出现雾影，人们最初的反应是怀疑涂料各成分之间的相容性。 然而，用显微镜或仅仅用放大镜检查，就会发现这些雾影和低光泽，有时就是由截留在干涂膜中的 细小的气泡引起的。
什么物质可以成为有效的脱泡剂？ 有效的脱泡剂应该与涂料体系有可控的不相容性。必须在有效性与相容性之间找到一个好的平 衡。如果相容性太好，就不会有脱泡能力，但如果相容性太差，就会产生诸如缩孔，鱼眼及浑 浊等缺陷。 很多物质可以在涂料体系中表现出可控的不相容性，如： • 有机聚合物，如聚醚等 • 聚二甲基硅氧烷（硅油类） • 有机改性聚硅氧烷等 这些物质经常被用于脱泡剂或脱泡剂的制造。脱泡剂一般有下面一些不同的供应形式： • 含100％有效份的产品 • 溶解于有机溶剂的溶液 • 水性乳液，特别用于水性配方 如何防止涂膜中的微泡？
哪类物质对水性涂料有消泡效果？ 在众多对水性涂料有消泡作用的物质中，最重要的两类是矿物油类和硅酮类。芳香族或脂肪族 矿物油历来被当作有效的展布物质来使用。芳香族油曾被使用，但其对生理和生态的危害限制 了它们的应用。脂肪族油毒性较小，但在水性介质中相容性较低，常造成乳胶涂料严重失光。
将聚二甲基硅氧烷与疏水但又部分亲水的聚醚结合，就可以得到一系列非常高效的消泡剂。这 样的消泡剂具有非常强的展布特性，而且不影响涂料的光泽，与体系相容性高，非常适合于现 代水性涂料和油墨体系使用。聚醚改性硅氧烷以 Si-O-C 或 Si-C 的形式将聚醚链段和硅氧烷段 结合在一起，形成各种可能的结构。如图 5 所示。
功能性助剂：在水性工业涂料中的作用
德固赛（中国）投资有限公司 迪高涂料助剂和特种树脂 中国区经理
赵惠斌
消费者与涂料的首次直接接触是通过其固化的涂膜。优异的流平与适当的滑感，会使人对被涂 商品的质量产生正面的印象，进而影响人们对其未来性能的认识。只有当涂料的制造和应用过 程都被优化，才会获得良好的外观效果。“从涂料的制造到最终的应用，对特性原材料的需求 一直都在增长。”特定性越来越强的水性基料以及不断扩大的多样性，更强化了这种趋势。
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图 5 ：聚醚改性硅氧烷的典型结构 消泡剂的表面活性来源于硅氧烷链段，而相容性则很大程度上由聚醚链段所控制。消泡剂的选 择主要取决于被消泡体系的成分。但是，由于水性涂料配方的复杂性，使得消泡剂的结构与其 性能之间的关系很难阐述清楚。既然要求各有不同，因而不能期望有一种万能的消泡剂来对付 所有的泡沫问题，只能提供一些常规的建议。 疏水型的消泡剂对纯丙和苯丙体系特别有效。适度亲水的消泡剂则主要适用于聚氨酯和聚氨酯 /丙烯酸体系。由于某些聚醚改型硅氧烷的高展布力，即使不添加疏水的固体粒子，也具有出 色的消泡能力。针对“杂化体系”（水性树脂溶液/乳液混合物），也已经开发出了非常有效 的消泡剂。 如何添加消泡剂？ 消泡剂的用量和效率取决于涂料体系，特别是基料的类型﹑PH 值﹑颜料和基料的用量以及其 它助剂的化学结构等。制造工艺和施工过程对消泡剂的类型和用量也有影响。 在讨论添加方法的时候，要区分消泡剂乳液和 100％活性物的消泡剂这两种形态的产品。乳液 型消泡剂在添加时不会产生问题，因为产品已经被分散成理想的粒径及分布，可以直接添加到 研磨料中并只需要搅拌均匀。不含疏水粒子的乳液型消泡剂甚至可以在涂料成品中搅拌添加， （图 6）。 对消泡剂浓缩液来说，加入的方式会强烈地影响消泡效果，因为在添加阶段取得的液滴的大小 与分布，决定了其消泡效果。如果液滴太小，液滴的质量不足，就会形成一个由其活性成分构 成的晶状体结构。如果液滴太大，则无法渗入到泡沫膜层，并且导致漆膜润湿不良。
于是就有了对功能性助剂的需求，例如脱泡剂，消泡剂及分散剂（以达到最优的着色力，颜料 的快速分散和稳定）。
水性体系在降低液相表面张力方面有特别需求，而功能性助剂可以满足这样的需求。
该文将介绍功能性助剂在水性工业涂料中的最新动态。
润湿和分散助剂
任何有过把砂子和水混在一起的经历的人就会知道，想要把一种不可溶的固体与液体变成一个 稳定均一的混合物，是一件多么不容易的事情。类似的情况在生产带颜色的涂料时也会遇到。 只有当颜料颗粒的粒径非常小（在0.05到0.5微米之间），才可能达到其最佳的色彩和保护功 能。因此，在供应市场时，颜料的粒径必须降下来。在颜料分散工艺中，不可溶的颜料被打 开，分散并稳定在液体涂料中，如果没有润湿分散剂，这几乎是不可能做到的。由于应用非常 广泛，这些助剂对涂料工业有着极端重要的意义，
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图2：共聚物的空间屏蔽稳定 现代高性能的聚合型润湿分散剂，拥有多种上面提到的锚固基团，可以适用于所有类型的颜 料。 现代工业离开表面活性剂是无法想象的，许许多多的工艺过程都依靠表面活性剂来获得各种各 样的功能。 表面活性剂都有一个两性的分子结构，亲水的部分进入极性液体中，而疏水的部分则进入气 相，因此，表面活性剂可以降低表面张力并使体系稳定下来。然而，也会带来一些副作用，例 如，表面活性剂会稳定涂料中的空气，从而形成泡沫，而这些空气不可避免地会从生产和施工 过程中进入涂料，特别是在水性体系中。
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有多种不同的方法应对水性涂料中的微泡。低起泡性的原材料或适宜的粘度能明显的减少微泡 问题。优化生产和施工过程，尽量减少混入涂料的空气。然而，有些方法如原材料，生产和施 工方法，通常都是确定的，改动的空间非常有限。添加助剂（如脱泡剂）是抑制和去除微泡最 简便的方法。
光泽：光线从物体表面的反射包含镜面反射和漫反射。当表面非常平整，而漫反射在反射中所 占比例很小时，光泽就高。颜料的颗粒或聚集体会从涂膜中突出来，干扰镜面反射。絮凝的颜
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料也影响流平，而流平不好会进一步降低光泽。润湿分散剂可以抑制絮凝，从而帮助涂料取得 高的光泽。 浮色和发花：在混合的颜料体系中，当几种颜料的比重和粒径相差较大时，浮色和发花就会发 生。比重大的钛白倾向于集中到干膜的底部，而有机颜料的比重明显地低于钛白，因此会集中 到涂膜的上部。这种垂直的浮色，也叫发花，使涂膜看起来比想要的颜色要深。浮色可通过指 擦试验来显示。 润湿分散剂的结构 润湿分散剂都是两性化合物，也就是说，它们同时亲水又亲油。它们的分子结构使它们能够促 进颜料的分散，同时把分散状态稳定下来。 润湿和分散助剂有多种分类方法。在文献中，有根据化学结构分为离子型和非离子型的（图 1），也有根据应用领域分为水性，非水性的，或根据颜料种类分为有机和无机类的。分子的 大小也可以是一个分类的依据，据此，低分子量的被定义为润湿剂，而高分子非易事。
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图 6 ：消泡剂液滴的大小与消泡效率的关系 因此，消泡剂浓缩液通常被用于研磨料的消泡，使用高剪切来添加。操作要非常谨慎。过高的 剪切力和长时间搅拌都可能减弱消泡效果，因为太小的液滴会导致消泡效率的降低。 低剪切下的加入可能得到良好的效果，但常会使消泡剂在涂料体系中表现出不相容性，导致在 施工过程中出现润湿不良或产生缺陷。
图1：具有不同端基的表面活性剂结构示意图 决定一个润湿分散剂效率高低的要素之一，是其拥有的“锚固基团”的数量。如果一个分子上 只有一个锚固基团，其一旦被溶剂分子置换后，就会造成整个分子立刻从颜料表面完全脱离开 来，从而导致颜料的絮凝。拥有若干个官能团的的分子则不易脱落，表现出优良的性能。 对有机颜料来说，芳香基团会很有效果。分散剂上的芳香基团，如苯基和萘基，对分散体的长 期稳定特别有帮助。 无机颜料也可分为不同的化学种类：氧化物，氢氧化物，硫化物，硅酸盐，硫酸盐或碳酸盐。 很显然，这些极性的分子结构非常易于与酸性基团，如羧酸，磷酸或硫酸官能团相互作用。 碳黑的情形很特别，其颜料表面积是一般有机或无机颜料的很多倍。一方面，需要非常多的分 散剂去有效包裹这些表面；另一方面，碳黑的结构既不是典型的有机芳香结构，也不是无机的 晶体结构，经验显示，含氨基官能团的分散剂是最有效的。 聚合型分散剂的结构（图2）特别适合于空间屏蔽稳定。随机分布的嵌段和接枝聚合物比均聚 或共聚物更适合于此。各种亲颜料的基团可以被引入聚合物中，适应不同的颜料和应用。
• 不能溶解在被消泡体系中 • 低表面张力 • 渗入系数 E 为正值 • 散布系数 S 为正值 • 反润湿能力
一方面，消泡剂的有效成分在涂料中必须不相溶。另一方面，为避免产生类似缩孔那样的缺 陷，消泡剂又必须与涂料基料尽可能地相容。因此，每种消泡剂都必须在相容性和可控的不相 容性上取得良好的平衡。如图 4 。
润湿分散剂的作用 润湿分散剂可以降低涂料的粘度，这当然不是它们唯一的功能，润湿分散剂对于涂料的许多其 它基本性能都有重要的影响：
着色力：着色力是衡量颜料吸收入射光和给一种介质着色能力的尺度。在给白色基础漆着色 时，着色力有非常实际的意义，调色能力越强，性价比就越高。色浆的着色力主要取决于颜料 固有的吸光指数和平均粒径。颜料粒径越小，其有效表面积越大，因而吸光能力也越强。强的 吸光能力与高的着色力是密切相关的。较小的颜料颗粒必须用分散剂来稳定，使其保持精细的 分布而不会重新聚集在一起。
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图 3 ：吉布斯-马兰格尼弹性
吉布斯-马兰格尼弹性会稳定泡沫，因为当泡沫膜层变形时，它会使泡沫表面积增大。作为结 果，单位面积上的表面活性剂的浓度降低，同时表面张力相应地升高，这种情况对消泡是很不 利的。为使表面张力达到尽可能低的水平，拉紧的薄膜就像一张有弹性的皮一样收缩，这就使 得泡沫仍然保持完好。
遮盖力：遮盖力是指涂料遮盖一个颜色或与底材色差的能力。底材被遮盖的程度取决于涂层的 厚度，底材的颜色，颜料的散射力，以及颜料和基料的折射指数。对遮盖力强的涂料来说，颜 料颗粒非常有效地散射了入射光，以至很少有光能到达底材。同时，从底材反射来的残余光 线，又被强烈地散射开来，无法到达眼睛。涂料要想达到最佳的光散射，保持颜料均匀精细的 分布是 必不可少的。
消泡剂是如何起作用的？ 目前的技术术语对消泡和脱泡是有区别的。在水性配方中，消泡剂的作用是破坏位于表面的大 气泡并防止空气的大量滞留。脱泡剂的作用是在施工过程中使散布于漆膜中的空气尽快排出。 但在实际应用中，通常不能这么简单地区分。消泡剂也能在某种程度上消除微泡。无论消泡剂 还是脱泡剂，都是在被表面活性剂所稳定的气/液界面上起作用。
脱泡剂 如果涂有工业漆的底材出现早期腐蚀现象，可能是因为漆膜中的针孔。当微泡在涂膜中上升得 太慢而不能及时脱除，就会留下细小的通道，这些通道就是针孔。如果这些通道直达金属基 材，水汽和盐分就会不受阻碍地渗透进来，逐步产生腐蚀。 如果涂料施工后没有产生光泽或很快出现雾影，人们最初的反应是怀疑涂料各成分之间的相容性。 然而，用显微镜或仅仅用放大镜检查，就会发现这些雾影和低光泽，有时就是由截留在干涂膜中的 细小的气泡引起的。
什么物质可以成为有效的脱泡剂？ 有效的脱泡剂应该与涂料体系有可控的不相容性。必须在有效性与相容性之间找到一个好的平 衡。如果相容性太好，就不会有脱泡能力，但如果相容性太差，就会产生诸如缩孔，鱼眼及浑 浊等缺陷。 很多物质可以在涂料体系中表现出可控的不相容性，如： • 有机聚合物，如聚醚等 • 聚二甲基硅氧烷（硅油类） • 有机改性聚硅氧烷等 这些物质经常被用于脱泡剂或脱泡剂的制造。脱泡剂一般有下面一些不同的供应形式： • 含100％有效份的产品 • 溶解于有机溶剂的溶液 • 水性乳液，特别用于水性配方 如何防止涂膜中的微泡？
哪类物质对水性涂料有消泡效果？ 在众多对水性涂料有消泡作用的物质中，最重要的两类是矿物油类和硅酮类。芳香族或脂肪族 矿物油历来被当作有效的展布物质来使用。芳香族油曾被使用，但其对生理和生态的危害限制 了它们的应用。脂肪族油毒性较小，但在水性介质中相容性较低，常造成乳胶涂料严重失光。
将聚二甲基硅氧烷与疏水但又部分亲水的聚醚结合，就可以得到一系列非常高效的消泡剂。这 样的消泡剂具有非常强的展布特性，而且不影响涂料的光泽，与体系相容性高，非常适合于现 代水性涂料和油墨体系使用。聚醚改性硅氧烷以 Si-O-C 或 Si-C 的形式将聚醚链段和硅氧烷段 结合在一起，形成各种可能的结构。如图 5 所示。
功能性助剂：在水性工业涂料中的作用
德固赛（中国）投资有限公司 迪高涂料助剂和特种树脂 中国区经理
赵惠斌
消费者与涂料的首次直接接触是通过其固化的涂膜。优异的流平与适当的滑感，会使人对被涂 商品的质量产生正面的印象，进而影响人们对其未来性能的认识。只有当涂料的制造和应用过 程都被优化，才会获得良好的外观效果。“从涂料的制造到最终的应用，对特性原材料的需求 一直都在增长。”特定性越来越强的水性基料以及不断扩大的多样性，更强化了这种趋势。
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图 5 ：聚醚改性硅氧烷的典型结构 消泡剂的表面活性来源于硅氧烷链段，而相容性则很大程度上由聚醚链段所控制。消泡剂的选 择主要取决于被消泡体系的成分。但是，由于水性涂料配方的复杂性，使得消泡剂的结构与其 性能之间的关系很难阐述清楚。既然要求各有不同，因而不能期望有一种万能的消泡剂来对付 所有的泡沫问题，只能提供一些常规的建议。 疏水型的消泡剂对纯丙和苯丙体系特别有效。适度亲水的消泡剂则主要适用于聚氨酯和聚氨酯 /丙烯酸体系。由于某些聚醚改型硅氧烷的高展布力，即使不添加疏水的固体粒子，也具有出 色的消泡能力。针对“杂化体系”（水性树脂溶液/乳液混合物），也已经开发出了非常有效 的消泡剂。 如何添加消泡剂？ 消泡剂的用量和效率取决于涂料体系，特别是基料的类型﹑PH 值﹑颜料和基料的用量以及其 它助剂的化学结构等。制造工艺和施工过程对消泡剂的类型和用量也有影响。 在讨论添加方法的时候，要区分消泡剂乳液和 100％活性物的消泡剂这两种形态的产品。乳液 型消泡剂在添加时不会产生问题，因为产品已经被分散成理想的粒径及分布，可以直接添加到 研磨料中并只需要搅拌均匀。不含疏水粒子的乳液型消泡剂甚至可以在涂料成品中搅拌添加， （图 6）。 对消泡剂浓缩液来说，加入的方式会强烈地影响消泡效果，因为在添加阶段取得的液滴的大小 与分布，决定了其消泡效果。如果液滴太小，液滴的质量不足，就会形成一个由其活性成分构 成的晶状体结构。如果液滴太大，则无法渗入到泡沫膜层，并且导致漆膜润湿不良。
于是就有了对功能性助剂的需求，例如脱泡剂，消泡剂及分散剂（以达到最优的着色力，颜料 的快速分散和稳定）。
水性体系在降低液相表面张力方面有特别需求，而功能性助剂可以满足这样的需求。
该文将介绍功能性助剂在水性工业涂料中的最新动态。
润湿和分散助剂
任何有过把砂子和水混在一起的经历的人就会知道，想要把一种不可溶的固体与液体变成一个 稳定均一的混合物，是一件多么不容易的事情。类似的情况在生产带颜色的涂料时也会遇到。 只有当颜料颗粒的粒径非常小（在0.05到0.5微米之间），才可能达到其最佳的色彩和保护功 能。因此，在供应市场时，颜料的粒径必须降下来。在颜料分散工艺中，不可溶的颜料被打 开，分散并稳定在液体涂料中，如果没有润湿分散剂，这几乎是不可能做到的。由于应用非常 广泛，这些助剂对涂料工业有着极端重要的意义，
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图2：共聚物的空间屏蔽稳定 现代高性能的聚合型润湿分散剂，拥有多种上面提到的锚固基团，可以适用于所有类型的颜 料。 现代工业离开表面活性剂是无法想象的，许许多多的工艺过程都依靠表面活性剂来获得各种各 样的功能。 表面活性剂都有一个两性的分子结构，亲水的部分进入极性液体中，而疏水的部分则进入气 相，因此，表面活性剂可以降低表面张力并使体系稳定下来。然而，也会带来一些副作用，例 如，表面活性剂会稳定涂料中的空气，从而形成泡沫，而这些空气不可避免地会从生产和施工 过程中进入涂料，特别是在水性体系中。
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有多种不同的方法应对水性涂料中的微泡。低起泡性的原材料或适宜的粘度能明显的减少微泡 问题。优化生产和施工过程，尽量减少混入涂料的空气。然而，有些方法如原材料，生产和施 工方法，通常都是确定的，改动的空间非常有限。添加助剂（如脱泡剂）是抑制和去除微泡最 简便的方法。
光泽：光线从物体表面的反射包含镜面反射和漫反射。当表面非常平整，而漫反射在反射中所 占比例很小时，光泽就高。颜料的颗粒或聚集体会从涂膜中突出来，干扰镜面反射。絮凝的颜
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料也影响流平，而流平不好会进一步降低光泽。润湿分散剂可以抑制絮凝，从而帮助涂料取得 高的光泽。 浮色和发花：在混合的颜料体系中，当几种颜料的比重和粒径相差较大时，浮色和发花就会发 生。比重大的钛白倾向于集中到干膜的底部，而有机颜料的比重明显地低于钛白，因此会集中 到涂膜的上部。这种垂直的浮色，也叫发花，使涂膜看起来比想要的颜色要深。浮色可通过指 擦试验来显示。 润湿分散剂的结构 润湿分散剂都是两性化合物，也就是说，它们同时亲水又亲油。它们的分子结构使它们能够促 进颜料的分散，同时把分散状态稳定下来。 润湿和分散助剂有多种分类方法。在文献中，有根据化学结构分为离子型和非离子型的（图 1），也有根据应用领域分为水性，非水性的，或根据颜料种类分为有机和无机类的。分子的 大小也可以是一个分类的依据，据此，低分子量的被定义为润湿剂，而高分子非易事。
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图 6 ：消泡剂液滴的大小与消泡效率的关系 因此，消泡剂浓缩液通常被用于研磨料的消泡，使用高剪切来添加。操作要非常谨慎。过高的 剪切力和长时间搅拌都可能减弱消泡效果，因为太小的液滴会导致消泡效率的降低。 低剪切下的加入可能得到良好的效果，但常会使消泡剂在涂料体系中表现出不相容性，导致在 施工过程中出现润湿不良或产生缺陷。
图1：具有不同端基的表面活性剂结构示意图 决定一个润湿分散剂效率高低的要素之一，是其拥有的“锚固基团”的数量。如果一个分子上 只有一个锚固基团，其一旦被溶剂分子置换后，就会造成整个分子立刻从颜料表面完全脱离开 来，从而导致颜料的絮凝。拥有若干个官能团的的分子则不易脱落，表现出优良的性能。 对有机颜料来说，芳香基团会很有效果。分散剂上的芳香基团，如苯基和萘基，对分散体的长 期稳定特别有帮助。 无机颜料也可分为不同的化学种类：氧化物，氢氧化物，硫化物，硅酸盐，硫酸盐或碳酸盐。 很显然，这些极性的分子结构非常易于与酸性基团，如羧酸，磷酸或硫酸官能团相互作用。 碳黑的情形很特别，其颜料表面积是一般有机或无机颜料的很多倍。一方面，需要非常多的分 散剂去有效包裹这些表面；另一方面，碳黑的结构既不是典型的有机芳香结构，也不是无机的 晶体结构，经验显示，含氨基官能团的分散剂是最有效的。 聚合型分散剂的结构（图2）特别适合于空间屏蔽稳定。随机分布的嵌段和接枝聚合物比均聚 或共聚物更适合于此。各种亲颜料的基团可以被引入聚合物中，适应不同的颜料和应用。
