我们通常将气体被液体或固体薄膜包裹的结构称为“泡”，而将众多气泡松散聚集的状态则命名为“泡沫”。举例来说，香槟酒和皂角苷水溶液在受到振动或搅拌时会形成液体泡沫；饼干和泡沫玻璃等则属于固体泡沫的范畴；在泡沫选矿工艺中，还会产生多相泡沫。泡沫是一种气体作为分散相的多分散体系，其中气泡的大小差异显著，有的体系中气泡微小且分布均匀，而有的则不然。
泡沫在日常生活和工业生产中扮演着多重角色。在日常生活中，我们食用的食物中就有泡沫的身影（如面包、馒头、蛋糕等），饮用的饮品也常含泡沫（如啤酒、汽水等），使用的物品中也不乏泡沫制品（如海绵、泡沫衬垫等），孩子们还热衷于玩弄泡沫（如吹肥皂泡）。泡沫在清洁方面发挥着作用（如洗涤剂、泡沫浴、剃须膏等），在建筑领域助力房屋建造（如泡沫塑料、泡沫水泥等），还能用于灭火。在矿山企业中，泡沫更是选矿的重要工具。
然而，泡沫也有其不利之处，比如在生产过程中产生的大量泡沫会导致工时延误和材料浪费，在烧锅炉、浓缩溶液、减压蒸馏等过程中，泡沫是有害的。
在我们涂料行业的实际应用中，常会遇到一个令人头疼的问题——泡沫。无论是水性涂料还是溶剂型涂料，在配方中都会添加各种助剂，如湿润分散剂，它能使颜料和填料更易湿润、分散和稳定；还有改善涂料成品贮藏稳定性的助剂，调整漆膜外观平整度的助剂，以及实现特殊功能的助剂。这些助剂大多属于表面活性剂，它们能够改变涂料的表面张力，这是涂料内部易起泡的一个重要因素。在涂料制造过程中，搅拌和高速分散等操作，以及在实际应用中喷涂、滚涂和刷涂等施工方式，都会对涂料体系产生剪切作用，从而不同程度地增加其自由能，导致泡沫的产生。这是涂料起泡的外部因素。因此，涂料起泡问题是由内部和外部因素共同作用的结果。
今天就和涂涂一起把泡泡的一生走完，看完这一篇，让你彻底了解泡沫！
泡沫的产生
当搅拌洗涤剂的水溶液时，气体会高度分散在液相中，产生被液膜隔开的气泡。因此，液体泡沫实际上是气体分散在液体中的分散体系。它属于一类粗分散体系。
泡沫的产生与稳定性
泡沫的形成既源于体系内部，如溶剂蒸发或内部化学反应，也来自外部因素，例如机械搅拌。气体通过液体形成气泡时，每个新气泡初为小球状，彼此间由厚液膜分隔。由于气体与液体密度悬殊，气泡在液体中迅速上升至表面。随着泡沫的形成，内部液体受重力和曲面压力影响，逐渐从膜间排出，使气泡相互靠近。此过程导致气泡壁变薄，气体渗透，气压较高的气泡逐渐消失，气泡压力趋于均衡，大小逐渐一致，形成多面体紧密堆积。无论是二泡还是四泡的堆积均不稳定，最终趋于形成三界面的稳定结构。
泡沫形成过程中，表面积大幅增加，使其热力学上不稳定，易于破灭。然而，某些泡沫能较长时间存在，其稳定性取决于多个因素：
表面张力
虽能降低泡沫形成所需能量，但低表面张力并非泡沫稳定的决定因素。只有当液膜具有足够机械强度，形成多面体结构时，低表面张力才有助于泡沫稳定。
膜的回弹性
膜的回弹性，即膜受干扰变形后的恢复能力，对泡沫稳定至关重要。这种恢复能力通过Marangoni效应实现，即表面张力调整使液膜具有对抗形变的弹性。当泡沫受冲击时，局部表面张力增大，表面活性剂分子从低张力区流向高张力区，使表面张力恢复，液膜厚度复原，从而增强泡沫的抗破裂能力。
表面黏度
对液膜强度有显著影响。高表面黏度的体系形成的液膜强度高，泡沫寿命长，稳定性好。在泡沫形成初期，气泡大小不一，小气泡内压力大，气体通过膜向大气泡扩散，导致小气泡消失，大气泡胀大至破裂。而高表面黏度的液膜分子排列紧密，气体难以透过，且排液速度慢，有助于泡沫稳定。例如，月桂酸与月桂酸钠结合形成的紧密排列混合膜，表面黏度高，可显著提高泡沫稳定性。
表面电荷
当使用离子型表面活性剂时，离子定向吸附于泡沫液膜内外表面，形成带电表面层，反离子分布附近，构成双电层。液膜受挤压变薄时，带电表面层间的静电排斥作用增强，阻止液膜进一步变薄，从而有助于泡沫稳定。
发泡剂与发泡作用
我们都有过这样的体验：搅动清水产生的气泡转瞬即逝，但若在水中添加肥皂粉、牛奶或鸡蛋，就能产生较为持久的泡沫。要获得稳定的泡沫，通常需要加入发泡剂。发泡剂，顾名思义，是指能够生成大量且稳定的泡沫的物质，它们多为表面活性剂。表面活性剂的水溶液便是典型的易起泡体系，而黏度较高的蛋白质溶液及其他水溶性高分子溶液同样能产生稳定且持久的泡沫。
发泡剂的类型
发泡剂主要分为以下几类：
表面活性剂类发泡剂：阴离子表面活性剂起泡能力尤为突出，如十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠及肥皂等，它们被广泛使用并展现出良好的起泡性能；相比之下，非离子型表面活性剂的起泡能力稍显逊色。
蛋白质类发泡剂：虽在降低表面张力方面作用不显著，但其分子间存在大量氢键，使得生成的薄膜相当坚固，泡沫极为稳定。同样，水溶性高分子起泡剂也具备良好的稳泡能力，其作用机制与蛋白质类似。
一些不为液体所润湿的固体粉末：它们能浮集于气泡周围，既防止气泡合并，又阻止液膜中液体流失。
发泡剂的类型是影响起泡能力的关键因素，同时，温度、水的硬度、溶液的pH值及添加剂等环境条件也对起泡能力产生重要影响。发泡剂的作用只有在搅拌条件下才能得以展现。在泡沫生成过程中，发泡剂主要发挥以下作用：
增强液膜强度。表面活性剂分子定向吸附于液膜表面，形成具有机械强度的单分子层保护膜或带电荷的双电层，从而阻碍排液过程。
提高膜中液体黏度，降低排液速度，同时也有助于增强膜强度，进而提升泡沫稳定性。
降低表面张力，使体系表面自由能降低，减少发泡所需能量。同时，这也增强了泡沫对气流和机械震动的稳定性。
消泡及其应用
泡沫的形成也常会给人们带来烦恼和危害，在涂料涂装过程中，产生泡沫，既影响涂膜的美观，又降低了涂膜的保护作用。再如在烧锅炉、浓缩溶液和减压蒸馏中，起泡和泡沫也是十分有害的；家庭中广泛使用合成洗涤剂，起泡给下水处理也带来了困难。在这些情形下，消泡就显得更加重要了。
消泡方法
消泡的方法主要有以下两种：
物理消泡法：这是改变泡沫存在的条件而破坏泡沫的方法。如改变温度和压力、机械搅拌击破泡沫，也可以用X射线、紫外线的辐照法、气流冲击法、离心分离法等进行消泡。
化学消泡法：使用化学消泡剂进行消泡，即通过改变液体的pH值、盐析或添加与发泡剂能起化学反应的试剂等方法来达到消泡的目的。
在这些方法中，使用消泡剂的方法或用消泡剂与机械消泡相结合的方法较为常用。
消泡剂与消泡作用
当丁醇被添加到皂角苷水溶液的泡沫中时，可以观察到泡沫显著被破坏，这表明丁醇对稳定泡沫具有破坏作用。含有丁醇的皂角苷水溶液的起泡能力并未明显减弱，这反映出醇类物质具有强大的破泡能力，但抑泡能力相对较弱。相反，硅油对皂角苷泡沫没有破泡效果，却表现出很强的抑泡能力。消泡作用实际上可以分为破泡和抑泡两种形式。在市场上，我们还经常能看到脱泡剂，它的作用是促使涂料中的微小气泡迅速升至表面，同时它也具备消泡的功能。
那些能够破坏泡沫的物质被称为破泡剂，而能够抑制泡沫生成的物质则被称为抑泡剂。在实际应用中，由于破泡剂和抑泡剂的功能往往难以截然区分，因此它们通常被统称为消泡剂。实际上，在大多数情况下，我们并不需要同时使用抑泡剂、脱泡剂和消泡剂，选择一种合适的消泡剂就足够满足需求了。
水性和油性体系所使用的消泡剂是不同的，这主要取决于涂料体系的性质、化学组成以及界面性质的差异。水体系因其较高的表面张力，可以使用表面张力相对较高的消泡剂；而溶剂型体系则因其较低的表面张力，需要使用表面张力更低的消泡剂。
以下是一些常用的消泡剂：
低级醇类，特别是C8以下的醇类，它们具有暂时的破泡性能，因此在工业生产中常被用于泡沫增多时的喷淋处理，但并非理想的消泡剂。
油脂类，如脂肪酸及其酯类，它们的特点是无毒，但消泡能力相对较弱。
聚醚类，这是一类非离子型表面活性剂，如聚氧乙烯氧丙烯丙二醇等，其分子结构中的疏水链和亲水链交替出现，具有良好的消泡效果。
磷酸酯类，如磷酸三丁酯等，也是常用的消泡剂之一。
聚硅氧烷类，这类消泡剂具有良好的抑泡能力且无毒，已被广泛应用于纤维、涂料、金属、无机药品及发酵等多个工业领域。其消泡能力与分子量密切相关。一般来说，分子量过低时，与涂料的相容性好，可能导致泡沫稳定而不易消泡；分子量过高时，相容性太差，又可能使漆膜产生缺陷。因此，对于不同的体系，可以通过调整化学组成或分子量来控制相容性，从而达到消泡的目的。例如，通过聚醚接枝或嵌段可以增加表面张力，适用于极性溶剂体系。而近年来开发的全氟有机硅消泡剂，因其极低的表面张力而具有极强的消泡作用。
消泡剂破泡的原理
消泡剂之所以能有效破坏泡沫，其原理主要包括以下几点：
消泡剂能够在发泡液面上铺展开来。要实现这一点，消泡剂的表面张力必须低于原液膜的表面张力。当消泡剂分子取代液膜上的发泡剂分子时，由于消泡剂形成的膜强度较差，泡沫因此破裂。同时，消泡剂在铺展过程中会带走部分邻近表面层的溶液，导致泡沫液膜变薄，最终破灭。
消泡剂能够迅速在膜表面吸附。当表面面积增大时，消泡剂能迅速吸附溶液中的表面活性剂，从而阻止表面分子由张力低处向高处迁移，使膜丧失回弹力，降低泡沫的稳定性。
消泡剂还能降低泡沫体系的黏度。黏度的降低会加快泡沫的排水速度，并增加膜对空气的渗透性，加速泡的合并，从而加速泡沫的破裂。
消泡剂的作用与起泡作用正好相反。在选择消泡剂时，需要综合考虑以上因素。具体哪种消泡剂效果更好，还需根据具体情况进行分析。
在涂料配方中，流平剂是不可或缺的。但流平剂基本上都具有稳泡作用。为了消除这种泡沫，应选用表面张力比流平剂更低的消泡剂，以破坏流平剂的稳定作用。这也是流平剂常与消泡剂配合使用的原因。值得注意的是，流平性好的流平剂通常稳泡性也强，因此消泡剂的用量也要相应增加。但用量过多可能会产生缩孔等副作用，影响涂膜性能。此外，相容性不佳还可能导致涂料变浑。
对于生产中易起泡的涂料，可分段添加消泡剂。例如，在研磨粉碎时，可添加廉价的、效率稍低的产品；而在调漆时，再加高效消泡剂，以防止运输和施工过程中产生泡沫，从而达到更好的效果。
消泡的应用
涂料产生的大量泡沫，如果不及时消除，涂装在物体上时，会引起表面的针孔、缩孔、鱼眼、橘皮等各种缺陷，影响涂饰性和保护性。还会产生以下严重危害：
泡沫易引起体积膨胀变大，造成设备的使用率降低。
泡沫限制搅拌的速度，延长涂料的调和时间。
泡沫影响颜料和填料的润湿。
大量的泡沫影响生产线包装，干扰包装操作。
在水性漆的生产和使用过程中，均会产生气泡而影响外观和性能，这就需要加入少量的消泡剂加以控制。所用消泡剂必须易于在泡膜表面上扩展，在泡液中不溶或难溶，以利于其在表面的富集而减少用量，同时消泡剂还不能破坏乳液，不能在涂膜上形成鱼眼或缩孔。一般涂料所用消泡剂有聚硅氧烷和脂肪酸烷基酯等品种。例如，氧乙烯氧丙烯聚合物可用于水性和极性溶剂分散的体系，脂肪酸酯可用于纸张用漆和乳胶漆等，而非离子型复合物则用于聚醋酸乙烯酯及其共聚物乳胶漆。选择涂料用消泡剂应十分谨慎，配选不当即会出现鱼眼、失光或色差等弊病。
泡沫的消除是一个循序渐进的过程，包括气泡的再分布、膜厚的逐渐减薄，直至膜的最终破裂。这三个阶段自然进行需要相当长的时间。为了解决涂料中的气泡问题，添加专门的涂料消泡剂显得尤为重要。涂料消泡剂作为一种化学助剂，被加入到涂料的生产和使用过程中，它就像为涂料穿上了一层保护罩，有效抵御泡沫的侵扰，并迅速消除已产生的泡沫。
消泡剂以微粒形态渗透进泡沫体系，一旦与泡沫接触，便迅速捕捉其表面的憎水链端，并铺展开来，形成一层薄薄的双膜层，进而继续扩散侵入。由于消泡剂本身具有较低的表面张力，它会使得泡膜局部的表面张力降低，导致膜壁逐渐变薄。此时，受到周围高表面张力膜层的强烈牵引，泡膜内部会产生应力不平衡，最终导致气泡破裂。
从成分上看，涂料消泡剂主要包括矿物油、聚醚、有机硅和聚醚改性硅等类型。选择哪种消泡剂，主要取决于产品的具体消泡需求。如果追求快速的消泡效果，有机硅型消泡剂是不错的选择；而若希望抑泡效果更好，聚醚型消泡剂则更为合适。根据性能的不同，涂料消泡剂还可以分为耐高温、防水、防腐等类型。从形态上区分，则有固体、液体和粉体三种。目前，涂料用消泡剂主要分为三大类：矿物质油类消泡剂、有机硅类消泡剂和聚醚类消泡剂：
聚醚类消泡剂：拥有强大的消泡和抑泡能力、低用量、不影响气泡体系的基本性质。同时，它还具有良好的耐热性和化学稳定性，无毒、无腐蚀、不燃不爆。与进口产品相比，国产聚醚类消泡剂在性能上相差无几，但价格更为亲民。
有机硅消泡剂：拥有易分散、消泡能力强、通用性强、抑泡持久等优点。它不仅能有效破除已生成的泡沫，还能显著抑制泡沫的生成，防止新泡沫的产生。同时，有机硅消泡剂表面张力小，化学稳定性好，难以与其他物质发生化学反应，因此在水性和油性体系中都能发挥出色的消泡效果。
矿物油消泡剂：拥有快速消泡、效率高、消泡持久和经济性好的特点。它能在水中分散形成具有适度稳定性的乳液，在酸性和碱性条件下均可使用，为涂料的气泡问题提供了又一有效的解决方案。
写在最后
优质的涂料消泡剂，在确保其出色的消泡性能的同时，即便用量稍大，也不会引发缩孔等不良现象。这一点至关重要，因为它能确保在初期添加较多消泡剂后，消泡效果不会随时间推移而逐渐减弱。
对于普通涂料而言，选择成本相对较低的矿物油类消泡剂便已足够，这有助于降低整体成本。然而，在处理高性能涂料时，我们就需要更加审慎了。这类涂料不仅乳液用量大，容易产生泡沫，而且其性能要求严苛。因此，在选择消泡剂时，我们必须考虑它是否会对涂料的性能产生负面影响。基于这些考虑，高性能涂料更适合采用高性能的涂料消泡剂。
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