消泡劑的預(yù)乳化及其在水性木器涂料中的應(yīng)用

近年來(lái)，隨著世界大多數(shù)國(guó)家環(huán)保立法對(duì) VOC 的嚴(yán)格限制 及人們對(duì)自身健康及生活環(huán)境關(guān)注度的進(jìn)一步提高，水性木器涂料越來(lái)越受到社會(huì)的認(rèn)可與青睞。水性木器涂料以水為分散介質(zhì)，使用過(guò)程中無(wú)有機(jī)溶劑揮發(fā)，有著優(yōu)越的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。由于體系中存在著多種表面活性劑，使得水性木器涂料容易產(chǎn)生泡沫、不易消泡，這是行業(yè)的共性難題。消泡劑的使用在很大程度上可以解決泡沫問(wèn)題，但其使用不當(dāng)會(huì)給水性涂料體系帶來(lái)致命的縮孔問(wèn)題。本研究針對(duì)水性木器涂料配方體系，采用對(duì)高效消泡劑進(jìn)行預(yù)乳化的方式，解決了消泡劑的高效率與難分散之間難以調(diào)和的矛盾。

原料和主要儀器

消泡劑 TEGO Airex 901W:工業(yè)級(jí)，Evonik Tego Chemie GmbH;ACI -2902 乳液:工業(yè)級(jí)，武漢安泰化學(xué)工業(yè)有限公司; 陰離子乳化劑:工業(yè)級(jí)，羅地亞。

QBB 涂料型比重杯:37 mL/4 ℃，上海現(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)研究所;紅外線測(cè)溫儀: - 32 ～ 420 ℃，德國(guó)歐普士;Malvern Nano - ZS 粒徑分布儀:0. 6 nm ～ 6 μm，英國(guó) Malvern 公司;高速分散機(jī):0 ～ 20 000 r/min，德國(guó) VMA - Getzmann;高壓均質(zhì)機(jī):0 ～150 MPa，加拿大 ATS;電子天平:0. 01 g，梅特勒 - 托利多儀器(上海)公司;涂布器:75/100 μm，天津材料試驗(yàn)機(jī)廠。

VMA 高速分散均質(zhì)機(jī)

 消泡劑高壓均質(zhì)液和水性木器涂料的制備

消泡劑高壓均質(zhì)液的制備

消泡劑依據(jù)其存在形式大致可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是具有較高活性的油性消泡劑，消泡效率高，用量少，但與水性體系相容性較差，難以在水性體系中分散，需要較高的剪切速率與較長(zhǎng)的分散時(shí)間;另一類(lèi)是將上述高活性的消泡劑進(jìn)行乳化處理，得到乳液型消泡劑，使之與水性涂料體系相容性有所改善，但是也要高剪切與長(zhǎng)時(shí)間的分散。針對(duì)上述 2 種不同情況，本研究中的高壓均質(zhì)采取了不同的工藝手段，相容性較差的油性消泡劑在高壓均質(zhì)時(shí)添加適當(dāng)乳化劑和水，通過(guò)高壓均質(zhì)將其處理成乳液，使其在細(xì)化的同時(shí)提高了與水性體系的相容性。而乳液型消泡劑為了保證貯存的穩(wěn)定性，體系黏度較大，為了保證較好的均質(zhì)效果，需加水稀釋后再進(jìn)行高壓均質(zhì)。

 水性木器涂料的制備

首先在低速攪拌下向 ACI -2902 乳液中加入 pH 調(diào)節(jié)劑，隨后提高轉(zhuǎn)速加入成膜助劑、基材潤(rùn)濕劑、消泡劑和增稠劑，添加增稠劑后再次提高轉(zhuǎn)速，使消泡劑分散均勻。

 性能測(cè)試

粒徑分布的測(cè)試

將高壓均質(zhì)預(yù)處理后的消泡劑充分稀釋后，使用英國(guó) Malvern 公司的 Nano - ZS 粒徑分布儀，在25 ℃下測(cè)試，顆粒粒徑用 Z 均粒徑表示。

預(yù)處理后消泡劑相容性的測(cè)試

水性木器涂料制備階段，高速分散一段時(shí)間后，取出少量用涂布器在潔凈的玻璃板上涂 75 μm 的膜，觀察有無(wú)縮孔。有縮孔說(shuō)明還沒(méi)有分散好，需要繼續(xù)高速分散;無(wú)縮孔說(shuō)明已經(jīng)分散均勻。分散時(shí)間短，說(shuō)明相容性好，否則相容性較差。

高壓均質(zhì)預(yù)處理后消泡劑持久消泡性的測(cè)試

利用高壓均質(zhì)預(yù)處理過(guò)的消泡劑制備好水性木器涂料以后，在貯存不同時(shí)間后對(duì)水性木器涂料進(jìn)行高速攪拌，使其體系中產(chǎn)生大量泡沫，攪拌結(jié)束后采用 QBB 涂料型比重杯法測(cè)試其密度隨時(shí)間的變化。密度按式(1)計(jì)算。

式中:時(shí)試樣的密度;m—施加砝碼質(zhì)量，g;t— 測(cè)定時(shí)的溫度，℃; 0. 01—密度的溫度修正系數(shù);37. 00—比重杯在 4 ℃時(shí)裝入水的質(zhì)量，g。

為了減少環(huán)境因素對(duì)測(cè)量過(guò)程與測(cè)量結(jié)果的影響，在實(shí)驗(yàn)中密度的測(cè)試過(guò)程都是在恒溫 20 ℃下進(jìn)行的，排除了因溫度變化而對(duì)密度產(chǎn)生的影響。因此，本實(shí)驗(yàn)直接用施加砝碼的質(zhì)量 m，即試樣的質(zhì)量來(lái)代替密度，表征消泡劑的消泡性。

將采用高壓均質(zhì)預(yù)處理后的消泡劑制好的涂料在貯存第 2 d、第 9 d、第 16 d、第 23 d 的時(shí)候分別用比重杯法測(cè)其消泡性。測(cè)量時(shí)先將木器涂料高速攪拌 15 min，使之產(chǎn)生一定的泡沫，然后每隔20 min 測(cè)量1 次，監(jiān)測(cè)1 h 內(nèi)密度的變化，以此來(lái)表征消泡劑消泡性的好壞。