1 引言
气泡的问题在涂料生产、施工中广泛存在，它可能导致生产时间延长、浪费能源、涂料包装时计量失准等副作用。在成膜过程中，若气泡不能消失，则造成漆膜缩孔、气泡、针眼等弊病。因此很有必要解决涂料生产和施工中产生的气泡问题。本文主要探讨溶剂型木器涂料配方设计中如何解决气泡问题。
2什么是气泡
有人把气泡定义为：稳定地存在于液体介质中的气体。把空气导入液体中，由此产生的气泡假设成球状，如果是纯液体即不含表面活性剂，那么形成的气泡就会迁移到表面，然后破裂，泡内的气体消失，原先在气泡周围的液体又融合在一起了，即气泡是不稳定的。如果在含有表面活性剂的液体中，如分散剂、表面控制助剂等，球泡就变成稳定的气泡。这些气泡向空气界面上升，但它们被一层有表面活性剂的表面膜( 夹层) 包围住。另外在空气界面上亦有层表面膜，这层膜在有一定数量气泡达到空气界面时会变成一张稳定的网（界面上的泡都有一层双分子膜，即气泡夹层）。在涂料中，球形气泡典型的夹层厚度是几个微米。这些表面活性剂都有一个共同特点———能迁移到体系的气液界面，在那里降低表面张力。涂料中的气泡是通过几个因素达到稳定的。一是由于稳定的夹层变得很薄，但有一个副作用就是这些表面活性剂稳定吸附了空气并在制造和施工过程中渗入涂料中从而形成稳定的气泡。分子运动时摩擦阻力很大，结果使夹层内液体不能流走，排液不快。在夹层上面的表面活性剂离子之间的静电排斥力也阻止了气泡破裂。二是由于双分子膜（气泡夹层）的吉布斯弹性。通过拉伸具有表面活性物质的薄膜，这种弹性作用就会表现出来，此时双分子膜表面被扩张，导致表面活性剂浓度局部减少，结果使表面张力升高，被拉紧了的薄膜像一张有弹性的皮一样聚拢，使得表面张力尽可能低。把蜂窝状薄层包含的空气泡定义为宏泡，把细球状气泡定义为微泡。在溶剂型涂料体系中，空气的存在主要导致针孔、气泡。它是小气泡在较高黏度或在漆膜干燥过程逸出时产生的微细气孔，保留在涂层中形成空隙即气泡。在干燥过程中，由于涂料黏度增大，气孔细微管道不会关闭，体系夹带的空气在上升和逸出过程中受阻或上升缓慢至无流动可能性，而形成微泡管道留在干燥漆膜中，即产生针孔。
3气泡产生的原因
3.1 颗粒表面吸附的空气
涂料中的颜填料有些比表面积较大，常吸附有更多的空气，生产时进入涂料中，产生气泡。
3.2 混合进入的空气
在生产制造、包装或配漆施工过程中，空气进入涂料中，产生气泡。
3.3 反应性气泡
涂料施工过程有副反应产生，溶剂型双组分聚氨酯木器涂料中含有异氰酸酯的组分，它很容易与空气中的水反应产生二氧化碳气体，从而产生气泡。
3.4由基材而引起的气泡
木器涂料主要应用于实木、贴树皮的夹板、密度板、刨花板或贴纸板，由于木材是多孔性的物质，有很多木纹、孔隙、管口等，如水曲柳、柞木等缝隙较深，孔隙较多，含有较多空气，当在其上施工时易产生气泡。因此泡沫是源于各种生产和应用阶段，如泵输送、搅拌、分散、研磨、包装和油漆的施工喷涂阶段，通过空气介入体系中而形成的。
4. 气泡的防止
式中：V为气泡上升的速度；R 为气泡的半径；为涂料体系黏度。由此可以看出在黏度恒定的情况下气泡上升速度! 与气泡半径r 的平方成正比，先是微小气泡相互接近，再聚结成稍大的气泡，然后上升逸出，即大气泡比小气泡上升更快。一般在干燥过程中黏度增大，则气泡上升速度变慢，相反，体系黏度越低则气泡上升速度越快。因此调低涂料的黏度，可显著减少气泡的产生。
通过对宏泡和微泡产生过程以及产生原因的分析，认识了气泡产生的原理，为此可以采取一些措施来尽量避免或防止气泡的产生。
(1).首先要有选择性地控制好原材料，设计配方时选择一些含泡量低或含不稳泡的原材料，如含不稳泡的流平剂，尽量消除稳定气泡的组分；
(2)在涂料生产中调整好生产工艺，如驱除依附在粉体颗粒表面的空气，可以让粉体缓慢加入到树脂基料中，使两者相互润湿、渗透，先低速搅拌再高速分散，可明显减少气泡的产生；
(3)可以通过加入润湿和分散助剂进行有效的空气脱出，加入消泡剂、脱泡剂使表面气泡破裂或让气泡尽快逸出表面后再破裂；
(4)应减少生产或施工时副反应的发生，在此导入涂料的气泡，必须在漆膜固化成形前排除；
(5)要控制好涂料施工的环境条件，如温度、湿度、通风条件，高温高湿时易产生气泡。同时要依天气情况选择配漆辅料稀释剂，因其质量好坏、溶解力强弱、挥发速度的快慢与加入量都会影响消泡结果。
5 消泡剂的作用机理
使用消泡剂是用来避免气泡的形成或将已形成的气泡尽快消除，因此消泡剂一般应具有以下3个性质：(1)有选择性的不相容；(2)具有高度的展布能力；(3)要有较低的表面张力。消泡剂在涂料中要有一定的溶解度，才能迁移到空气界面上。相容性太好，不能够迁移进气泡壁，反而进入整个涂料体系，此时消泡作用微乎其微。但如消泡剂溶解度太小，会导致漆膜缺陷如缩孔、雾影等。适当的消泡剂应在相容性与不相容性之间寻找一个“平衡点”。消泡剂必须与稳定的表面活性剂层结合并渗入到泡膜双分子膜中，接着必须快速地展布开，穿过裂开的表面活性层，这层薄膜与先前稳定的夹层表面活性剂比，弹性有了显著地降低，这种不稳定导致分子膜裂开，从而消泡。消泡剂有低的表面张力从而可以消泡。消泡剂用于消除涂料中的气泡，有时将“消泡”和“脱泡”区别开来是有帮助的。首先，气泡必须达到表面，这个过程称之为脱泡，然后气泡在表面破裂称之为消泡。脱泡剂的功能是提高气泡的上升速度。这些助剂使相邻的气泡互相聚集合并，然后由于体积变大，向表面运动的速度加快，脱泡剂必须在整个涂层中有效地发挥这个作用。相反，消泡剂只在表面有效，它们只破坏上升至表面的气泡。实际上不可能将一个助剂的工作机理明确地定义为消泡或脱泡，可能在某种场合用脱泡剂更合适。作为消泡剂可行的化学结构应是一些具有低表面张力的分子，如矿物油、有机硅及其改性化合物、无有机硅的聚合性化合物、氟碳化合物等。
6 消泡剂的测试与评价
消泡剂的最重要作用是消泡、脱泡、破泡，以达到在生产过程中消除气泡、在施工中无泡或有泡但易消除的目的。消泡剂的效果测试有几种方法可以考虑，最快速最简易的方法是在试管中装入同量的同一树脂，加入不同种类但剂量相同的消泡剂，振荡相同时间后，观察气泡上升、破裂的快慢，记录时间，用时最短者即效果最佳。同时亦可对同一消泡剂，加入不同的量，记录气泡上升及破裂的时间，可测试最佳用量及性价比，由此结合其他助剂的配合可得出最佳的加入量。但此种方法只能作为一个初步试验，最终确定应在涂料配方体系中试验，因其配方中涉及到树脂、颜填料、溶剂、其他助剂等，这些都会影响到气泡的行为。把不同的消泡剂或同一消泡剂不同的量加入到涂料配方体系中（其他因素不变时），通过观察在生产中及施工喷（刷）板中气泡消除的情况及性能测试来选择一种有效的消泡剂。其实还有最关键的一点是：评价消泡剂不能以刚配制出来的涂料施工后板面效果作为最终判断，否则会产生问题。应把涂料做好后，采用快速贮存法，即将涂料放入60度的恒温烘箱中贮存1个月，这时再取出来进行施工，观察表面效果，如仍然有消泡作用且施工不产生漆膜缺陷，与刚配制出来的效果一样，这时才能说明此消泡剂是有效的。或者通过自然的贮存，待半年或’ 年后再进行测试消泡与施工的表面效果。因很多的消泡剂贮存一段时间后会失去其原有的消泡功能，甚至产生漆膜缺陷。由此可见消泡剂在体系中的稳定性显得尤为重要。在溶剂型木器涂料中可能因消泡剂选择不好而产生缺陷，如在亮光清漆中因消泡剂的相容性不好而导致光泽下降，亮（亚）光清漆中的漆膜发雾从而影响透明度，有的产生缩孔现象，有的影响层间附着力，有的甚至不能消泡等，所以评价消泡剂要进行综合、全面地测试后再作出决定，否则会造成不良后果，导致涂料没有装饰性也没有保护性。
7消泡剂的选择应用
在溶剂型木器涂料中，在选择消泡剂时应考虑各种因素的影响。
7.1 涂料配方体系
配方的设计必须全面考虑，从组成来看，有树脂、颜填料、溶剂、助剂。树脂有丙烯酸树脂、醇酸树脂、硝基纤维素等，消泡剂在其中的混容性及消泡效果可能都不同，要按上述方法试验和评价选择。颜填料影响亦较大，如生产透明底漆时，采用国产与进口! 种不同的硬脂酸锌，区别很大。进口产品分散时不易产生气泡，而国产的则极易产生气泡。前者可选择相对较弱的消泡剂即可，而后者需较强的消泡剂才能消除。溶剂方面，由于不同的表面张力，不同的溶解力可能有些会有稳泡作用。助剂在体系中的种类较多，有湿润分散剂，防沉剂、流平剂、催干剂等，它们之间如何与消泡剂搭配产生一个好的整体效果，需要试验才能确定。在亮光清漆中，首先考虑的应是消泡剂与树脂的相容性，相容性好，漆的外观才是清澈透明的，相容性不好则易产生浑浊。另一方面消泡剂在此体系中应有一定的消泡效果，同时其加入量亦是要考虑的，这样在相容性与不相容性之中找到一平衡点，达到既消泡又外观清澈的目的。这种体系可选择的消泡剂有有机硅聚合物型、无有机硅的聚合物消泡剂或两者搭配使用。在亚光清漆中，消泡剂的相容性亦很重要，但往往在设计配方时忽略了这一点，认为漆的外观看不出。实际上不是这样的，一定要通过观察漆与固化剂成膜后的状态来判断。可采取刮玻璃板的方式观察漆的透明度有无雾影或朦光。有时在配漆时，为了达到强的消泡效果，加入量较大，此时往往带来另一副作用：缩孔。在面漆中，如选用的消泡剂不当或太强或含有机硅类的，若配合不当，可能导致涂料与底层的附着力不好。因此设计配方时要全面考虑体系中各种因素的影响，选择一个最佳的组合。
7.2底材的因素
木器装修中有不同的底材，如有实木的、贴树皮的、贴纸的、中纤板、夹板等，因此要求的涂料亦不相同。实木中不同的材质亦有不同要求，如水曲柳板，其缝隙较深、孔多，这时要求底漆要消泡性好，破泡快，在选择消泡剂时要考虑其消泡功能较强及快速脱泡与快速破泡能力，可选用有机硅与聚合型消泡剂搭配使用。而榉木板则相对容易消泡，因其板面平整，孔隙很少。贴树皮板与实木相似。贴纸板则又不一样，贴纸很平整光滑，空气不易往下渗，主要应消除喷涂中空气渗入涂料中的气泡，通过脱泡最后达到破泡的目的。中纤板相对疏松平整，涂料易下渗，此种情况应选择既不太强又不太弱的消泡剂达到目的。面漆的消泡性，应考虑与底漆的附着力、消泡能力、又不易产生缩孔现象。这时可选用不含有机硅聚合物型消泡剂或有机硅改性的消泡剂。
7.3 消泡剂的添加方式
由于消泡剂种类不同，有的是有机硅型，有的是聚合物型，有的是矿物油型，其相对分子质量大小亦不同。有些消泡剂很容易分散到体系中，有的需要高速分散才能进入体系中，有的在涂料生产研磨或分散前添加，有的可在其后添加，这些都要根据消泡剂产品的性能介绍，使用说明或体系来确定。实际上添加方式亦非常重要，因它涉及到日后的贮存稳定性及施工效果。这在产品的生产工艺上必须注明清楚，否则产品质量就没有保证。
7.4 施工方式
木器涂料的施工方式通常主要有几种，如喷涂、辊涂、淋涂、刷涂。前三者主要在家具制造业使用，其中UV 木器涂料主要采用辊涂或淋涂的方式。后者主要在室内家庭装修中采用。这些不同施工方式对消泡剂选择有不同的要求，刷涂的要求比喷涂高，因此木器装修漆选择消泡剂应把含有机硅与不含有机硅的结合起来，使之消泡、脱泡、破泡。淋涂相对辊涂消泡较难，既要考虑选择有一定消泡性的消泡剂又要同时考虑稳定淋幕。总之应根据施工方式的不同选择不同消泡剂或相互搭配、补充来满足其要求。