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紙引未來網(wǎng)訊 本文介紹了國內(nèi)外對泡沫的研究歷史，闡述了泡沫產(chǎn)生的機(jī)理以及在涂布工藝中的泡沫對產(chǎn)品外觀和性能造成的影響，總結(jié)歸納了產(chǎn)生泡沫的主要原因、涂布液消泡方法以及涂布過程中的消泡方法。在實(shí)際應(yīng)用中選擇合適的消泡工藝，可以有效提高涂布產(chǎn)品的質(zhì)量。
泡沫（氣泡）是日常生活與生產(chǎn)中常見的現(xiàn)象，泡沫滅火器、建筑或車用的固體泡沫塑料、礦物的泡沫浮選等都是泡沫在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例[1]。在印染、涂料、造紙、發(fā)酵、油田等行業(yè)工業(yè)生產(chǎn)中，由于攪拌、振動、沸騰等操作經(jīng)常會產(chǎn)生大量泡沫。若無法很好的控制，泡沫會給生產(chǎn)帶來許多麻煩，如原材料浪費(fèi)、影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行、減少設(shè)備有效負(fù)載量、造成產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)能力下降等，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[2]。
在涂布過程中，泡沫的產(chǎn)生會對涂布產(chǎn)品的外觀和性能造成一定的影響。外觀方面：泡沫會使涂布產(chǎn)品表面出現(xiàn)不均勻的凹凸不平的現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的美觀程度和品質(zhì)。這種不均勻的表面會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)也會影響產(chǎn)品的銷售。性能方面：泡沫會降低涂層的密度，使其在使用過程中容易磨損和腐蝕。涂層的密度不均勻還會導(dǎo)致涂布產(chǎn)品的耐久性和抗腐蝕性能下降，從而影響產(chǎn)品的使用壽命。
泡沫的研究最早可以追溯到柏拉圖時(shí)代，但千百年來人們對泡沫的定義一直沒有形成統(tǒng)一認(rèn)識。美國膠體化學(xué)家L.I.Osipow提出了泡沫的密度定義，即泡沫的密度是泡沫體積與泡沫質(zhì)量之比。道康寧公司的R.F.Smith 從泡沫的密度方面對泡沫進(jìn)行了定義，即泡沫是一種由氣體包裹在液體或固體中形成的多孔材料。泡沫的密度是指單位體積內(nèi)的質(zhì)量，通常用千克每立方米（kg/m³）來表示。日本的伊藤光一從泡沫結(jié)構(gòu)角度對泡沫進(jìn)行了定義，他指出，泡沫是一種由氣體包裹在液體或固體內(nèi)部所形成的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有許多小孔和薄壁，使它具有低密度和高比表面積的特點(diǎn)，但忽略了氣泡間的相互聯(lián)系。我國著名的表面物理學(xué)家趙國璽教授對泡沫的定義為：泡沫是氣體分散于液體中的分散體系，氣體是分散相（不連續(xù)相），液體是分散介質(zhì)（連續(xù)相），液體中的氣泡上升至液面，形成少量液體構(gòu)成的以液膜隔開氣體的氣泡聚集物。目前國內(nèi)外學(xué)者一致認(rèn)為：泡沫本身是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，當(dāng)氣體進(jìn)入含有表面活性劑的溶液中時(shí)，便會形成長時(shí)間穩(wěn)定的泡沫體系[3]。
溶劑揮發(fā)過程中，在表面張力的作用下，液體表面會形成一個薄膜，其內(nèi)部的壓力低于外部，導(dǎo)致薄膜內(nèi)部的氣體溶解度下降，從而形成氣泡。
表面活性劑含量過高會降低液體表面的張力，加速液體分子間的相互作用，從而形成泡沫。
涂布過程中水分被擠壓出來，形成氣泡。當(dāng)氣泡卡在涂層中時(shí)，會影響涂層的外觀和性能。
攪拌速度過快或者攪拌時(shí)間過長，液體的表面張力被破壞，從而使空氣進(jìn)入到液體中形成氣泡。
①添加的助劑不穩(wěn)定，容易分解、揮發(fā)或與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生氣體。例如，一些表面活性劑在過高的溫度下會分解，產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致涂布液起泡。
②助劑使用量過大，使涂布液粘度變高，在涂布過程中產(chǎn)生氣泡。
①涂布速度過快或涂布量過大，導(dǎo)致涂層表面快速凝固，而底部的涂層仍然在流動，從而在涂層中形成氣泡。
②涂布過程中混入油脂或其他污染物，這些污染物會在涂布時(shí)被封閉在涂層中，從而形成氣泡。
溫度、濕度、氣壓等因素都會影響涂布過程中氣泡的產(chǎn)生，導(dǎo)致表面涂層的缺陷，如空氣囊泡、涂層不光滑和不均勻等問題。例如，在高溫、高濕的環(huán)境中進(jìn)行涂布，會造成涂布液表面的水分蒸發(fā)不及時(shí)，從而產(chǎn)生氣泡。又比如，當(dāng)涂布液的溫度低于其玻璃轉(zhuǎn)移溫度（Tg，玻璃態(tài)物質(zhì)在玻璃態(tài)和高彈態(tài)之間相互轉(zhuǎn)化的溫度）時(shí)，它的粘度會急劇增加，從而導(dǎo)致較高的表面張力和不良的潤濕性能產(chǎn)生氣泡。
泡沫對涂布產(chǎn)品可能造成的質(zhì)量危害
泡沫會導(dǎo)致產(chǎn)品的機(jī)械性能、耐候性等方面下降。在汽車、航空航天、電子等領(lǐng)域，消泡問題更為突出。
泡沫會使涂布液的粘度增加，使得涂布難度加大，影響噴涂、輥涂等涂布方式的使用，導(dǎo)致涂布不均勻，影響涂布質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
（圖片來源：天行健機(jī)電）
機(jī)械消泡法是最常用的消泡方法之一，通過利用攪拌器或振蕩器等機(jī)械設(shè)備對涂布液進(jìn)行攪拌或振蕩，使氣泡在涂布液中破裂并消除。這種方法可以適用于大多數(shù)涂布液，但是僅靠機(jī)械消泡法無法完全消除涂布液中的氣泡，需要與其他消泡方法相結(jié)合。機(jī)械消泡裝置在涂布工藝中應(yīng)用廣泛，特別是在高粘度涂布液的涂布過程中，能夠有效地控制氣泡的產(chǎn)生和擴(kuò)散。
在實(shí)際涂布過程中，消泡裝置的設(shè)計(jì)和使用對于涂布質(zhì)量的影響非常大。只有合理的選擇和使用消泡裝置，才能保證涂布質(zhì)量的穩(wěn)定和可靠。
機(jī)械消泡裝置結(jié)構(gòu)主要包括以下結(jié)構(gòu):
消泡器是消泡裝置的核心部分，其作用是將氣泡從涂布液中排出。消泡器通常由消泡輪和消泡網(wǎng)組成，消泡輪通過高速旋轉(zhuǎn)將氣泡拋出涂布液，消泡網(wǎng)則起到過濾作用，將氣泡攔截。
消泡槽是消泡裝置的容器，用于接收經(jīng)過消泡器處理的涂布液。消泡槽通常是一個封閉的結(jié)構(gòu)，可以通過管道與涂布機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)涂布過程的連續(xù)化。
消泡裝置的液位控制系統(tǒng)用于控制消泡槽中涂布液的液位。當(dāng)涂布液液位過低時(shí)，涂布機(jī)會停止工作，避免因涂布液不足而造成的涂布質(zhì)量問題。
（圖片來源：神祺股份有限公司—消泡裝置機(jī)Bubble Extinguisher）
真空消泡法是一種快速有效的消泡方法，需要將涂布液放入真空罐中，利用真空泵將罐內(nèi)空氣抽出，使涂布液中的氣泡破裂并消除。真空消泡法需要特殊的儀器設(shè)備，并且成本較高，但是在需要高質(zhì)量涂布膜的情況下，這種方法是非常有效的。
（圖片來源：淘寶-脫氧消泡桶）
溶劑消泡法是一種快速有效的消泡方法，適用于一些特殊的涂布液。通過向涂布液中添加適量的溶劑，使溶劑分子滲入氣泡內(nèi)部，破壞氣泡表面張力，使氣泡破裂并消除。但是，過量的溶劑會影響涂層的性能。
（圖片來源：ikb2b）
能夠減少涂布液在涂布機(jī)行進(jìn)過程中停留的時(shí)間，減少氣體的困留，從而減少泡沫的產(chǎn)生。
適當(dāng)增加涂布壓力可以使涂布液更加均勻地分布在基材上，減少泡沫的產(chǎn)生。
控制涂布工藝中的濕度和溫度，使涂布液流動性更好，氣泡更容易排出。
在涂布完成后，可以采用加熱、真空、振動等方式，來去除涂層表面的泡沫。
在實(shí)際應(yīng)用中，選擇合適的消泡方法可以提高涂布產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，我們需要考慮涂布液的特性和生產(chǎn)需求，選擇合適的消泡方法進(jìn)行消泡處理。例如，如果需要高質(zhì)量的涂層，可以選擇真空消泡法；如果需要簡單易行的消泡方法，可以選擇表面活性劑消泡法。在選擇消泡方法時(shí)，還需要注意不同的消泡方法可能會相互影響，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合使用。
[1]胡楠,胡明明,李志鑫等.消泡劑的研究進(jìn)展與展望[J].鹽科學(xué)與化工,2021,50(03):10-16.DOI:10.16570/j.cnki.issn1673-6850.2021.03.003.
[2]朱永闖.新型聚醚改性有機(jī)硅消泡劑制備及應(yīng)用研究[J].廣州化工,2022,50(23):102-103+119.
[3]張利國.消泡劑消泡機(jī)理、應(yīng)用及評價(jià)方法介紹[J].日用化學(xué)品科學(xué),2018,41(02):40-44.DOI:10.13222/j.cnki.dc.2018.02.013.
來源：中國涂布技術(shù)研究
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