聚醚改性硅氧烷消泡剂在JS防水涂料中的应用

聚醚改性硅氧烷（自乳化）消泡剂在JS防水涂料中的应用亨斯曼国际化工（北京）有限公司卫向阳卫向龙王保民田海超摘要：JS防水涂料是乳液和无机材料混合而成的弹性涂料，其在生产和施工过程中会产生大量气泡，大大影响了最终使用效果。本文介绍了一种聚醚改性硅氧烷消泡剂，应用到这个防水体系中有非常好的效果。关键词：自乳化，矿物油，改性硅氧烷，JS防水涂料，MXP消泡剂1.前言：JS防水涂料在生产和施工过程中很容易产生气泡，原因有很多方面：一方面，所使用的乳液含有表面活性剂或具有表面活性剂的性质，本身粘度高容易产生气泡。另一方面，施工过程中，JS防水涂料液粉间需要搅拌，搅拌工具选用不当，会使涂料容易产生气泡，如果搅拌后涂料的停放时间过短，产生的气泡没有机会逸出，就会留在涂料中，即使气泡破了，由于涂料已失去流动性，也会在涂膜中形成裂纹和气孔,严重的会影响到JS防水涂料的性能指标。另外，为了保证JS防水涂料容易立面施工，不发生流淌，需要加入部分增稠剂，这样就会使涂料的粘度增大，造成气泡不易逸出。气泡会影响JS防水涂料的表观和防水效果，不仅大大减少了漆膜抵抗水压作用的有效面积，而且在气泡周围容易产生应力集中，引起细微裂纹的展开，使涂膜失去防水效果。可以采用物理方法消除气泡，如改变搅拌桨叶的型式，是桨叶的叶片与涂料的页面垂直，避免不必要的气液接触，较少气泡的生成。同样，也可采取化学方法消泡，如减少使用润湿分散剂和助泡剂。因为在大多数情况下，无法找到起泡的原因，所以现在最常使用的是消泡剂，对消泡剂要求具有消泡抑泡能力，不漂油，不泛黄，耐碱性好，无严重负面作用，又要求经济实用、储存稳定、易于释放活性成分、效力持久、对环境友好。聚醚改性硅氧烷就是这样一种兼具多种优点的用于JS防水涂料的优异的消泡剂。2.消泡剂的简介泡沫是我们日常生活和工业生产中经常遇到的现象，在许多情况下，泡沫的存在会严重影响产品的质量，加入消泡剂是一种既简便又经济的消泡方式。泡沫是气体分散于液体所形成的多分散体系，由于气液两相密度相差大，液相中的气泡通常会很快上升到液面，如果液面存在一层较稳定的液膜，就会形成泡沫，因此，泡沫可以看成是一种由液膜隔开的气泡聚集物。泡沫与乳状液一样，也是热力学不稳定体系。当气体通入水等一些粘度低的纯液体时并不能得到稳定而持久的泡沫。当水中有表面活性剂存在时，即可得到稳定性较好的泡沫，这就是表面活性剂的起泡作用。消泡剂是以低浓度加入到起泡体系中，能控制泡沫的物质的总称。由于气泡体系和生产条件不同，使用的消泡剂也不尽相同。目前国内外市场上的消泡剂品种繁多，性能各异，按消泡剂的形式可分为溶剂型、溶液型、乳液型、粉末型和复合型；按消泡剂的组成可分为聚醚型，有机硅型，非硅型和聚醚改性硅氧烷混合型。3.消泡剂的作用机理：消泡就是泡沫稳定化的反过程。也可以说，一切能破坏泡沫稳定性的因素，均可用于消泡。消泡包含两方面的涵义，一是抑泡，即防止泡沫的产生，二是破泡，即将已产生的泡沫消除。消泡剂的化学结构和性质不同，泡沫体系不同，破坏泡沫稳定性的机理不同。化学消泡剂不管以何种方式破坏泡沫的稳定性，首先必须自发进入液膜内并在界面上铺展、分散，才能改变液膜的界面性能，最终导致液膜的破裂。消泡剂铺展消泡示意图另有一些消泡剂在泡沫表面上不能铺展，但仍有消泡作用。可用消泡剂在液膜中的插入作用说明其消泡机理。消泡剂插入破泡示意图4.消泡技术的发展自从德国实验物理学家Quincke首先提出用化学方法来消泡，到目前为止已经历了四次更新换代。第一代消泡剂为矿物油、脂肪酸及脂肪酸酯、脂肪酰胺、低级醇类等有机物。第二代消泡剂是聚醚类消泡剂。聚醚是分子量较低的聚氧乙烯-聚氧丙烯的嵌段共聚物，它是一种性能优良的水溶性非离子表面活性剂，与水接触时，醚键中的氧原子能够与水中的氢原子以微弱的化学力结合，形成氢键，分子链节成为曲折形，疏水基团置于分子内侧，链周围变得容易与水结合，当温度升高，分子运动较为激烈时，曲折形的链会变为锯齿形，失去与水的结合性，由低温溶解状态升温到呈现浑浊的温度，这就是聚醚的浊点，只有当发泡体系的温度超过浊点温度时，聚醚消泡剂才发挥消泡作用。因此其使用受到一定限制。第三代消泡剂是有机硅类消泡剂。此类消泡剂消泡能力强，但与水的相容性较差，在乳液体系中易引起缩孔，漂油，泛黄，稳定性差。。第四代消泡剂是聚醚改性硅氧烷类消泡剂，它是在聚硅氧烷链段上通过改性引入聚醚链段。在硅醚共聚物的分子中硅氧烷链段有亲油性，聚醚链段有亲水性。聚醚链段中聚环氧乙烷链节能提供亲水性和起泡性，聚环氧丙烷链节能提供疏水性和渗透力。聚醚改性硅氧烷类消泡剂不仅具有聚硅氧烷类消泡剂消泡效力强、表面张力低、挥发性低、无毒、无污染、生理惰性等特点，而且还具有聚醚类消泡剂的耐高温、耐强碱性等特性。本文所做的研究是第四代聚醚改性硅氧烷类消泡剂（以下简称本品）。5.各类消泡剂的比较与选择。5.1实验材料亨斯曼乳液M2000，M717；消泡剂MXP自乳化，NXZ，F111，845；白水泥，重钙，石英砂，及助剂，市售。5.2实验配方液料粉料原料名称质量份原料名称质量份苯丙乳液S4001000白水泥333消泡剂3重钙（325目）536成膜助剂10石英砂（200目）130分散剂5助剂1增稠剂5注：液料：粉料=1:15.3实验方法称取200克M2000乳液，分别加入0.6克消泡剂，高速搅拌10min，转速2000r/min,搅拌完后，立即倒入100ml量筒中25克，记录液面高度。液面高度最低的即为抑泡效率最高的消泡剂。将搅好的乳液加入少量色浆，在纸板上刮缩孔。5.4消泡剂的消泡抑泡结果消泡剂牌号25克液料高度ml缩孔情况空白（未加消泡剂）45无MXP28无F111（矿物油类）32无NXZ（矿物油类）31无845（硅类）29轻微由上表可知，添加同样用量的消泡剂，本品在M2000乳液中的的消泡抑泡最好且没有油缩。5.5实验配方液料粉料原料名称质量份原料名称质量份EVAM717乳液1000白水泥333消泡剂3重钙（325目）536成膜助剂10石英砂（200目）130分散剂5助剂1增稠剂5注：液料：粉料=1:15.6实验方法称取200克EVA乳液，分别加入0.6克消泡剂，高速搅拌10min，转速2000r/min,搅拌完后，立即倒入100ml量筒中25克，记录液面高度。液面高度最低的即为抑泡效率最高的消泡剂。将搅好的乳液加入少量色浆，在纸板上刮缩孔。5.7消泡剂的消泡抑泡结果消泡剂牌号25克液料高度ml缩孔情况空白（未加消泡剂）48无MXP30无F111（矿物油类）34无NXZ（矿物油类）33无845（硅类）32轻微由上表可知，添加同样用量的消泡剂，本品在苯丙乳液中的的消泡抑泡最好且没有油缩。6.消泡剂对防水涂料施工性能的影响按照5.2、5.6的实验配方分别配制防水涂料，按液料和粉料比例1：1混合，固定搅拌速度和时间，搅匀后静止10分钟。将涂料刮涂在涂有脱模剂的玻璃模具上，刮两遍，涂膜干燥后，测量其厚度（0.8±0.1）mm.3天后揭掉涂膜，放置4天。6.1试验方法6.1.1观察涂膜外观，是否存在裂纹、针孔、凹陷、鱼眼6.1.2将涂膜拉伸200%，观察涂膜外观，检查涂膜中裂纹、气孔的多少6.1.3将涂膜切开，观察横截面中气泡的多少6.1.4将涂膜切开，观察两层涂膜间的粘结是否良好6.1.5按JC/T894测定涂膜的拉伸强度和延伸性6.1.6将涂膜放在不透水仪上，压力从0.1MPa开始保持30min,然后每20min升高0.05MPa，记录3个试样中有一个渗漏时的最大压力，若压力升至0.3MPa时保持30min，仍不渗漏为合格。6.2实验结果6.2.1乳液400S涂膜外观消泡剂种类涂膜外观两层涂膜的粘结状态自然状态拉伸状态横截面MXP表面光滑，无气孔很均匀，几乎无气孔无气泡粘结良好F111表面光滑，偶见小气孔少量微小气孔气泡少NXZ表面光滑，偶见小气孔少量微小气孔气泡少845表面光滑，无气孔几乎无气孔几乎无气泡6.2.2EVA乳液涂膜外观消泡剂种类涂膜外观两层涂膜的粘结状态自然状态拉伸状态横截面MXP表面光滑，无气孔很均匀，几乎无气孔无气泡粘结良好F111表面光滑，几乎无气孔少量微小气孔气泡少NXZ表面光滑，几乎无气孔少量微小气孔气泡少845表面光滑，无气孔几乎无气孔几乎无气泡由以上两表看出，用本品配制的涂料在涂膜外观上表现最好。7.储存稳定性和防水效果检验防水涂料在储存过程中，消泡剂的消泡能力是否产生变化，会否出现漂油现象。消泡剂和乳液的相容性越好，缩孔少，但消泡能力变差；相容性差，会产生缩孔，但消泡能力好，最好的结果是兼顾两者。7.1试验方法按照5.2、5.6分别制备涂料，分为两份。一份在50℃鼓风干燥箱中7天，一份在室温下7天，按标准制膜，测试储存后涂料性能。按6.1试验方法7.2实验结果7.2.1乳液M2000涂膜外观消泡剂种类放置方法涂膜外观两层涂膜的粘结状态自然状态拉伸状态横截面MXP室温7天表面光滑，无气孔很均匀，几乎无气孔无气泡粘结良好50℃，7天表面光滑，无气孔很均匀，几乎无气孔无气泡F111室温7天表面光滑，几乎无气孔少量微小气孔气泡少50℃，7天表面光滑，几乎无气孔少量微小气孔气泡少NXZ室温7天表面光滑，几乎无气孔少量微小气孔气泡少50℃，7天表面光滑，几乎无气孔少量微小气孔气泡少845室温7天表面光滑，无气孔几乎无气孔几乎无气泡50℃，7天表面光滑，无气孔几乎无气孔几乎无气泡7.2.2EVA乳液涂膜外观消泡剂种类放置方法涂膜外观两层涂膜的粘结状态自然状态拉伸状态横截面MXP室温7天表面光滑，无气孔很均匀，几乎无气孔无气泡粘结良好50℃，7天表面光滑，无气孔很均匀，几乎无气孔无气泡F111室温7天表面光滑，几乎无气孔少量微小气孔气泡少50℃，7天表面光滑，几乎无气孔少量微小气孔气泡少NXZ室温7天表面光滑，几乎无气孔少量微小气孔气泡少50℃，7天表面光滑，几乎无气孔少量微小气孔气泡少845室温7天表面光滑，无气孔几乎无气孔几乎无气泡50℃，7天表面光滑，无气孔几乎无气孔几乎无气泡由以上两表可见，本品经储存后，消泡能力没有下降，综合性能最好。7.2.3乳液M2000涂料物理力学性能消泡剂种类放置方法拉伸强度/MPa断裂伸长率/%低温柔性不透水性（0.3MPa,30min无渗漏）MXP室温7天2.58425-10℃无裂纹合格50℃，7天2.86395合格F111室温7天2.46386合格50℃，7天2.90360合格NXZ室温7天2.48410合格50℃，7天2.82388合格845室温7天2.49406合格50℃，7天2.80375合格7.2.4EVA乳液涂料物理力学性能消泡剂种类放置方法拉伸强度/MPa断裂伸长率/%低温柔性不透水性（0.3MPa,30min无渗漏）本品室温7天3.38230-10℃无裂纹合格50℃，7天3.52229合格F111室温7天3.26220合格50℃，7天3.44218合格NXZ室温7天3.31219合格50℃，7天3.45217合格845室温7天3.36227合格50℃，7天3.50225合格综上所述，由本品配制的涂料在消泡效果、储存稳定性、力学性能方面表现出最好的性能。8.结论聚醚改性硅氧烷类消泡剂（本品）用于JS防水涂料的生产中，消泡效力强、储存稳定，不漂油，耐高温、耐强碱、表面张力低、挥发性低、无毒、无污染、生理惰性，是一种性价比非常高的消泡剂，关键不但提高材料的力学性能，而且保护材料防水性能，一取两得，还能降低材料综合成本。