摘要：本文從泡沫的定義和概念說(shuō)起，對(duì)油墨涂料中需要消泡劑起到的作用及能起到作用的物質(zhì)做了淺顯地介紹，著重描述了消泡劑的應(yīng)用和測(cè)試方法。
關(guān)鍵詞：消泡劑、水性、涂料、測(cè)試。
在許多油墨和涂料的加工生產(chǎn)過(guò)程中，需要使用具有表面活性的物質(zhì)來(lái)達(dá)到某些特殊的效果。例如，在水性涂料生產(chǎn)中，不溶于水的基料生產(chǎn)中，不溶于水的基料就需要使用乳化劑來(lái)處理。同時(shí)，我們通過(guò)使用助劑來(lái)改善涂料的基材潤(rùn)濕性和顏料的分散性。
表面活性劑最重要的特性是它們有集結(jié)在界面上的傾向，例如在空氣/水的界面。表面活性劑在界面上的排列取決于其溶解性和化學(xué)結(jié)構(gòu)。它將使界面表面張力降低，因而讓體系達(dá)到穩(wěn)定。但表面活性劑也帶來(lái)人們不愿看到的副作用——穩(wěn)定涂料在生產(chǎn)和施工過(guò)程帶入的空氣，形成穩(wěn)定的泡沫，這在水性涂料體系中尤為常見(jiàn)。
一、泡沫的定義和概念
泡沫可以定義為空氣泡在液體介質(zhì)中的穩(wěn)定分散體。如果把一般空氣導(dǎo)入液體中，所產(chǎn)生的氣泡可假定成球狀。由于空氣的密度小于液體，因而它將向表面遷移，當(dāng)氣體到達(dá)不含表面活性劑的液體表面時(shí)，氣泡將破裂，泡內(nèi)空氣消散，先前在氣泡周圍的液體又融合在一起，因此，純液體（不含表面活性劑的液體）不存在泡沫問(wèn)題。
在含有表面活性劑的液體中，球狀氣泡上升，變成穩(wěn)定的宏泡（大泡）。雖然這些氣泡向空氣界面上升，但它們被表面活性劑分子層包圍住。在空氣介面上也有一層表面活性劑分子的表面膜，因此，當(dāng)氣泡升至表面時(shí)，形成雙膜層。雙膜層厚度可達(dá)若干微米，這些細(xì)小的表面泡沫很穩(wěn)定，較難消除。氣泡上升至表面增高而形成泡冠。隨著液體從雙膜層中排出，微泡會(huì)轉(zhuǎn)變成動(dòng)力學(xué)上穩(wěn)定的宏泡，而且泡冠中泡沫雙液層變薄，使泡沫較易破裂。
泡沫的穩(wěn)定受若干因素影響。其中之一的因素是穩(wěn)定的夾層很薄，夾層內(nèi)的液體不能排出或排出緩慢。另外占據(jù)在夾層上的表面活性劑離子之間的靜電排斥力也阻止了氣泡破裂。促使泡沫穩(wěn)定的另一個(gè)因素是吉布斯彈性。通過(guò)拉伸具有表面活性物質(zhì)的薄膜，這種彈性作用就會(huì)表現(xiàn)出來(lái)。在這種情況下，雙膜層的表面被擴(kuò)張，導(dǎo)致表面活性劑的濃度局部減少，表面張力升高。被拉緊了的薄膜層像一張有彈性的皮一樣聚擾，使到表面張力達(dá)到盡可能低的水平。
水性涂料和油墨在制造或施工過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生泡沫。制造過(guò)程中的混合，分散或過(guò)濾操作，使泡沫冠形成并上升，它會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間和減少體系的有效容積。施工過(guò)程，集結(jié)在空氣界面上的穩(wěn)定泡沫在涂膜干燥后會(huì)產(chǎn)生常見(jiàn)的表面缺陷。在印刷過(guò)程中泡沫破壞油墨的遷移性，最惡劣的情況下甚至引致油墨從工作槽中溢出。
二、需要消泡劑起到的作用
有關(guān)泡沫形成的理論對(duì)消泡和脫泡是有區(qū)別的。消泡劑的作用是把空氣截留于界面。脫泡劑的作用是在涂膜過(guò)程及涂膜完成后，使散布于涂膜中的微小空氣(微泡)，快速升到表面。但實(shí)際應(yīng)用上卻往往不能明確地作這種區(qū)分。消泡劑也能在某種程度上消除微泡。下面討論消泡劑在水性涂料和油墨中的消泡機(jī)制。
消泡劑要顯示出效果，必須滿足一定的要求。其中之一就是它們必須能夠破壞上述的泡沫穩(wěn)定機(jī)理。為此，消泡劑在體系中要有一定的不相溶性，能夠遷移到空氣界面上。當(dāng)然，不能出現(xiàn)由于使用消泡劑而引起的類似縮孔那樣的嚴(yán)重副作用。
為了能夠消泡，在涂料中乳化成微小液滴的消泡劑必須和穩(wěn)定泡沫的表面活性劑層結(jié)合并滲入到泡沫的雙分子膜層里。接著，消泡劑必須快速展布，穿過(guò)裂開(kāi)的表面活性劑層。這時(shí)的薄膜與先前穩(wěn)定夾層的表面活性劑膜相比，彈性有了顯著的降低。最后，這種不穩(wěn)定導(dǎo)致雙分子膜層破裂，從而達(dá)到消泡的效果。因此，不相溶性、高展布能力和低表面張力是每種消泡劑都必須具有的重要性質(zhì)。
在消泡劑中加入微細(xì)的疏水粒子，例如：二氧化硅，其消泡能力會(huì)得到有效的加強(qiáng)。它們的作用機(jī)理可解釋為一個(gè)反濕潤(rùn)的過(guò)程。穩(wěn)定的表面活性劑雙分子膜層不能濕潤(rùn)疏水的固體粒子，造成局部區(qū)域表面張力不穩(wěn)定，使雙分子膜層破裂
三、對(duì)水性涂料和油墨有消泡作用的物質(zhì)
對(duì)水性體系，最大的兩類消泡劑是石油烴（礦物油）類和硅***類。傳統(tǒng)上，芳香族和脂肪族的石油衍生物被用作消泡劑組成中的活性展布物質(zhì)。早期，芳香族油被廣泛使用。但其對(duì)健康和環(huán)境的危害性妨礙了它們的應(yīng)用。脂肪族油的毒性較小，但在水性介質(zhì)中相溶性較低，對(duì)中至高光澤涂料會(huì)造成嚴(yán)重的失光問(wèn)題。
用疏水或部分親水的聚醚改性聚硅氧烷可以得到一系列非常高效的消泡劑。改性作用使消泡劑具有了非常強(qiáng)的展布特性，它不影響涂料的光澤，與體系相容性高。在現(xiàn)代水性涂料體系和油墨體系中得到廣泛應(yīng)用。
聚醚改性有機(jī)硅以ＳＩ－Ｏ－Ｃ鍵和ＳＩ－Ｃ鍵的鍵接形式，將聚醚鏈段和硅氧烷鏈段結(jié)合在一起。硅氧烷鏈段提供表面活性，而相溶性的程度則由聚醚鏈段的性質(zhì)所決定。被消泡體系的化學(xué)性質(zhì)對(duì)所選用消泡劑的化學(xué)性質(zhì)有所限制。由于水性體系配方較為復(fù)雜，消泡劑的結(jié)構(gòu)與其作用的范圍之間的關(guān)系難以闡述清楚。既然要求各有不同，因而不能期望有一種能用的方法來(lái)解決這些消泡的問(wèn)題。由于某些聚醚改性硅氧烷物質(zhì)具有高的展面力，它不添加疏水性的固體粒子，也同樣具有出色的消泡能力。
四、添加消泡劑的用量和步驟
消泡劑的用量和功效取決于涂料或油墨的配方體系，特別是聚合物的類型、PH值、顏料用量以及所用到其他助劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)。同樣，制造工藝和施工過(guò)程對(duì)消泡劑的類型和用量也有要求。
討論到添加的方法，要區(qū)分消泡劑乳液和消泡劑濃縮物這兩種形態(tài)的消泡劑產(chǎn)品。消泡劑乳液類產(chǎn)品的乳液液滴在產(chǎn)品供貨狀態(tài)時(shí)已經(jīng)被分散成理想的粒度大小分布。它可以在研磨料中或者在調(diào)漆過(guò)程添加，并且很容易在涂料或油墨中混合均勻。對(duì)于不含疏水性固體粒子的消泡劑，甚至可以在成漆中攪拌添加。
100％活性物的消泡劑濃縮物的加入方式直接影響消泡劑的效果，在加入階段得到的粒子大小分布決定了其消泡效果，為此，消泡劑濃縮物通常添加到研磨基料中。消泡劑使用高剪切力加入至體系中，但是過(guò)高的剪切力會(huì)減弱消泡效果。消泡劑的過(guò)度分散和較差的分散，都不利于消泡劑效能的發(fā)揮，添加消泡劑時(shí)使用相對(duì)低的剪切力，初期的消泡效果也許良好，但經(jīng)過(guò)儲(chǔ)存階段，消泡劑的效果就可能會(huì)降低。
一般的消泡劑都是設(shè)計(jì)成以供貨時(shí)的狀態(tài)來(lái)使用，如果添加時(shí)剪切力不夠，可用醇或聚結(jié)劑把100％活性物的消泡劑預(yù)先稀釋。稀釋比例的范圍是消泡劑對(duì)稀釋為1：1到1：9，以方便加入及改善消泡粒子大小的合理分布。這樣有利于消泡功效提高和減少縮孔的傾向。通常地消泡劑的預(yù)稀釋會(huì)降低消泡劑活性物的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，因此要注意消泡劑的稀釋后的貯存穩(wěn)定性。
五、針對(duì)消泡劑的一些實(shí)用性測(cè)試
消泡劑的功效必須先在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。未經(jīng)進(jìn)一步的測(cè)試就把實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)換到生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)用是不可取的。我們?cè)诠ぷ髦醒芯砍龅臏y(cè)試方法，結(jié)合了涂料制造和施工過(guò)程的條件，對(duì)消泡劑的功效評(píng)價(jià)是可行的。根據(jù)施工情況的不同（如刷涂、噴涂、浸涂、印刷等），可分別選擇不同的測(cè)試方法。
1、攪拌試驗(yàn)
對(duì)于我們使用者而言,最簡(jiǎn)單的測(cè)試方法是攪拌試驗(yàn)。在一定的條件下，用一片渦輪葉片把空氣滲進(jìn)有消泡劑的待測(cè)涂料體系中。在攪拌之后，即刻把物料倒入帶標(biāo)線刻度的測(cè)量瓶中，然后稱重，通過(guò)重量的差異比較，判定體系中滲入空氣的量，從而推斷出消泡劑的效果。該試驗(yàn)也顯示體系中含有多少以球狀氣泡形式存在的空氣量。
另一個(gè)試驗(yàn)方法是用于檢測(cè)宏泡的數(shù)量。在一定條件下，將空氣滲入至體系中，再通過(guò)量筒量度相同重量材料的高度，評(píng)價(jià)消泡劑的效果。該方法可以指導(dǎo)我們?cè)趯?shí)際工作中選定混合容器的容量比。
許多消泡劑也會(huì)引發(fā)漆膜表面缺陷，如縮孔等，它與泡沫問(wèn)題一樣，是我們所有的油墨生產(chǎn)者不愿意看到的，這也只能通過(guò)批量使用前，大量和面廣地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)。
2、流涂試驗(yàn)
流涂試驗(yàn)，可以被用來(lái)評(píng)價(jià)消泡劑與被試驗(yàn)的涂料體系的相容性和消泡效果。把經(jīng)過(guò)攪拌試驗(yàn)的試樣立即澆到一塊聚酯膜上。聚酯膜要事先放在垂直成25度傾角的框架上。仔細(xì)觀察流涂試片，上面是否有顯示帶入的氣泡。該方法還可以通過(guò)觀察干膜來(lái)評(píng)價(jià)消泡劑的脫泡效果。
在某些情況下，經(jīng)過(guò)攪拌試驗(yàn)和流涂試驗(yàn)篩選出的消泡劑極其添加量，對(duì)那些表面不是很光滑，且含有空氣的底材是不足以說(shuō)明問(wèn)題和給予評(píng)價(jià)的。決定最佳的消泡劑用量時(shí)，要充分考慮到產(chǎn)品的最終用途。
3、輥涂試驗(yàn)
輥涂試驗(yàn)的方法十分接近涂料實(shí)際的施工條件，以致能區(qū)別出不同的消泡劑所起的作用。甚至可以試驗(yàn)出其添加量。在做輥涂試驗(yàn)的時(shí)候，用一個(gè)多孔海綿做護(hù)墊的滾子，把40克油漆涂在沒(méi)有吸附性的底材上，可以是專用的試驗(yàn)卡，也可以是其他標(biāo)準(zhǔn)化的試驗(yàn)卡紙，總涂覆面積為500cm2，每次試驗(yàn)之前，要用等量的水弄濕滾輪，以保證每次試驗(yàn)的重現(xiàn)性。濕膜涂布率約為300 g/m2。
涂膜干燥后，再比較實(shí)驗(yàn)卡紙，評(píng)價(jià)試板的表面缺陷情況。如果在標(biāo)準(zhǔn)光源中，將試板進(jìn)行背光檢查，仔細(xì)觀察表現(xiàn)為光點(diǎn)的氣泡，這就更加容易區(qū)分消泡劑的優(yōu)劣性能。
上述的攪拌試驗(yàn)、流涂試驗(yàn)和輥涂試驗(yàn)，都有助于測(cè)試消泡劑的效果和性能，以此來(lái)確定最佳的適合產(chǎn)品的消泡劑品種和用量，借以滿足諸如底材、體系、印刷或施工條件等綜合因素對(duì)消泡劑的要求。
六、水基油墨“氣泡多”的故障和解決方法
我們前面討論了氣泡產(chǎn)生的機(jī)理，其實(shí)水基油墨產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象特別容易出現(xiàn)在開(kāi)啟式供墨方式印刷大面積實(shí)地時(shí)，采用循環(huán)封閉式供墨系統(tǒng)時(shí)，這種弊病可以用微乎其微來(lái)形容。
水基油墨容易產(chǎn)生氣泡的原因其實(shí)取決于它的組成：水基油墨一般由不溶性顏料、水溶性或水分散性樹(shù)脂、表面活性劑、水、少量乙醇及其它助劑組成，屬于堿性體系，也就是皂化體系，類似于肥皂水或洗滌劑，在頻繁翻動(dòng)的情況下極易產(chǎn)生氣泡。
減少或消除氣泡的常規(guī)方法有：加入消泡劑、控制黏度和PH值、機(jī)械因素等。
加入消泡劑是一個(gè)直接有效的辦法，但值得注意的一點(diǎn)是：國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的消泡劑大多采用硅膠類，加入過(guò)量后，容易使油墨顆粒變粗，引起印品實(shí)地圖案出現(xiàn)針孔，柔性版材出現(xiàn)小凹陷、龜裂等弊病，所以加入的量控制很重要，最好保持在0.5%至1.5%左右。至于消泡劑的其它方面，前文已經(jīng)加以敘述。
控制好黏度和PH值，是因?yàn)橛湍谔砘蜻^(guò)度稀釋情況下都容易產(chǎn)生氣泡。油墨之所以變稠也是因?yàn)殚_(kāi)啟式供墨系統(tǒng)中墨斗與空氣的接觸面積較大，油墨內(nèi)易揮發(fā)成分的氨或***類揮發(fā)逸出，使得堿性體系輕度失調(diào)，此時(shí)最直觀的表現(xiàn)就是油墨黏度增高，PH值下降。采用的辦法是每30至40分鐘一次加入一種PH值在11的穩(wěn)定劑，來(lái)補(bǔ)充堿性成份。
至于機(jī)械方面，可以采用正面擋墨板，適當(dāng)提高印刷車速，使氣泡不易轉(zhuǎn)移到網(wǎng)紋輥上。充分利用循環(huán)泵供墨，墨斗內(nèi)水墨下層相對(duì)穩(wěn)定，氣泡較輕，一般浮在油墨表層，不會(huì)隨著輸墨管進(jìn)入墨腔。加正面擋墨板可以使得開(kāi)啟式墨斗內(nèi)網(wǎng)紋輥附近形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的半封閉油墨區(qū)域，并將不斷產(chǎn)生的氣泡擋在這一區(qū)域之外，減少了氣泡接近網(wǎng)紋輥的幾率。適當(dāng)提高車速，使得這個(gè)半封閉區(qū)域內(nèi)的壓力增大，有效限制氣泡存在的時(shí)間，這兩個(gè)作用剛好與封閉式供墨系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)吻合，因此，也是一個(gè)非?？茖W(xué)有效的方法。
還有一個(gè)更簡(jiǎn)單的辦法，增加自制的兩塊擋墨板后，再用兩塊廢紙板插入沿正面擋板兩側(cè)流動(dòng)的油墨中，此時(shí)的紙板一定要與流動(dòng)油墨方向相垂直。訣竅是側(cè)面擋墨板插入的深度，既不能太深，也不能太淺，控制在氣泡層與油墨層的分界處。
許多的印刷廠還采用人工撇墨的辦法。停機(jī)時(shí)，墨斗內(nèi)油墨停止翻動(dòng)，原來(lái)包裹在油墨內(nèi)的氣泡滿滿浮到油墨表層，這時(shí)候，可以用硬紙板等工具將氣泡撇去，減少消泡劑加入的次數(shù)，對(duì)保持油墨的印刷適應(yīng)性和減少柔性版出現(xiàn)凹陷也有作用。
七、小結(jié)
消泡劑的作用是抑制和消除氣泡的產(chǎn)生，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)水性油墨的黏度過(guò)高、PH值偏低，也或者當(dāng)印刷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度比較快時(shí)就容易產(chǎn)生氣泡，如果產(chǎn)生的氣泡量比較大就會(huì)出現(xiàn)臟版。水性油墨一般采用堿溶性連結(jié)料，這種連結(jié)料是一種酸性樹(shù)脂的堿溶液，它是類似于肥皂的水溶液，正因?yàn)樗苄赃B結(jié)料具有肥皂特性，在墨斗中由于墨斗輥的攪拌作用就會(huì)產(chǎn)生泡沫，泡沫的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致印刷品的質(zhì)量問(wèn)題，所以對(duì)于水性油墨必須采用消泡劑或防沫劑來(lái)控制其泡沫的產(chǎn)生。
消泡劑可以破碎或抑制已經(jīng)產(chǎn)生的泡沫，而防沫劑防止或抑制泡沫的形成。防沫劑和消泡劑一般都是水溶性材料，如硅、改良脂肪酸和像乙基乙醇一類酒精。防沫的效果通常與油墨的老化程度有關(guān)，新配制的油墨比以前配制的油墨在使用時(shí)產(chǎn)生泡沫的可能性較小。
使用消泡劑應(yīng)該注意消泡劑與水的混合比例，一般推薦采用3：1左右的比例，并且推薦采用噴***噴射到墨斗槽中的油墨表面上，防沫劑或消泡劑的用量應(yīng)該注意不宜過(guò)多，否則引起油墨高屈服點(diǎn)和觸變流變問(wèn)題，使印版局部膨脹產(chǎn)生魚(yú)眼和凹坑弊病。