我国水性涂料用消泡剂现状及发展趋势

赵金榜

专论综述

我国水性涂料用消泡剂现状及发展趋势

赵金榜

阐述了我国水性涂料用消泡剂的发展历程、目前消泡剂的品种和局限性，以及新一代的消泡剂及其特色。展望了我国对水性涂料用消泡剂的需求及其发展趋势。

水性涂料用消泡剂；传统型消泡剂；分子级消泡剂；超稳定型消泡剂

0 引言［1-3］

水性涂料用助剂的用量虽少，但其作用巨大。一般来说，水性涂料在生产、施工和应用中所遇到的许多问题都可通过助剂来加以解决，其中消泡剂是较为重要的助剂品种之一。

我国是建筑涂料生产大国，其中乳胶漆是用量最大、最主要的品种。乳胶漆对消泡剂的需求量大，且逐年递增，所以发展消泡剂十分重要。

在改革开放之前，我国水性涂料用助剂产品，特别是消泡剂几乎是空白。自从德国BYK公司的助剂首次进入我国后，水性涂料用助剂的神奇功能才开始得到首肯，而日本立邦涂料公司在我国大陆推出乳胶漆后，其使用性能和应用效果令业内人士啧啧称道，于是我国涂料界人士纷纷研发乳胶漆，成为当时我国涂料界一大热点。在乳胶漆的研发过程中，人们从实践中深深体会到，如果要做好乳胶漆，水性涂料用助剂，特别是消泡剂必不可少。但是，当时消泡剂大多来自国外，价格奇贵，所以只有自己动手，把消泡剂的制造技术掌握在手，才能把乳胶漆推向市场，并占据一席之地。不久，我国就有了不少国产消泡剂产品，虽然与国外同类产品相比，性能上还有一些差距，但是这些消泡剂贴近市场，适合国情，因此深受客户的欢迎。自改革开放以来，我国消泡剂产品从无到有，从弱到强，基本上国外许多消泡剂品种现在我国也都有了，这是一个很了不起的进步。以下对我国水性涂料用消泡剂现状及发展趋势作一简要阐述。

1 目前消泡剂的品种和局限性

目前使用的消泡剂品种很多，而水性涂料用消泡剂主要有三大类：矿物油类，市场份额为80%；聚硅氧烷类，市场份额为17%；聚醚类，市场份额为3%。其中矿物油类消泡剂的性价比最高，使用较为普遍，能在绝大多数的平光和半光乳胶漆中使用，但其破泡和消泡效果不及聚硅氧烷类和聚醚类消泡剂。

矿物油类消泡剂基本上由载体（多为烃油或水）、憎水颗粒（蜡、硅油、疏水性二氧化硅及脂肪酸类或聚氨酯等）、乳化剂或展开剂［脂肪酸酯类、脱水山梨（糖）醇酯等］等所组成，其中载体占75%～80%，憎水颗粒占10%～15%，乳化剂或展开剂占5%～10%。载体的作用是将主要的消泡物质带入泡沫体系中，使之扩散到泡膜上，起到承载和稀释的作用。它对消泡剂的消泡性能及其持久性有较大影响，系低表面张力物质，与泡沫体系有适宜的不相容性，且易上升到泡沫体系表面；憎水颗粒粒径在0.1～20 μm之间，在配方中主要起着活性作用；乳化剂或展开剂用于调整活性成分在涂料体系中的相容性，使之相容性和不相容性达到平衡，保证活性成分迅速扩散并快速穿透涂膜表面，使活性成分立即起到消泡作用。此外，矿物油类消泡剂还含有少量的稳定剂或防腐剂。

聚硅氧烷类消泡剂包括聚二甲基硅氧烷类消泡剂和改性聚二甲基硅氧烷类消泡剂，统称为有机硅消泡剂。其中聚二甲基硅氧烷类消泡剂为不挥发性油状液体，聚合度为数十到几百，物理和化学性能稳定，具有很低的表面张力；改性聚二甲基硅氧烷类消泡剂具有适宜的亲水和亲油平衡值。例如用有机氟改性的聚二甲基硅氧烷类消泡剂，它是一种表面张力极低、消泡能力优异的消泡剂。聚硅氧烷类消泡剂虽然表面张力低，消泡和抑泡能力很强，不影响光泽，但使用不当时，会产生涂膜缩孔、重涂性差等弊病。

聚醚类消泡剂是通过有选择性地对一些聚合物进行改性而获得的具有合适不相容性的产品，主要用于部分对相容性要求较高的体系。比如丙烯酸酯与环氧树脂间就存在不相容性。为此，有意识地改变聚合物的极性、相对分子质量及其分布，使之在“混溶”与“不混溶”之间适当平衡，这样所得的消泡剂产品与有机硅类消泡剂相比，其混溶性较好，且不会稳定泡沫，这是聚醚类消泡剂的特色，但常常会出现消泡能力弱甚至无的问题，因此其市场需求份额较少。

2 新一代的消泡剂及其特色［2，4-8］

上述消泡剂均属于传统型消泡剂，其消泡物质均为水不溶性物质，需要添加适量的乳化剂、扩展剂等使其快速而均一地分散于水性涂料中才能发挥其消泡作用。如果因某些原因，例如在涂装之前加水稀释这种常见的施工方法，会使乳化剂从消泡物质的表面脱离，这样不溶于水的消泡物质就很容易在涂膜表面产生缩孔，这是传统消泡剂常见的弊病。此外，对于高黏度涂料体系要达到较为理想的消泡效果是十分困难的，这是因为高黏度体系使得气泡间的液体流动变得困难，同时气泡的膜壁有一定的厚度，很难使其破裂，这样就会使漆膜产生大量的针孔。为此，需要研发新型消泡剂，以解决传统消泡剂所不能解决的问题。

人们从一类新型Gemini表面活性剂的结构中得到启发，它是一种由连接基团通过化学键将两个或多个单体表面活性剂连接在一起而形成的物质。例如将两个烷基单链单头基的普通表面活性剂在离子头基处通过化学键连接在一起，这样得到的特殊结构就具有了某些特殊的性能，尤其是具有了更高的表面活性及其他物化特性。Gemini表面活性剂的结构示意图如下：

这种结构的特点是：（1）至少有2个疏水链和2个亲水基；（2）疏水链可以是不同链长的碳氢链；（3）亲水基可以是阴离子型，也可以是阳离子型或非离子型，且同一分子中的2个亲水基可以不同；（4）根据间隔链的不同，可分为刚性和柔性结构，且由于含有杂原子，其疏水和亲水能力也不同，可将其分为疏水和亲水两类；（5）大部分的Gemini表面活性剂具有2个相同的疏水链和亲水基。

鉴于Gemini表面活性剂技术，将消泡剂设计成类似于网状的超分子结构，使其具有很多锚定点，还具有一定的自乳化作用，所以无需使用乳化剂，不会出现因乳化剂而造成的缩孔问题，而且这样的结构可使其对底材有一定的润湿作用，故可适当减少润湿剂的用量。这是水性消泡剂的重大变革，它被称为分子级消泡剂，如科宁公司的FoamStar消泡剂系列，其中FoamStar®A 12是增强型矿物油基消泡剂，适用于各种高光纯丙、苯丙和醋丙涂料，其优点是：（1）添加量比传统型消泡剂低1/3甚至1/2，成本至少可降低20%；（2）在贮存期间不会出现普通矿物油型消泡剂的分层问题；（3）用于醋丙和纯丙涂料中特别有效；（4）破泡速度比普通消泡剂快，尤其是破细泡的效果好。

FoamStar®A 34为无矿物油的聚硅氧烷化合物，适用于各种高光泽水性纯丙、苯丙和醋丙涂料，以及水性木器涂料，其优点是：（1）在难消泡的高光泽涂料体系中效果显著，且不影响体系的光泽；（2）在应用时相容性较好；（3）较普通消泡剂破泡速度快，破细泡效果显著；（4）可用于白色水性涂料体系；（5）在贮存期内不会出现普通矿物油型消泡剂的分层问题。

FoamStar®MF 324是一种嵌段聚合物，不含有机硅、矿物油、溶剂和固体化合物，是水性木器涂料、工业涂料和汽车涂料用的高效液态消泡剂，呈现出优异的长效稳定性，不会造成光泽或透明度下降。

Air Products公司的乙炔二醇类分子级消泡剂是兼具润湿性的控泡剂和消泡剂，其品种有Surfynol® MD20，系100%活性、无有机硅，基于Gemini表面活性剂技术的液体产品，用此可减少其他添加剂的用量，并使表面缺陷尽可能减少，长效持久，易添加，具有良好的相容性，不分层。它与其他润湿剂一起使用具有增强作用，宽广的复合范围，能消除微泡，无溶剂，对温度、pH（1～13）稳定，适用于汽车的原始设备制备涂装用涂料（OEM涂料）、木器涂料、工业维护涂料、金属涂料、纸张涂料和建筑涂料，以及印染油墨、润版液等。Surfynol®DF37是一种非离子型乙炔二醇类消泡剂，100%活性，可使水性涂层在浸渍过程中尽可能减少网纹的形成，并能促进低能量表面，如塑料及受沾污或表面处理不当的材料的润湿。

由德国明凌化工集团推出的Agitan类消泡剂为无VOC（挥发性有机化合物）的品种，其中Agitan® 315为改性非离子型脂肪酸复合物、疏水性二氧化硅和药品级液体石蜡的共混物，用于水性乳液体系，特别适用于低气味和无污染的配方中，它与所有常用基料均具有良好的相容性，其用量为0.1%～0.5%；Agitan E 255为在水中乳化的聚硅氧烷共聚体，具有优异的稳定性和消泡持久性，能与水以任何比例相混溶，可在碱性和酸性环境（pH=2～11）下使用，主要用于建筑涂料、工业涂料和木器涂料，以及印染油墨、黏结剂的制备，一般用量为0.05%～0.5%。

通过超分散工艺，可使疏水性组分均匀地分散到载体中，从而制得一种超稳定消泡剂，使分散剂/乳化剂的结合达到最佳，如海名斯公司的产品Serdas 7010、Serdas 7540和Serdas 7580等，这些消泡剂具有优异的贮存稳定性，消泡能力出色。其中Serdas 7010无VOC，是疏水性蜡在矿物油中的超稳定分散体，并含有一种特殊有机硅物质，它不仅消泡高效，且长效，甚至能赋予体系良好的乳化性，对体系的耐擦洗性影响小，具有优异的贮存稳定性，可用于水性黏结剂、填缝剂和密封剂中，其用量为0.2%～0.5%；Serdas 7540是一种有机酯类消泡剂，不含矿物油和有机硅，可直接用于水性涂料体系，特别适用于易产生表面缺陷的涂料体系，如高光泽乳胶漆和低颜料含量涂料体系，在水中非常容易乳化成均匀分散的体系，尤其适用于低黏度涂料体系。在涂料生产、调漆、罐装和施工过程中，Serdas 7540能将体系中的微小气泡聚结上升到表面，从而抑制泡沫的产生，其用量为0.2%～0.5%；Serdas 7580是不含有机硅和矿物油的有机酯类液体消泡剂，在水性体系中极易乳化，具有优异的乳液稳定性，适用于透明涂料，如水性家具漆和镶木地板漆，尤其适用于对凝结、絮凝敏感的体系，它对表面缺陷和附着力损失的风险最小，用量为0.2%～0.5%。

3 我国对消泡剂的需求及其发展趋势［3-4，7-10］

我国生产消泡剂的厂家约40多家，其生产总量约1 000 t。2015年我国建筑涂料产量为538万t，增长率为4.2%。消泡剂是建筑涂料配方中必不可少的原材料，以平均添加量为0.3%计，则2015年建筑涂料所需的消泡剂为1.6万t，估计今后用量还会增加，目前我国消泡剂产量远不能满足市场需求。

同时，我国的消泡剂技术与国外相比还有不小的差距，特别是在高性能水性消泡剂方面还是空白，因此需要加强研发工作，以满足市场需求。

针对目前我国水性消泡剂的现状和市场需求，今后需要在以下几方面进行研发：

（1） 开发新型高活性消泡剂，如分子级消泡剂、超稳定型消泡剂；

（2） 开发多功能消泡剂，如兼具润湿或乳化等功能的消泡剂；

（3） 开发高黏度、高弹性涂料用的强力型消泡剂；

（4） 开发消泡剂的复配技术，如聚醚与有机硅的复配技术；水溶性或油溶性聚醚与含硅聚醚的复配技术；有机硅化合物与表面活性剂的复配技术等；

（5） 对聚醚类与有机硅类消泡剂改性的新品种。

1 林宣益.涂料助剂［M］.第2版.北京：化学工业出版社，2006.

2 耿星.现代水性涂料助剂手册［M］.北京：中国石化出版社，2007.

3 王芸，吴飞，黄治平.消泡剂的研究现状与展望［J］.化学工程师，2008（9）：26-28.

4 黄劲松，张庆怀.我国消泡剂的工业现状与发展趋势［J］.安徽化工，1999（5）：6-7.

5 王云斐，刘云. Gemini型表面活性剂的合成进展［J］.精细化工，2004（2）：98-103.

6 林宣益.水性涂料用助剂［J］.涂料工业，2006（10）：36-42.

7 王俊艳.消泡剂的研究及其发展趋势：“中国化工学会2010年石油化工学术年会”论文集［C］.上海：中国化工学会石油化工专业委员会，2010.

8 Bieleman，Johan. New Generation of Ultra Stable Antifoaming Agents for Waterborne Systems［J］. Paint & Coatings Industry，2001（8）：54-60.

9 王东明.水性消泡剂国产化项目的系统评估［J］.管理观察，2010（25）：179-180.

10 林宣益.新常态下的建筑涂料行业——2015年的现状和发展：“2016年中国涂料、颜料行业工作年会”论文集［C］.北京：中国涂料工业协会，2016.

The Status and Development Trend of Antifoaming Agent for Water-Based Coatings in China

Zhao Jinbang

The development history of antifoaming agent for water-based coatings in China，the varieties and limitations of current antifoaming agent，and new generation antifoaming agent and its characteristics were expounded. The demand and development trend of antifoaming for water-based coatings in China were also prospected.

antifoaming agent for water-based coatings；traditional antifoaming agent；molecular level antifoaming agent；ultra stable antifoaming agent

TQ 630.4+9

A

1009-1696（2016）06-0025-04

2016-05-19

赵金榜，男，教授级高级工程师，曾任上海市涂料研究所总工程师，长期从事各类涂料的研发及情报信息工作。