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表面張力儀測試添加消泡劑后起泡液、水性丙烯酸膠黏劑的變化(二)
來源:建筑材料學報 瀏覽 695 次 發(fā)布時間:2024-09-04
2結(jié)果與討論
2.1動態(tài)表面張力
圖1是添加消泡劑后起泡液(0.2%二異辛基琥珀磺酸鈉鹽水溶液)的動態(tài)表面張力r(t)與時間t的關(guān)系圖。由圖1可以看出:在同樣的添加量下,分子級消泡劑(消泡劑1、2)可使起泡液具有更低的動態(tài)表面張力,這與其雙子結(jié)構(gòu)有關(guān);有機消泡劑(消泡劑3、4)在起泡物質(zhì)的協(xié)同作用下,也具有一定的降低起泡液動態(tài)表面張力的能力;在起泡液中,不論是加入分子級消泡劑還是有機消泡劑,在時間趨于1s時,其表面張力都低于36mN/m.
圖1添加消泡劑的起泡液動態(tài)表面張力圖
2.2吸附動力學
圖2是截取圖1中極短時間的動態(tài)表面張力γ(t)與極短時間范圍t1/2的關(guān)系圖。由圖2可知:消泡劑的動態(tài)表面張力與時間的平方根呈線性關(guān)系,說明消泡劑在起泡液中極短時間范圍內(nèi),整個吸附過程由擴散控制。
圖2添加消泡劑的起泡液極短時間γ(t)~t1/2線性擬合圖
極短時間擴散系數(shù)可依據(jù)吸附方程(1)求出:
式中:γ(t)是溶液的動態(tài)表面張力;γ0是溶劑水的表面張力;C0是表面活性劑的濃度;D是表面活性劑的擴散系數(shù)。
擴散系數(shù)是指單位時間內(nèi)物質(zhì)通過單位擴散通道橫截面的質(zhì)量。擴散系數(shù)越大,物質(zhì)擴散能力越強。利用擬合曲線斜率代入式(1),可以求得消泡劑在起泡液中極短時間范圍的擴散系數(shù),消泡劑1、2、3、4的擴散系數(shù)D分別為4.67×10-6、2.43×10-6、1.33×10-5、9.24×10-6m2/s,在10-5到10-6數(shù)量級。
2.3消泡劑添加方式的性能測試方法
表1是消泡劑在起泡液中不同測試方法和添加方式下的消泡性能。由表1可以看出:同樣為前添加消泡劑的乳液,搖瓶法研究表明消泡劑都具有不錯的消泡能力,鼓氣法研究結(jié)果整體都比搖瓶法差;消泡劑1因為沒有接枝強疏水基團且有效成分偏低,呈現(xiàn)負效應;消泡劑2中烷醇的極性低于炔醇,但是有效成分更高,所以消泡力度略強;消泡劑3和4因為烴油結(jié)構(gòu)和疏水顆粒成分,無論是針對大泡還是小泡,均表現(xiàn)出很強的消抑泡性能。搖瓶法偏重研究消泡劑的消泡性能,鼓氣法偏重于研究消泡劑的抑泡性能。
用鼓氣法研究了不同的消泡劑添加方式,由表1可以發(fā)現(xiàn)后添加方式比先添加方式的初始泡沫明顯降低。后添加方式的消泡劑大量聚集于泡沫表面,破壞了氣液界面的平衡。雖然在實際生產(chǎn)過程中以先添加方式為主,但試驗結(jié)果給出了制備工藝改進的思路。
表1消泡劑在起泡液中不同測試方法和添加方式下的消泡性能
2.4相容性
表2是消泡劑與起泡液的相容性。由表2可見:消泡劑1與起泡液有很好的相容性;消泡劑2與起泡液相容性一般。與消泡劑1相比,消泡劑2中的有效成分含量為100%,遠高于消泡劑1的25%.由此可見,對炔二醇改性的消泡劑與起泡液的相容性與其有效成分是成反比的。由表2還可見,消泡劑3和4與起泡液的相容性都很差,這與油的不相容性有關(guān),加入起泡液中會形成部分乳化和部分漂浮,形成渾濁液。
結(jié)合圖1和表1、2可知,消泡劑與起泡液的相容性越差,起泡液動態(tài)表面張力越高,消泡性能越好。
表2消泡劑與起泡液的相容性
2.5消泡機理
分子級消泡劑的加入,使起泡液的動態(tài)表面張力明顯下降,鋪展的同時會在界面上形成明顯的表面張力差,使得液膜內(nèi)應力不均勻,處于非平衡狀態(tài),從而幫助加快泡沫的衰減。因此從消泡機理上分析,適用于“架橋~鋪展”機理。
有機消泡劑中的有機蠟或有機硅為疏水顆粒,當油橋形成時,疏水顆粒由于其疏水性和不能變形,會被泡沫膜和起泡液反潤濕,最終油、水和空氣三相界面相互連接,泡沫膜在消泡劑分散體表面穿孔而破裂,適用于“架橋~脫濕”機理;而具有降低表面張力作用的消泡劑,在油滴鋪展的同時,油膜會在油~氣、油、水界面形成不規(guī)則的泡沫膜結(jié)構(gòu),且不規(guī)則結(jié)構(gòu)促使泡沫膜被逐漸拉伸變薄而破裂,符合“架橋~鋪展”作用機理。因此有機消泡劑的消泡機理可以認為既適用于“架橋~脫濕”機理,又適用于“架橋~鋪展”機理。
2.6消泡劑對水性丙烯酸膠黏劑乳液性能的影響
表3是在水性丙烯酸膠黏劑乳液中添加消泡劑后性能測試的結(jié)果。由表3可見:在水性丙烯酸膠黏劑乳液中,消泡劑1、2、3應用在涂布上沒有任何缺陷,這說明這幾種消泡劑在乳液中的輕微浮油對涂布性能沒有影響;而消泡劑4因為在乳液中有大量浮油,隨涂布遷移到基材表面,容易造成縮孔等缺陷。
表3消泡劑對水性丙烯酸膠黏劑乳液性能的影響
消泡劑的消泡能力與乳液的相容性成反比關(guān)系。消泡劑1和2與乳液的相容性最好,但因為部分溶解于乳液中,使消泡強度減弱;而消泡劑4與乳液的相容性最差,雖然具有極強的消泡性,但是因為過于疏水而難與乳液相容,所以容易造成表面缺陷。消泡劑3與乳液的相容性與消泡能力較為平衡,是最佳的消泡劑選擇。
添加不同消泡劑后,水性丙烯酸膠黏劑乳液的D50粒徑和D90粒徑?jīng)]有顯著變化。熱老化前后的黏度變化也在1mPa·s之內(nèi),在可接受的浮動范圍。表明消泡劑的加入對水性丙烯酸膠黏劑乳液的粒徑、黏度和熱穩(wěn)定性沒有顯著影響。
3結(jié)論
(1)在極短時間范圍內(nèi),0.2%用量的消泡劑在起泡液中的動態(tài)吸附過程由擴散控制,擴散系數(shù)在10-5到10-6數(shù)量級。
(2)分子級消泡劑適用“架橋~鋪展”的消泡機理,有機消泡劑對于“架橋~鋪展”和“架橋~脫濕”消泡機理都適用。
(3)消泡性能測試方法中,搖瓶法偏重研究消泡劑的消泡性能,鼓氣法偏重于研究消泡劑的抑泡性能。添加方式中后添加比先添加表現(xiàn)出更好的消抑泡性能。
(4)在水性丙烯酸膠黏劑乳液中,消泡劑與乳液的相容性和消泡能力成反比。消泡劑的加入對水性丙烯酸膠黏劑乳液的黏度、粒徑和存儲穩(wěn)定性無顯著影響。