當(dāng)空氣進(jìn)入到液體中時(shí)，由于其不溶于水，當(dāng)有外力作用時(shí)便會(huì)被液體分隔成許多的氣泡，形成一種不均勻的體系。當(dāng)空氣進(jìn)入液體形成泡沫的之后，氣體和液體的接觸面積增加，體系的自由能也隨之而增加。體系自由能的變化可用公式1-1來(lái)表示，如下所示。

??? = ?????（當(dāng)溫度 T 和壓力 P 是常數(shù)時(shí)）       （公式 1-1）

式中   G---體系的自由能；        

γ---液體的表面張力；

A---體系的表面積。

從公式 1-1 可以看到，體系自由能的增加是表面張力和體系表面積共同作用的結(jié)果。可見(jiàn)，泡沫的產(chǎn)生與液體的表面張力有直接關(guān)系。以十二烷基磺酸鈉作為例子，其濃度和表面張力之間的關(guān)系如圖 1-1 所示。

圖 1-1 表明，當(dāng)表面活性劑濃度增加的時(shí)候，在開(kāi)始階段體系的表面張力會(huì)迅速降低，但隨著表面活性劑濃度的進(jìn)一步增加，體系的表面張力不再發(fā)生變化，達(dá)到一種平衡狀態(tài)。Milles 和 Shedlovsky 通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，圖像中最低點(diǎn)的異常是可能是由于體系中所含的雜質(zhì)引起的，或者多種表面活性劑之間發(fā)生相互作用而導(dǎo)致的。圖1-1 中的最低點(diǎn)就是我們平時(shí)所說(shuō)的臨界膠束濃度。因此，當(dāng)表面活性劑的濃度達(dá)到臨界膠束濃度時(shí)，體系中就會(huì)有非常多的表面活性劑，這些表面活性劑足夠在液面上緊密排列，形成一層沒(méi)有空隙的單分子膜層，從而將體系的表面張力降到最低。當(dāng)表面張力變小時(shí)，體系產(chǎn)生泡沫所需要的自由能就會(huì)降低，這將會(huì)導(dǎo)致泡沫很容易產(chǎn)生。

在實(shí)際的生產(chǎn)使用過(guò)程中，為了使制備的乳液能夠穩(wěn)定貯存，我們往往將表面活性劑的濃度調(diào)到臨界膠束濃度之上。這樣做雖然有利于乳液的穩(wěn)定性，但也存在一定的負(fù)面影響。因?yàn)檫^(guò)多的表面活性劑不僅使體系的表面張力降到了最低，而且多余的表面活性劑會(huì)將進(jìn)入乳液的空氣包圍起來(lái)，形成一層比較堅(jiān)固的液膜，在液體表面則形成雙分子膜層，非常不利于泡沫的消除，如圖 1-2 所示。

泡沫是很多氣泡的集合體，而氣泡則是氣體分散在液體中形成的，氣體充當(dāng)分散相，液體充當(dāng)連續(xù)相。氣泡中的氣體可能會(huì)從一個(gè)氣泡跑到另一個(gè)氣泡中，也可能從體系中轉(zhuǎn)移到臨近的大氣中，這就是氣泡的合并與消失。

對(duì)于單一的水或者表面活性劑來(lái)說(shuō)，由于其組成上比較均勻，因?yàn)楫a(chǎn)生的泡沫膜壁沒(méi)有彈性，所以泡沫不穩(wěn)定，很容易自己消除掉。熱力學(xué)理論認(rèn)為純液體產(chǎn)生的泡沫只是暫時(shí)的，泡沫會(huì)因?yàn)槟さ呐乓鹤饔枚簦溥^(guò)程如圖 1-3 所示：

正如前面所提到的，在水性涂料中，不僅有分散介質(zhì)水，還有用來(lái)乳化聚合物的乳化劑以及分散劑、潤(rùn)濕劑、增稠劑等表面活性類涂料助劑，正因?yàn)檫@些物質(zhì)同時(shí)存在于一個(gè)體系當(dāng)中，因此體系中很容易產(chǎn)生泡沫，而且這些表面活性類的物質(zhì)還將對(duì)產(chǎn)生的泡沫起到穩(wěn)定作用，如圖 1-4 所示。

（1）泡沫產(chǎn)生之后，在分子間力的作用之下，表面活性劑會(huì)被吸附到氣泡的膜壁上，親水基伸向起跑外面的乳液中，憎水基則伸向氣泡里面的空氣中，從而在氣泡與乳液的氣液界面上有規(guī)律的形成了一個(gè)具有彈性的膜層，從而抑制了泡沫膜壁的破裂。在泡沫形成之后，氣泡膜壁上的液體會(huì)在重力作用下開(kāi)始向氣泡底部流動(dòng)，這樣就會(huì)導(dǎo)致氣泡的局部膜壁變薄。當(dāng)液膜變薄時(shí)，氣泡存在兩種機(jī)制使其液膜能夠自修復(fù)。一種修復(fù)機(jī)制為：當(dāng)液膜變薄之后，由于液膜的面積增加而使表面張力升高，因此而出現(xiàn)的表面張力梯度使液膜具有收縮的效果，此即 Gibbs 彈性收縮，如圖 1-5。另一種修復(fù)機(jī)制為：出現(xiàn)表面張力梯度以后，氣泡膜壁表面所吸附的表面活性劑分子由表面張力較低的區(qū)域向表面張力較高的區(qū)域移動(dòng)，以使表面張力保持平衡，此即Marangoni 效應(yīng)。在這兩種效應(yīng)的共同作用下，泡沫穩(wěn)定存在。

（2）當(dāng)使用的乳化劑為離子型時(shí)，氣泡的膜壁就會(huì)帶有電荷，由于電荷之間存在較大的斥力，氣泡之間因?yàn)榇嬖谳^大的電荷斥力就不會(huì)聚集，抑制了小泡變大泡然后在消除的過(guò)程。因此對(duì)泡沫的消除不利，穩(wěn)定了泡沫，如圖 1-6 所示。

（3）當(dāng)使用的乳化劑其分子鏈較長(zhǎng)時(shí)，分子鏈之間的引力作用比較強(qiáng)烈，氣泡的膜壁因此而彈性比較好，機(jī)械強(qiáng)度比較大，不容易破裂，從而抑制了泡沫的消除，穩(wěn)定了泡沫。

（4）為了提高水性涂料的粘度，通常會(huì)向體系中加入增稠劑，粘度增加以后氣泡間液體的流動(dòng)就會(huì)受阻，氣泡膜壁就很難變薄，氣泡膜壁的破裂受阻。可見(jiàn)粘度的增加也會(huì)起到穩(wěn)定泡沫的作用，對(duì)于消泡十分不利。