기포는 도료에서 언제나 불필요한 요소입니다. 도료 제조 과정에서 기포가 발생하면 생산 용기에 최적으로 채워지지 않을 수 있습니다. 용기에 도료를 채울 때 문제를 일으키거나(대부분의 문제가 여기서 발생), 도료 도포 중에 표면 결함을 유발할 수 있습니다. 기포는 시각적인 외관에도 영향을 미칠 뿐만 아니라 도료의 보호 기능도 저하시킵니다. 이러한 이유로 소포제는 도료 시스템의 배합에 필수적인 성분입니다.
도료 배합의 거의 모든 성분은 기포 발생에 긍정적이거나 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 도료 기재와 도포 방법도 기포 발생에 영향을 미칩니다. 도료에서 "일반적으로는" 기포가 제거될 수 없습니다. 예를 들어 도료 표면이 스프레이 도포에는 괜찮을 수 있지만, 커튼 코터에 동일한 도료 시스템을 사용할 경우 기포 문제가 발생할 수 있습니다.
우리는 도료에 초점을 맞추고 있기 때문에 액체 기포만 다루며, 액체 기포는 액체 속에 기체(일반적으로 공기)가 미세하게 분산되어 있는 것을 말합니다. 다른 물리적 상태와 비교하여 이러한 유형의 기포의 특징은 기체와 액체 사이에 매우 큰 계면, 즉 기포와 기포를 서로 분리하는 라멜라가 있다는 것입니다. 에너지적인 이유로 각 액체는 그 표면을 가능한 한 작게 유지하려고 합니다. 즉, 기포는 항상 액체상보다 에너지가 높은 상태이며 기포 안정 효과의 결과로만 가능합니다. 액체상의 기포는 생성되자마자 표면으로 상승하게 됩니다. 스토크스의 법칙(Stokes' law)에 따르면, 상승률 v는 기포의 반경 r과 액체의 점도 η에 따라 달라집니다.
기포가 표면에 도달하면 기포 라멜라, 즉 기포 주변의 얇은 액막에서 액체가 배출됩니다(배수 효과). 라멜라가 점점 얇아지고 두께가 약 10nm 미만이 되면 라멜라가 찢어지고 기포가 터집니다. 설명한 대로 공정이 진행되면 안정된 기포 방울이 생성되지 않으므로 어떤 기포 문제도 없습니다. 예를 들어 순수한 액체가 이에 해당합니다. 순수한 액체에는 기포가 발생하지 않습니다.
안정된 기포 방울이 생성되려면 액체상에 기포 안정 물질이 존재해야 합니다. 일반적으로 이는 표면 활성 물질(계면활성제)로, 분자에 소수성 및 친수성 화학기가 포함되어 있다는 특징이 있습니다. 이러한 구조 덕분에 액체/기체 계면에서 배향이 가능하고 계면 장력을 줄여 안정된 기포에 필요한 요건을 만들 수 있습니다. 수성, 무용제 또는 유기 용제 사용 여부에 관계없이 모든 도료 배합에는 화학적 특성과 기원이 다양한 이러한 유형의 표면 활성 물질이 다수 포함되어 있습니다. 이러한 이유로 모든 도료 시스템에서 원칙적으로 기포 형성을 예상해야 합니다.
기포의 수명 이력을 관찰하면 설명한 배수 효과로 인해 시간이 지남에 따라 액체가 손실되어 구조가 변경되는 것을 확인할 수 있습니다. 기포가 생성된 직후에는 여전히 비교적 높은 수준의 액체를 함유하고 있는 것이 특징이며, 따라서 이러한 유형의 기포는 기포가 여전히 구형이고 서로 거의 변형되지 않기 때문에 "습식 기포" 또는 "구형 기포"라고 불립니다. 그런 다음 액체가 기포 라멜라에서 빠져나가면(배수 효과) 라멜라가 더 얇아지고 기포가 서로 더 가까이 이동하여 변형되면서 다면체가 됩니다. 이 기포를 이제 "건식" 또는 "다면체 기포"라고 합니다.
역효과가 없다면 기포 라멜라가 점점 더 얇아짐에 따라 이러한 배수 효과로 인해 기포가 붕괴될 수 있습니다. 이러한 효과 중 하나는 기포 안정 물질인 계면활성제의 화학 구조에서 비롯됩니다. 수성 시스템에서 친수성기는 이온적으로 구성됩니다. 계면활성제로 덮여 있는 기포 라멜라의 두 계면은 액체가 빠져나가면서 점점 더 가까워져 결국 라멜라를 가로질러 상호 작용하게 됩니다. 서로 같은 전하가 서로를 밀어내고, 계면활성제 분자 사이의 정전기 반발력으로 인해 기포의 추가 건조와 붕괴가 방지됩니다.
또 다른 안정 효과는 기포 라멜라의 탄성에서 비롯됩니다. 라멜라가 약간 늘어나면 같은 수의 계면활성제 분자가 더 큰 표면에 분포되므로, 이러한 늘어남으로 인해 늘어난 영역의 계면에서 계면활성제 농도가 떨어지게 됩니다. 그러나 표면의 계면활성제 농도가 감소하면 표면 장력이 증가하여 라멜라가 에너지적으로 유리한 상태로 돌아갑니다. 이러한 표면 장력(γ)의 차이는 물과 계면활성제의 혼합물이 라멜라의 몸체와 표면에서 이전에 늘어난 라멜라 영역으로 배출되는 시스템에 의해 보상됩니다. 이 특별한 기포 안정 효과를 깁스-마랑고니(Gibbs-Marangoni) 효과라고 합니다.
