天津赛菲化学科技发展有限公司

联系方式

+86(0)22-23028938

shane@surfychem.com

SKYPE:cary.chem

我们努力进行表面技术应用创新,为您提供水性技术解决方案,共享研究成果,实现共赢

水性技术问题解决专家,推动水性事业发展

基材润湿剂

【表面张力】

水性涂料对基材润湿性的好坏是决定涂料品质的一个重要因素。

怎样能提高水性涂料应用时的润湿性呢?

选择哪种助剂最合适?

作用机理又是什么?

我们经常被问这些问题,它们反应出了涂料生产商认为润湿剂在涂料配方中非常重要。

涂装的作用是把材料表面和涂料用一种最优的方式结合在一起,而润湿现象仅仅发生在一个界面上,基材和聚合物之间的少数分子决定了材料是否得到了合适的保护以及涂膜外观是否有瑕疵,涂料制造商和使用者的成败就在于这些少数组分。

毫无疑问,在应用或是烘干过程中,假如润湿不充分的话,不会形成均匀密闭的涂膜(图1)。

液体在空气界面上的张力被称为表面张力,这是把一个基本粒子从液体内部带到空气界面所需要的能量。液体的模型采用了理想的球形,因为对于特定的体积这种模型是最低的表面或者界面面积。一般而言,这个在表面起作用的界面张力会使液体试图达到一个最小的表面积。

因为液相可以变形,所以它们的表面张力可以直接测定,当纯水的张力表现为73 mN/m时,高挥发性的低脂肪族的溶剂就显示出了最低的值。水性涂料的表面张力不仅与所用的溶剂有关,还与配方中的其他成分有关系,总之表面张力是涂料的一个重要指标。

如图3所示:在液/气或液/气/表面活性剂界面上的相互作用力

(A)在液体内部,分子间的作用力相互抵消;

(B)在界面上,表面张力指向液体内部;

(C)表面活性剂降低了表面张力。


【测量方法】
1.吊环法(测量静态表面张力)

将一个铂铱环放入液体中,使其表面完全被润湿,再将环从液体中慢慢拉出,在环的表面就会形成一个由液体表面构成的薄膜,拉出这个薄膜所需的最大的力就是静态表面张力,因为它与增加薄膜表面所需的能量一致,这是直接测量静态表面张力的方法。

该方法适用于测量慢速施工的水性涂料,对高颜填料量的涂料体系测量值偏低,不可靠。

2.最大气泡法(测量动态表面张力)

在动态张力仪中,气泡以限定的速度产生并通过一根毛细管导入要测定的液体中,在这个过程中产生新的界面(空气泡)所需的压力达到最大值,这个值和动态表面张力有直接的关系。

因为表面活性剂必须在新形成的界面上快速定向,以维持低的稳定的表面张力,所以这个方法可以用来评估表面活性剂在介质中的移动性。

当涂料等水基产品在快速涂布过程中,基材润湿剂必须能够尽快的定向到快速形成的新的界面上,这就是为什么要测定在动态条件下的表面张力。


3.常见溶剂、基材表面张力
液体表面张力(mN/m)基材表面张力(mN/m)
73 大约50
醇酸树脂
33-60 大约40
丁二醇
30
聚酯 43-45
甲苯 29 聚乙烯/低密度 36
异丙醇 22 聚乙烯/高密度 32
正辛烷
21 聚丙烯 30-34
八甲基三硅氧烷 17 石蜡 26
六甲基硅氧烷 16 聚四氟乙烯(PTFE) 20
异戊烷 14

【固体表面润湿的规则】

相对于液相的涂料,基材的表面能是不能直接测量的,紧接着人们开发出很多间接测量的方法,一个最重要的方法是测试不同液体在基材上的接触角。

液体对固体的润湿受液体各组分表面张力的影响。杨氏方程假定所有的力都是平衡的,因此严格来说,它仅仅试用于热力学平衡的情景。不过,因为定性描述所有润湿现象的基础得以建立,所以,下列规则在实践中大多可得到证实:

·高表面能的基材容易被润湿

·低表面能的液体润湿性好

·如果液体的表面能明显小于基材的表面能,那么润湿将会非常理想

【润湿的改善】

润湿会受基材表面特征和涂料配方影响。提高润湿性最好的办法是往液体中添加基材润湿剂,这些具有表面活性的物质,会优先附着在相的分界处,在分界处达到比在相中更高的浓度。

【基材润湿剂的组成和作用方式】

所有基材润湿剂的作用都是降低液相的表面张力,表面活性剂分子至少含有一个亲水基和一个疏水基。疏水基被迫朝向水相外面,亲水基朝向水相,正是这种两性结构造成了他们在界面上的优先定向。

表面活性剂分子的这种排布,形成一个新的低能量的涂料表面,能够更好的润湿低能量的基材表面。

【产品的典型应用】

归根到底,对于一个特定的涂料或是涂料来说,基材润湿剂适用不适用都是由涂布效果说了算的。基础的研究以及客户的经验和实践测试,在基材润湿剂的发展过程中发挥了重要的作用,解决可许多难题。

赛菲涂易乐当前提供的这类助剂包括了一下几种化学类型:

·癸炔二醇(涂易乐FS-204系列多功能表面活性剂

·聚醚改性炔二醇(涂易乐FS-600系列多功能表面活性剂/涂易乐superwet-300系列超级润湿剂

·炔二醇复合物(涂易乐DS-960,涂易乐D-502系列表面活性剂

·硅聚醚表面活性剂(涂易乐DF-54系列消泡剂


对于这些类型都有其不同的应用领域。炔醇类表面活性剂在水性配方中能够提供最低的动态表面张力,在刷涂或喷涂都可以非常有效的防止由污染物引起的缩孔,缺点是有起泡的倾向。

聚醚改性的炔二醇在降低动静态表面张力方面功效相同。在不同的应用领域,对于难润湿的以及被污染的基材来说,它们是可以通用的。在木材等多孔的基材上,它们能大大的改善涂料对木孔的润湿。它们的优点是可以通过对聚醚上链长短的改进,得到一系列所需的特性,比如相容性、低泡和防缩孔的效果。

低分子量的聚醚改性炔二醇在水性体系中的动态表面张力能比碳氢化合物类或者高分子聚醚改性炔醇类要低很多。同时,对于涂覆来说特别挑剔的基材,它们展示出卓越的动态展布特性,使它们能够称为理想的基材润湿剂。

传统表面活性剂降低表面张力的能力越强,其起泡的倾向也就越厉害,而炔醇系列表面活性剂由于其特殊的两亲结构,使其在快速降低表面张力的同时兼具消泡和抑泡效果,这些性能能解决许多特殊问题。我们的目标是加深我们表面活性剂方面在各个领域的拓展,使我们能够帮助客户解决更多的问题。









上一篇:消泡剂的选择
下一篇:涂易乐®表面活性剂--在打印机墨水中的应用