【表面活性剂】超凡的附着力--新型超润湿助剂解决水性涂料附着力问题

发表于2015/8/21 9:09:27| 次阅读| 来源欧洲涂料杂志| 作者ECJ

摘要：为满足当今产品标准要求，新树脂技术和有色金属基材应用日益广泛，这给配方设计带来巨大的挑战。使用水性涂料时，常面临基材润湿、重涂和外观等问题。

基材润湿的基本参数

许多表面活性剂可以通过降低配方的表面张力，使其等于或小于待涂覆基材的表面张力，来提高基材和粒子间的润湿性。水的表面张力为72 mN/m, 一般涂层基材的表面张力范围为35～45 mN/m，因此，必须使用表面活性剂以降低水性涂料的表面张力，使其在基材上平滑流动。

γSA, γSL 和γLA 分别代表固- 气、固- 液、液-气的界面张力
图4 润湿剂促进基材和粒子润湿

此外，为实现润湿作用，接触角必须小于90o。接触角大于90o会使基材表面涂层起珠。图4说明，如何降低涂层表面张力使其低于基材的表面能，从而最终形成具有优良润湿性的涂层。

一些基材的表面能可能小于35 mN/m，使涂装困难。这种情况下，有两种解决方法。第一，基材进行表面处理，提高基材的表面能，使涂层和基材之间的润湿更容易。当第一种方法不可行时，涂料配方设计必须使用更强的表面活性剂，包括超润湿剂, 以获得低表面张力，使得涂料润湿基材表面。

表面活性剂的化学分类

表面活性剂的分类有多种方式。按其性质可以分为非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂。通常依据应用领域及配方中其他组成成分，来决定选择何种表面活性剂。阴离子表面活性剂是用量最多也是最常用的一类，其中包括烷基苯磺酸盐、脂肪酸皂和二烷基磺基琥珀酸盐等[4]。尽管使用这类表面活性剂可以提供良好的润湿性且成本相对低，但却有一个主要缺点，即容易起泡。因此，涂料配方设计时必须加入高效消泡剂，而这又会导致涂膜缺陷和不美观的问题。

非离子表面活性剂是优良的润湿剂和乳化剂，其中许多是聚氧乙烯醚类物质[4]。前面提到的Gemini表面活性剂及其衍生物以及硅氧烷表面活性剂和含氟表面活性剂都属于这一类。

最后用量最少的一类是阳离子表面活性剂。因它会和体系中的所有阴离子反应，在涂料中并不常用。但是，有时它们会用作固态粒子分散剂或乳化剂[4]。尽管三类表面活性剂都可以提供优良的润湿性，但在动态条件下，表现不同，呈现出不同的起泡情况。

用超润湿表面活性剂改善性能

当基材的表面张力低于典型值35 mN/m时，传统的表面活性剂不再有效，会发生什么呢？具有如此低表面能的表面可能包括塑料表面、木材表面或前处理差的表面或油沾污的金属表面。若要配制低VOC涂料(即VOC含量低于100 g/L甚至低至0)，面临的问题会更多，此时只能用少量溶剂来改善涂层的流平、流动和外观。在这种情况下，可以使用超润湿表面活性剂来达到理想的润湿性。

图5 传统的硅氧烷表面活性剂和有机超润湿表面活性剂润湿性对比

超润湿表面活性剂是一类具有特殊结构的表面活性剂。能有效地吸附和聚集在界面，减小低表面能基材的动态表面张力，缩短润湿时间，减小接触角，如图 5所示。超润湿表面活性剂可以是硅氧烷类的物质或有机物。人们已经认识到，实际上是超润湿表面活性剂分子中疏水部分的致密结构起到关键作用，使其具有超润湿性[5-9]。