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底材润湿剂
阅读：1152 发布时间：2010-3-30
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提供商
美国科诺工业有限公司 （战略投资公司：上海梭伦信息科技有限公司）
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润湿是指液体兴头材表面展布的作用。同时，也是每种涂料施工应用的前提。在低能量表面，如在具有低表面能的底材或被尘埃物或液体污染（如油脂等），底材湿润是困难的。在这些情况下，湿润不足会引起如缩边、爬缩及附着力差等涂膜缺陷（图1）。
湿润的好坏可用液滴在底材表面所形成的接触角
确定。
确定。
当接触角
不太大时，表示涂料对底材的润湿良好。
不太大时，表示涂料对底材的润湿良好。
在式子中，γs代表底材的表面能，γl代表涂料的表面能。γsl代表涂料与底材间的接口能。相应的能量γ是能量差的外延，此能量差是空气接口或液体接口的能量和分子在固相中的能量之差。
通常我们使用的“表面能”和“表面张力”两个术语是可互换的，表面张力是物质在空气界面能量的量度。当一种固体物质组成不变时，其表面张力数据是不变的。对液体而言，我们则可以通过加入表面活性物质，来改变其表面张力。通过调节表面活性物质在空气接口的温度，可地控制接触角的数值。
当接触角
大于零，在施工涂膜厚度低时，可能导致湿润不足。然而，足够的涂膜厚度仍能涂层均匀。
大于零，在施工涂膜厚度低时，可能导致湿润不足。然而，足够的涂膜厚度仍能涂层均匀。 一种理想的的涂料，可被认为是在相应的底材上接触角
=0。液体的延展系数为S。这里S=0或S＞0，为了使底材表面适当的润湿。S必须是正值。
=0。液体的延展系数为S。这里S=0或S＞0，为了使底材表面适当的润湿。S必须是正值。
在实际情况中，涂料在施工时液体与润湿表面的表面张力能数据很难测出，而且所得的值相比之下通常较小，所γsl的值可以忽略不计。
从上述（A）、（B）表达式中，我们因此可以得到一些综合结构
当底材表面能（γs）相对高时，容易涂布。
当底材表面能（γl）相对低时，容易润湿。
当液体表面能（γl）小于底材表面能（γs）时，润湿效果特别好。
常用的溶剂表面张力范围在14mN/m（异戊烷）至73mN/m（水）之间。特别目前的水性兴头系统，在具有低表面能的底材上很可能出现润湿的问题。
表1：纯液体的表面张力
| 液体 | 表面张力（mN/m） |
| 水（滴在PTFE上的水珠） | 73 |
| 丁二醇 | 30 |
| 甲苯 | 29 |
| 异丙醇 | 22 |
| 正辛烷 | 21 |
| 六甲基二硅氧烷 | 16 |
| 异戊烷 | 15 |
测定液体的表面张力常用环移除法（du Noüy Ring Method）；放置一个铂一银环到一定量的待测液体中，然后慢慢提起环。此时，环里液体在空气界面形成薄膜。
直接测量拉动此薄膜所需的力即为液体的表面张力（图2）。该方法特别适用于分析比较各种表面活性物质的水溶液和溶剂型清漆系统的表面张力变化情况，对于含有颜料的系统，由于颜料防碍薄膜的稳定，因而所测数据不。
各种底材的表面张力如表2所列。非极性基（各种塑料和聚合物，如聚四氟乙烯）的表面张力很低，从理论上讲，纯水是不能润湿这类底材。
表2：各种底材的表面张力
| 底材 | 表面张力（mN/m） |
| 铜 | ～50 |
| 铝 | ～40 |
| 聚酯 | 43 |
| 聚乙烯 | 36 |
| 聚丙烯 | 30 |
| 石蜡 | 26 |
| 聚四氟乙烯（PTFE） | 20 |
如何改善润湿状况？
改善底材的润湿状态，可循以下二条途径：
通过清除底材表面的油和污染物，或使用放电处理、火烧、酸洗或验洗技术来提高基材的表面能。
使用特别的助剂，降低涂料的表面张力。
Tego Chemie Service GmbH特制的底材润湿剂，只须添加较少的数量，便可达到降低由油墨表面张力的目的。这意味着原来很难或不能涂布水性涂料的底材，在润湿剂的帮助下，变得易于涂布。
底材润湿剂的原理
与常表面活性剂一样，底材润湿剂分子同时含有疏水和亲水两部分基团。根据这样的分子结构，必然会发生分子定向，使液体表面张力急剧地下降。分子的非极性部分停留在液面向着空气的方向，极性部分停留在水相中。
多数极性分子部分含有离子型物质或聚醚链段。疏水部分常使用聚烷烃，特殊的也有用氟化基团或聚硅氧烷链。
碳氢化合物或氟碳化合物的比较？
一种底材润湿剂的效果取决于在其小使用量下也能降低系统的表面张力。同时在其应用过程不会发生某些不良副作用，如涂层间附着力不良，容易起泡，增加系统的水敏感性等，硅酮系列产品中，如亲水的硅酮聚醚分子已被开发应用（图5）。
我们已经发现了一种非常有效的分子结构，它可以降低水性涂料表面张力而没有副作用。它就是Wet KL 245和Wet 265，它们降低表面张力的性能比碳氢化合物活性剂要好。而且被证明比较高分子量的硅酮表面活性剂更有效。根据终表面张力指标来评价，硅酮表面活性剂不及氟碳化合物。
表3：表面活性剂溶液的表面张力（0.1%水溶液，25℃）
| 表面活性剂 | 静态表面张力（mN/m） |
| 壬基酚乙氧酯 | 35 |
| 高分子量硅酮表面活性剂 | 31 |
| Wet KL 245 | 21 |
| 非离子型氟聚合物表面活性剂 | 17 |
但表面活性剂对底材的润湿性能不能单从降低表面能张力的能力方面去直接推断。我们建议采用以下简单的试验方法。将50mg重含活性剂的液滴放置于预定的底材，隔一会后，液滴开始展布。效果好的润湿剂产生的圆圈面积将会越大（以cm2/g表示）。各种表面活性物剂得出的值会有很大的差异（表4）。
表4：0.05ml0.1%活性剂水溶液在PVC上的展布
| 表面活性剂 | 面积（cm2/g） |
| 高分子量硅酮表面活性剂 | 5 |
| 非离子型氟聚合物表面活性剂 | 20 |
| 表机表面活性剂 | 20 |
| Wet KL 245 | 160 |
低分子量的硅酮表面活性剂使静态表面张力显著下降，从而产生良好的延展能力，这使它们成为用于苛刻底材（难于润湿），如塑料和金属类涂料的理想底材润湿剂。对于木质底材，由于它多孔的润湿作用，它们早已备受欢迎。在这方面，我们特别Wet 265。
在高动态施工工程中，如印刷，静态表面张力是次要的。施工期间，特别高流动性的表面活性剂可在新形成的表面非常迅速地排列，即使在高动态环境下，它们也可降低表面张力。
动态表面张力的测量，可借助于大气泡压力法。该测量结果可预示相关的性能。一根毛细管放入含表面活性剂的试验液体中，气泡在管内形成。我们可测量的压力。此压力与这些气泡量下的液体的动态表面张力成正比。
表面活性剂在新形成表面的排列速度越快，则动态表面张力的数值随气泡速度的增加（图6）。
图中可清楚看出，*的无硅酮及无溶剂表面活性剂Wet 500，在高动态环境下，提供了优于其它表面活性剂优点。然而，它对静态表面张力的下降能力不很强。
此外应该提到，在水性涂料和印刷油墨中，Wet 500亦有泡沫抑制和放气作用。
对于动态表面张力，有趣的是硅酮表面活性剂的性能明显优于含氟表面的活性剂，而对于表态表面张力则相反。
底材润湿剂的正确选择
对于的系统，选择底材润湿剂通常有若干准则，重要的是根据施工或应付不同问题来选择。因此，一种助剂的适用性主要取决于施工。
例如含氟表面活性剂可大大降低表态表面张力，而在刷涂和喷涂施工中表明，它对防止和消除由污染引起的缩孔现象非常有效。
硅酮表面活性剂涉及各种不同的施工范围，而特别适用于难以润湿的底材，并改善涂料的渗透性能。
特殊的有机表面活性剂（Wet 500）一般在高动态施工过程中也能改变润湿和流动性能。此外，根据其组成，它们可以抑制泡沫并促进脱泡。
典型的应用
附图是硅酮表面活性剂的应用实例。图7所示，一种水性涂料应用在附着于铝板上的PVC塑料的情况。
由于PVC塑料的表面张力低，水性涂料呈现的缩边现象，通过使用Tego表面活性剂，问题得到了解决。
图8显示出用有机硅改性聚酯涂料涂布于含PTFE污染表面，通过应用Wet KL 245，表现出良好的润湿性。
尽管表面张力下降的程度不足以液态涂料在受污染底材上展布，但在接触角已减小且有足够厚的涂布下可得到均匀涂层。