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水性工业涂料表面控制技术----基材润湿剂

   日期:2020-03-20     浏览:3276    评论:0    
核心提示:水性工业涂料因为涂料本身表面张力高、工业施工基材的复杂多样,往往会产生很多因漆膜与基材润湿不充分的表面缺陷,基材润湿剂作为表面控制的重要添加剂之一,用于水性工业涂料可防止因涂料基材润湿不良产生的表面缺陷,并提高漆膜的耐性和外观效果。

水性工业涂料表面控制技术----基材润湿剂

 供稿:刘木林/上海中基行化工有限公司

      水性工业涂料因为涂料本身表面张力高、工业施工基材的复杂多样,往往会产生很多因漆膜与基材润湿不充分的表面缺陷,基材润湿剂作为表面控制的重要添加剂之一,用于水性工业涂料可防止因涂料基材润湿不良产生的表面缺陷,并提高漆膜的耐性和外观效果。

 一、什么是基材润湿剂:

      基材润湿剂属于表面活性剂,基材润湿剂通过降低漆料的表面张力及其特殊的界面作用方式来达到对施工基材润湿的目的,它与颜料润湿同属表面活性剂,都具有表面活性剂的属性,只是侧重功能不同,颜料润湿剂侧重的是对颜料表面的润湿来达到提高颜料分散及展色性能。而基材润湿侧重的是对工业基材的润湿,以避免因基材润湿不充分带来的涂覆不匀、缩边、油缩,流平等问题

 二、基材润湿剂的作用机理:

      传统的基材润湿理论:是通过降低漆料的动静态表面张力来对基材润湿,以达到漆膜表面的控制能力,一般来讲,静动态表面张力越低,基材润湿能力就强,漆膜产生油缩、缩边、针孔等现象就减少。但法国西谱森化学公司科研人员通过相关实验证实,虽然降低液体表面张力的大小是影响基材润湿能力重要因素之一,但基材润湿在界面的作用方式也不可忽略,传统的基材润湿都是通过界面的单相作用,而西谱森星状基材润湿则是通过多相作用,效率明显增强。通过这一理论,对基材润湿剂的评价就变得更加科学。

 

三、基材润湿剂的抑破泡性机理:因表面活性剂起始端的特殊疏水结构,在优异的动态表面张力作用下使得基材润湿剂对水性涂料有较好的抑破泡能力。

什么是动态表面张力?

动态表面张力的描述:

      动态表面张力也叫界面张力是含有表面活性剂的液体在特定界面或表面时段的数值,它不同于静态的平衡值(静态表面张力)。

      当液体吸收表面活性剂后带来动态表面张力或界面张力下降,这个下降过程持续到静态平衡值的到达。它下降的时间取决于表面活性剂的扩散及吸收效率。

动态表面张力的图解:


 

四、水性工业漆的基材润湿剂要求、类型及如何最优化选择,

      水性工业漆目前使用的基材润湿剂不但需要非常好的润湿力还要有一定的抑消泡性,基材润湿剂主要有聚醚有机硅、星状聚醚、炔二醇醚等化学成分类型。他们的化学成分不同,对消泡及基材润湿的贡献就有所不同。选择时最主要的是评估是基材润湿力并兼顾抑泡消泡性能。最后还要考虑到树脂相容性、光泽、耐性等。

 4.1聚醚有机硅 聚醚有机硅化学结构以有机硅为疏水端聚醚为亲水端。化学结构式图示。当前在水性工业漆中比较成功应用的大多是以三硅烷作为起始剂原料,经过系列的化学处理后再催化醚化而成,其性能主要是提供比较好的基材润湿力,但抑消泡能力不足。双子结构的有机硅聚醚是在普通有机硅烷的基础上通过反应性连接基团扩展再表面活性化,在消泡及基材润湿力上有比显提升。但不管是单子还是双子型有机硅基材润湿剂,都利用了极低表面张力的有机硅,形成类似伞型结构,来达到快速降低表面张力目的,最终在涂层表面会形成一定的强疏水微观界面,对层间附着力及重涂性有一定影响,添加时应控制在合适范围。

 典型型号:Sinpols 830 (静态表面张力   20.4  0.1%浓度  轻微抑泡)

                    Sinpols 850 (静态表面张力   20.7  0.1%浓度  有起泡性)

                  Sinpols 530 (静态表面张力   23.4  0.1%浓度)

 4.2星状聚醚 具有星状结构的聚醚,化学结构式图示,疏水端选择比较多样性,不含有机硅结构,亲水端乙氧基化。不会产生层间附着及重涂的问题。它的基材润湿能力主要来源于他优异的的动态表面张力和星状结构多相作用,抑消泡能力源于其特殊星状疏水结构及优越的动态表面张力。西谱森化学拥有多种型号的专利级星状聚醚基材润湿剂,不同规格对抑泡及基材润湿的侧重点有所不同。

       典型型号:
        PAG30( 侧重消泡,可作为消泡剂使用)
        PAG33 (侧重基材润湿及抑泡性)
        PAG40 (兼顾强的消泡抑泡及基材润湿)

 

4.3炔二醇醚  具有炔二醇结构的聚醚,典型化学结构图示,其性能的影响主要来自于炔二醇的双子特殊结构,目前市场通常以癸炔二醇聚醚为主,但十二碳炔二醇聚醚性能更优。炔二醇类产品主要有比较好的动态表面张力,在水中扩散速度快,有好的破抑泡力,不影响重涂及层间附着,但基材润湿能力相对不足。在水性工业漆中主要以抑消泡助剂方式添加。为达到更好的基材润湿力需搭配聚醚有机硅或星状聚醚。

 典型型号:Sinpols 465  

                    Sinpols 485

 


 

五、聚醚有机硅、星型聚醚  炔二醇醚在水性工业漆中的应用图示

1、星型聚醚的基材润湿效果


 

 

2、星型结构润湿剂的消泡性能图

 
 

六、常见因表面张力影响的涂层缺陷

       水性工业漆的表面缺陷都是由于液体涂料、基材和污染物表面张力的差异和变化引起的。 主要的由以下几个现象。

6.1、桔皮:仅在喷涂工艺后才能观察到的典型缺陷外观。影响这种缺陷的三种主要因素,包括喷涂液体的黏度、喷涂条件如温度、压力或空气/液体比例以及液体的表面张力。前面两种因素很大程度上取决于涂装人员。第三种因素涂料配方设计师可以控制。降低液体的表面张力可以使相同喷涂条件下的液滴变小,提高了喷涂后单个液滴的流动性。

 

6.2、鱼眼:鱼眼是由于底材润湿度不充分引起的。 当液体涂料的表面张力比底材的表面张力高时,就会发生这种现象, 在该表面上的涂料没有铺展开。 通过降低液体的表面张力可以改善铺展情况。

 

6.3、缩边:在底材的边缘会出现缩边现象,因为涂膜在边缘处表面比其他地方的表面大,所以边缘处溶剂挥发速度更快,导致边缘处表面张力的增加速度比其余地方更快。 较高的表面张力会导致表面收缩,因为固化时,涂膜会试图形成更小的总体积。 通过降低液体的表面张力可避免这个问题。

 

6.4、发花(贝纳德小孔)和条纹-发花和条纹与干燥阶段液体涂料的工艺流程有关。 密度和表面张力的差异会导致材料从涂膜的底部到上部产生紊流。 在有色体系中,颜料会根据其流动性的不同在不同的区域发生沉降。 在水平表面上,这种发花呈现六边形图案,称为贝纳德小孔。 条纹的产生也是相同的原因,会出现在垂直表面,呈现为线状图案。 通过将干燥过程中表面张力的差异最小化,可以避免这种缺陷。                              

 


 

 

 

 
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