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底材潤濕劑
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美國科諾工業(yè)有限公司 （戰(zhàn)略投資公司：上海梭倫信息科技有限公司）
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潤濕是指液體興頭材表面展布的作用。同時，也是每種涂料施工應(yīng)用的前提。在低能量表面，如在具有低表面能的底材或被塵埃物或液體污染（如油脂等），底材濕潤是困難的。在這些情況下，濕潤不足會引起如縮邊、爬縮及附著力差等涂膜缺陷（圖1）。
濕潤的好壞可用液滴在底材表面所形成的接觸角確定。
當(dāng)接觸角不太大時，表示涂料對底材的潤濕良好。
在式子中，γs代表底材的表面能，γl代表涂料的表面能。γsl代表涂料與底材間的接口能。相應(yīng)的能量γ是能量差的外延，此能量差是空氣接口或液體接口的能量和分子在固相中的能量之差。
通常我們使用的“表面能”和“表面張力”兩個術(shù)語是可互換的，表面張力是物質(zhì)在空氣界面能量的量度。當(dāng)一種固體物質(zhì)組成不變時，其表面張力數(shù)據(jù)是不變的。對液體而言，我們則可以通過加入表面活性物質(zhì)，來改變其表面張力。通過調(diào)節(jié)表面活性物質(zhì)在空氣接口的溫度，可地控制接觸角的數(shù)值。
當(dāng)接觸角大于零，在施工涂膜厚度低時，可能導(dǎo)致濕潤不足。然而，足夠的涂膜厚度仍能涂層均勻。
一種理想的的涂料，可被認(rèn)為是在相應(yīng)的底材上接觸角=0。液體的延展系數(shù)為S。這里S=0或S＞0，為了使底材表面適當(dāng)?shù)臐櫇?。S必須是正值。
在實際情況中，涂料在施工時液體與潤濕表面的表面張力能數(shù)據(jù)很難測出，而且所得的值相比之下通常較小，所γsl的值可以忽略不計。
從上述（A）、（B）表達式中，我們因此可以得到一些綜合結(jié)構(gòu)
當(dāng)?shù)撞谋砻婺埽?gamma;s）相對高時，容易涂布。
當(dāng)?shù)撞谋砻婺埽?gamma;l）相對低時，容易潤濕。
當(dāng)液體表面能（γl）小于底材表面能（γs）時，潤濕效果特別好。
常用的溶劑表面張力范圍在14mN/m（異戊烷）至73mN/m（水）之間。特別目前的水性興頭系統(tǒng)，在具有低表面能的底材上很可能出現(xiàn)潤濕的問題。
表1：純液體的表面張力
| 液體 | 表面張力（mN/m） |
| 水（滴在PTFE上的水珠） | 73 |
| 丁二醇 | 30 |
| 甲苯 | 29 |
| 異丙醇 | 22 |
| 正辛烷 | 21 |
| 六甲基二硅氧烷 | 16 |
| 異戊烷 | 15 |
測定液體的表面張力常用環(huán)移除法（du Noüy Ring Method）；放置一個鉑一銀環(huán)到一定量的待測液體中，然后慢慢提起環(huán)。此時，環(huán)里液體在空氣界面形成薄膜。
直接測量拉動此薄膜所需的力即為液體的表面張力（圖2）。該方法特別適用于分析比較各種表面活性物質(zhì)的水溶液和溶劑型清漆系統(tǒng)的表面張力變化情況，對于含有顏料的系統(tǒng)，由于顏料防礙薄膜的穩(wěn)定，因而所測數(shù)據(jù)不。
各種底材的表面張力如表2所列。非極性基（各種塑料和聚合物，如聚四氟乙烯）的表面張力很低，從理論上講，純水是不能潤濕這類底材。
表2：各種底材的表面張力
| 底材 | 表面張力（mN/m） |
| 銅 | ～50 |
| 鋁 | ～40 |
| 聚酯 | 43 |
| 聚乙烯 | 36 |
| 聚丙烯 | 30 |
| 石蠟 | 26 |
| 聚四氟乙烯（PTFE） | 20 |
如何改善潤濕狀況？
改善底材的潤濕狀態(tài)，可循以下二條途徑：
通過清除底材表面的油和污染物，或使用放電處理、火燒、酸洗或驗洗技術(shù)來提高基材的表面能。
使用特別的助劑，降低涂料的表面張力。
Tego Chemie Service GmbH特制的底材潤濕劑，只須添加較少的數(shù)量，便可達到降低由油墨表面張力的目的。這意味著原來很難或不能涂布水性涂料的底材，在潤濕劑的幫助下，變得易于涂布。
底材潤濕劑的原理
與常表面活性劑一樣，底材潤濕劑分子同時含有疏水和親水兩部分基團。根據(jù)這樣的分子結(jié)構(gòu)，必然會發(fā)生分子定向，使液體表面張力急劇地下降。分子的非極性部分停留在液面向著空氣的方向，極性部分停留在水相中。
多數(shù)極性分子部分含有離子型物質(zhì)或聚醚鏈段。疏水部分常使用聚烷烴，特殊的也有用氟化基團或聚硅氧烷鏈。
碳氫化合物或氟碳化合物的比較？
一種底材潤濕劑的效果取決于在其小使用量下也能降低系統(tǒng)的表面張力。同時在其應(yīng)用過程不會發(fā)生某些不良副作用，如涂層間附著力不良，容易起泡，增加系統(tǒng)的水敏感性等，硅酮系列產(chǎn)品中，如親水的硅酮聚醚分子已被開發(fā)應(yīng)用（圖5）。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種非常有效的分子結(jié)構(gòu)，它可以降低水性涂料表面張力而沒有副作用。它就是Wet KL 245和Wet 265，它們降低表面張力的性能比碳氫化合物活性劑要好。而且被證明比較高分子量的硅酮表面活性劑更有效。根據(jù)終表面張力指標(biāo)來評價，硅酮表面活性劑不及氟碳化合物。
表3：表面活性劑溶液的表面張力（0.1%水溶液，25℃）
| 表面活性劑 | 靜態(tài)表面張力（mN/m） |
| 壬基酚乙氧酯 | 35 |
| 高分子量硅酮表面活性劑 | 31 |
| Wet KL 245 | 21 |
| 非離子型氟聚合物表面活性劑 | 17 |
但表面活性劑對底材的潤濕性能不能單從降低表面能張力的能力方面去直接推斷。我們建議采用以下簡單的試驗方法。將50mg重含活性劑的液滴放置于預(yù)定的底材，隔一會后，液滴開始展布。效果好的潤濕劑產(chǎn)生的圓圈面積將會越大（以cm2/g表示）。各種表面活性物劑得出的值會有很大的差異（表4）。
表4：0.05ml0.1%活性劑水溶液在PVC上的展布
| 表面活性劑 | 面積（cm2/g） |
| 高分子量硅酮表面活性劑 | 5 |
| 非離子型氟聚合物表面活性劑 | 20 |
| 表機表面活性劑 | 20 |
| Wet KL 245 | 160 |
低分子量的硅酮表面活性劑使靜態(tài)表面張力顯著下降，從而產(chǎn)生良好的延展能力，這使它們成為用于苛刻底材（難于潤濕），如塑料和金屬類涂料的理想底材潤濕劑。對于木質(zhì)底材，由于它多孔的潤濕作用，它們早已備受歡迎。在這方面，我們特別Wet 265。
在高動態(tài)施工工程中，如印刷，靜態(tài)表面張力是次要的。施工期間，特別高流動性的表面活性劑可在新形成的表面非常迅速地排列，即使在高動態(tài)環(huán)境下，它們也可降低表面張力。
動態(tài)表面張力的測量，可借助于大氣泡壓力法。該測量結(jié)果可預(yù)示相關(guān)的性能。一根毛細管放入含表面活性劑的試驗液體中，氣泡在管內(nèi)形成。我們可測量的壓力。此壓力與這些氣泡量下的液體的動態(tài)表面張力成正比。
表面活性劑在新形成表面的排列速度越快，則動態(tài)表面張力的數(shù)值隨氣泡速度的增加（圖6）。
圖中可清楚看出，*的無硅酮及無溶劑表面活性劑Wet 500，在高動態(tài)環(huán)境下，提供了優(yōu)于其它表面活性劑優(yōu)點。然而，它對靜態(tài)表面張力的下降能力不很強。
此外應(yīng)該提到，在水性涂料和印刷油墨中，Wet 500亦有泡沫抑制和放氣作用。
對于動態(tài)表面張力，有趣的是硅酮表面活性劑的性能明顯優(yōu)于含氟表面的活性劑，而對于表態(tài)表面張力則相反。
底材潤濕劑的正確選擇
對于的系統(tǒng)，選擇底材潤濕劑通常有若干準(zhǔn)則，重要的是根據(jù)施工或應(yīng)付不同問題來選擇。因此，一種助劑的適用性主要取決于施工。
例如含氟表面活性劑可大大降低表態(tài)表面張力，而在刷涂和噴涂施工中表明，它對防止和消除由污染引起的縮孔現(xiàn)象非常有效。
硅酮表面活性劑涉及各種不同的施工范圍，而特別適用于難以潤濕的底材，并改善涂料的滲透性能。
特殊的有機表面活性劑（Wet 500）一般在高動態(tài)施工過程中也能改變潤濕和流動性能。此外，根據(jù)其組成，它們可以抑制泡沫并促進脫泡。
典型的應(yīng)用
附圖是硅酮表面活性劑的應(yīng)用實例。圖7所示，一種水性涂料應(yīng)用在附著于鋁板上的PVC塑料的情況。
由于PVC塑料的表面張力低，水性涂料呈現(xiàn)的縮邊現(xiàn)象，通過使用Tego表面活性劑，問題得到了解決。
圖8顯示出用有機硅改性聚酯涂料涂布于含PTFE污染表面，通過應(yīng)用Wet KL 245，表現(xiàn)出良好的潤濕性。
盡管表面張力下降的程度不足以液態(tài)涂料在受污染底材上展布，但在接觸角已減小且有足夠厚的涂布下可得到均勻涂層。