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底材潤(rùn)濕劑
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美國(guó)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(rùn)濕是指液體興頭材表面展布的作用。同時(shí)，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(rùn)是困難的。在這些情況下，濕潤(rùn)不足會(huì)引起如縮邊、爬縮及附著力差等涂膜缺陷（圖1）。
濕劑%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)網(wǎng)%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用行業(yè)*門(mén)戶.files/2007719145325833.jpg)
濕潤(rùn)的好壞可用液滴在底材表面所形成的接觸角濕劑%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)網(wǎng)%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用行業(yè)*門(mén)戶.files/200771914535452.jpg)
確定。
確定。濕劑%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)網(wǎng)%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用行業(yè)*門(mén)戶.files/2007719145336107.jpg)
當(dāng)接觸角濕劑%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)網(wǎng)%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用行業(yè)*門(mén)戶.files/2007719145348516.jpg)
不太大時(shí)，表示涂料對(duì)底材的潤(rùn)濕良好。
不太大時(shí)，表示涂料對(duì)底材的潤(rùn)濕良好。濕劑%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)網(wǎng)%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用行業(yè)*門(mén)戶.files/200771914540753.jpg)
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(gè)術(shù)語(yǔ)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(shí)，其表面張力數(shù)據(jù)是不變的。對(duì)液體而言，我們則可以通過(guò)加入表面活性物質(zhì)，來(lái)改變其表面張力。通過(guò)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)接觸角濕劑%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)網(wǎng)%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用行業(yè)*門(mén)戶.files/200771914549898.jpg)
大于零，在施工涂膜厚度低時(shí)，可能導(dǎo)致濕潤(rùn)不足。然而，足夠的涂膜厚度仍能涂層均勻。
大于零，在施工涂膜厚度低時(shí)，可能導(dǎo)致濕潤(rùn)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)的底材上接觸角濕劑%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)網(wǎng)%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用行業(yè)*門(mén)戶.files/2007719145418210.jpg)
=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?rùn)濕。S必須是正值。
=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?rùn)濕。S必須是正值。濕劑%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)網(wǎng)%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用行業(yè)*門(mén)戶.files/2007719145431515.jpg)
在實(shí)際情況中，涂料在施工時(shí)液體與潤(rùn)濕表面的表面張力能數(shù)據(jù)很難測(cè)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(jì)。
濕劑%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)網(wǎng)%20-%20中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用行業(yè)*門(mén)戶.files/2007719145443469.jpg)
從上述（A）、（B）表達(dá)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(duì)高時(shí)，容易涂布。
當(dāng)?shù)撞谋砻婺埽?gamma;l）相對(duì)低時(shí)，容易潤(rùn)濕。
當(dāng)液體表面能（γl）小于底材表面能（γs）時(shí)，潤(rùn)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(rùn)濕的問(wèn)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(cè)定液體的表面張力常用環(huán)移除法（du Noüy Ring Method）；放置一個(gè)鉑一銀環(huán)到一定量的待測(cè)液體中，然后慢慢提起環(huán)。此時(shí)，環(huán)里液體在空氣界面形成薄膜。
直接測(cè)量拉動(dòng)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(duì)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(cè)數(shù)據(jù)不。
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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(rùn)濕這類(lèi)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(rùn)濕狀況？
改善底材的潤(rùn)濕狀態(tài)，可循以下二條途徑：
通過(guò)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(yàn)洗技術(shù)來(lái)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(rùn)濕劑，只須添加較少的數(shù)量，便可達(dá)到降低由油墨表面張力的目的。這意味著原來(lái)很難或不能涂布水性涂料的底材，在潤(rùn)濕劑的幫助下，變得易于涂布。
底材潤(rùn)濕劑的原理
與常表面活性劑一樣，底材潤(rùn)濕劑分子同時(shí)含有疏水和親水兩部分基團(tuán)。根據(jù)這樣的分子結(jié)構(gòu)，必然會(huì)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(tuán)或聚硅氧烷鏈。
碳?xì)浠衔锘蚍蓟衔锏谋容^？
一種底材潤(rùn)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(shí)在其應(yīng)用過(guò)程不會(huì)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(kāi)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(méi)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?xì)浠衔锘钚詣┮谩６冶蛔C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(lái)評(píng)價(jià)，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(duì)底材的潤(rùn)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(jiǎn)單的試驗(yàn)方法。將50mg重含活性劑的液滴放置于預(yù)定的底材，隔一會(huì)后，液滴開(kāi)始展布。效果好的潤(rùn)濕劑產(chǎn)生的圓圈面積將會(huì)越大（以cm2/g表示）。各種表面活性物劑得出的值會(huì)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(jī)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(rùn)濕），如塑料和金屬類(lèi)涂料的理想底材潤(rùn)濕劑。對(duì)于木質(zhì)底材，由于它多孔的潤(rùn)濕作用，它們?cè)缫褌涫軞g迎。在這方面，我們特別Wet 265。
在高動(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)環(huán)境下，它們也可降低表面張力。
動(dòng)態(tài)表面張力的測(cè)量，可借助于大氣泡壓力法。該測(cè)量結(jié)果可預(yù)示相關(guān)的性能。一根毛細(xì)管放入含表面活性劑的試驗(yàn)液體中，氣泡在管內(nèi)形成。我們可測(cè)量的壓力。此壓力與這些氣泡量下的液體的動(dòng)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(dòng)態(tài)表面張力的數(shù)值隨氣泡速度的增加（圖6）。
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圖中可清楚看出，*的無(wú)硅酮及無(wú)溶劑表面活性劑Wet 500，在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下，提供了優(yōu)于其它表面活性劑優(yōu)點(diǎn)。然而，它對(duì)靜態(tài)表面張力的下降能力不很強(qiáng)。
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(duì)于動(dòng)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(duì)于表態(tài)表面張力則相反。
底材潤(rùn)濕劑的正確選擇
對(duì)于的系統(tǒng)，選擇底材潤(rùn)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(wèn)題來(lái)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(duì)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(rùn)濕的底材，并改善涂料的滲透性能。
特殊的有機(jī)表面活性劑（Wet 500）一般在高動(dòng)態(tài)施工過(guò)程中也能改變潤(rùn)濕和流動(dòng)性能。此外，根據(jù)其組成，它們可以抑制泡沫并促進(jìn)脫泡。
典型的應(yīng)用
附圖是硅酮表面活性劑的應(yīng)用實(shí)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(guò)使用Tego表面活性劑，問(wèn)題得到了解決。
圖8顯示出用有機(jī)硅改性聚酯涂料涂布于含PTFE污染表面，通過(guò)應(yīng)用Wet KL 245，表現(xiàn)出良好的潤(rùn)濕性。
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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。