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【涂料科普】深涂學(xué)-帶你走進氟硅表面助劑世界

先給大家介紹一下表面張力的概念。在物質(zhì)內(nèi)部,每個分子受其周圍分子的作用力是對稱的,處于平衡狀態(tài)。而處于表面上的分子所受的作用力是不對稱的,一方面受到內(nèi)部分子的作用力,另一方面還受到與該物質(zhì)表面相接觸的其他物質(zhì)分子的作用力。這兩種力是不平衡的,相互作用后的結(jié)果就是在兩種物質(zhì)界面的地方產(chǎn)生表面張力,其方向與物質(zhì)表面相切。作一個形象的比喻,就像一個氣球,里面充滿了水,那一層皮膜就相當(dāng)于表面張力,它有使水的表面積縮小的趨勢,變成球形。如果忽略地球重力的影響,那么所有的水滴都應(yīng)該是球形的。


水的表面張力大約是:72mN/m  常溫下

氟碳表面張力大約是:17mN/m  碳表面活性劑

根據(jù)表面活性劑疏水結(jié)構(gòu)的不同,又可以分為碳氫類、有機硅類和氟硅類的表面活性劑。
氟碳表面活性劑是指普通表面活性劑碳氫鏈上的氫全部或部分被氟原子取代的一類表面活性劑。C-F鏈化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性都很高;此外氟原子的半徑比氫原子大,能將碳原子完全遮蓋起來,范德華力小,即分子間力小,故氟碳表面活性劑具有很多普通碳氫表面活性劑不具有的特征:


第一、 極強的表面活性。在水中只要很低的濃度就能夠強烈的降低水的表面張力,提高了水性體系的濕潤性和滲透性。由于氟原子非常難以被極化,使氟碳鏈極性比碳氫鏈小。正是因為這種低極性,使氟碳鏈具有憎水性的同時還有憎油性,因而在有機溶劑中也有高的表面活性。


第二、 極好的穩(wěn)定性。因為氟碳鍵的鍵能很大,不容易被破壞,所以具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,可用于碳氫活性劑無法穩(wěn)定存在的場合,如高溫、強酸、強堿溶液中。


第三、 生產(chǎn)成本高。氟是電負性最強的元素,所以對設(shè)備的要求非常的高,加之合成氟碳表面活性劑的工藝也比較的復(fù)雜,造成了目前世界上氟碳表面活性劑的產(chǎn)能不大,成本較高,市場售價也不便宜。


氟碳表面活性劑的效果


在水性涂料中,氟碳表面活性劑又有哪些神奇的效果呢?


第一、潤濕性 由于水性體系自身的表面張力較大,72達因左右。對于一些低表面能的表面或者是表面有油污,普通涂料很難潤濕鋪展,常常引起的后果就是縮邊、縮孔、火山口。這時候可以添加氟碳表面活性劑,改善涂料對基材的潤濕性。


第二、表面張力關(guān)系 表面活性劑的添加量與水的表面張力的關(guān)系。首先水的表面張力是:72達因/厘米,而氟碳表面活性劑可將表面張力降至17。當(dāng)然,氟碳表面活性劑適用于所有的水性涂料及水性油墨體系。


第三、流平性 同樣是由于表面張力的原因,水性漆特別是水性烘烤漆,特別容易產(chǎn)生桔皮魚眼,可以通過添加氟碳表面活性劑來予以改善。對于一些低粘度要求的水性漆,添加氟碳表面活性劑,還可以在不增加粘度的情況下,增加流平性。


第四、防水性 相比較溶劑型涂料,水性涂料的耐水性總是不夠理想。如果添加了氟碳表面活性劑,使得水性涂料膜表面覆蓋一層疏水疏油的氟碳分子,水分子無法滲透,從而防水性得以提高。


第五、耐溶劑性 由于氟碳基疏水疏油的特性,氟碳基在涂料表面形成的分子膜,也有耐溶劑疏油的效果。


第六、提高耐沾污性 一般的污漬可以分為親水性的污漬和親油性的污漬。一般疏油的漆膜不防水性污漬,而疏水的漆膜不防油性污漬,只有添加了氟碳表面活性劑的漆膜可以防水性油性的各種污漬。


第七、高溫活性 有些水性烘烤漆的烘烤溫度達到150度到200度,而氟碳表面活性劑在這樣的溫度下依然保持穩(wěn)定,并發(fā)揮作用。


第八、提高抗粘連性 水性體系,特別是苯丙乳液體系一般抗粘連性較差,如果添加了氟碳表面活性劑,在漆膜表面形成氟碳膜,對提高抗粘連性有所幫助。


第九、附著力由于水性涂料濕膜能夠很好的潤濕基材表面,所以增加了漆的附著力,當(dāng)然這個對附著力的影響不是決定性的。主要還是看樹脂的性能。


第十、防縮孔 對涂膜的針孔、火山口、微泡、樹脂的不兼容性有強制潤濕能力,很好的處理好這些起漆病。

氟碳表面活性劑在各種水性涂料中的應(yīng)用介紹

水性木器漆是除內(nèi)外墻乳膠漆以外,最具有市場潛力的水性漆產(chǎn)品。水性木器漆使用在門窗、家具、地板等地方,通常對其硬度、豐滿度、耐水耐油和耐污漬性提出了較高的要求。對于豐滿度、硬度和干燥速度這些性能與樹脂的選擇以及溶劑的搭配有關(guān),與表面活性劑的使用關(guān)系不大。而對于耐水性、耐溶劑性、流平性,使用氟碳表面活性劑卻能夠在相當(dāng)程度上提高水性木器漆面漆的性能。

水性金屬漆是水性涂料的另外一個重要應(yīng)用。目前國外在輕度防腐要求的地方很多已經(jīng)使用了水性金屬防銹漆。國內(nèi)這方面也剛剛開始起步。但是由于漆膜的耐水性不夠,往往都是應(yīng)用在室內(nèi)。如果在水性金屬防銹漆中應(yīng)用氟碳表面活性劑,可以對漆膜的耐水性有一定的提高。對于水性金屬烤漆,應(yīng)用氟碳表面活性劑有助提高漆膜的表面效果,因為在高溫條件下,傳統(tǒng)的表面活性劑并不能夠很好的發(fā)揮作用,而氟碳表面活性劑卻能夠幫助潤濕流平、防止縮邊、縮孔、火山口和桔皮的發(fā)生。對于一些表面能比較低的金屬表面,比如鋁合金表面,添加過氟碳表面活性劑的水性涂料可以幫助潤濕流平和增加附著力。
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深涂學(xué)簡介:根據(jù)深圳市科學(xué)技術(shù)協(xié)會〔2012〕13號“關(guān)于同意成立深圳市涂料技術(shù)學(xué)會的批復(fù)”和深圳市民政局〔2012〕265號“關(guān)于深圳市涂料技術(shù)學(xué)會成立登記的批復(fù)”等文件。深圳市涂料技術(shù)學(xué)會于2012年4月28日在深圳市正式成立。涂料技術(shù)學(xué)會成立會議聚集了全國涂料界知名企業(yè)以及相關(guān)人士共有400多人,吸引了200多家國內(nèi)外知名企業(yè)加入涂料學(xué)會。

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