水性工业涂料 基材润湿剂的选择理论

2021-10-22 08:45:35 namei 3


水性色浆


作者:刘木林

摘要

重点从表面热力学公式介绍基材润湿剂的多相作用机理,相对依椐简单的涂料气液相动静态表面张力Ylg对基材润湿控制理论更具科学判断,基材润湿剂具有极佳的工业基材润湿控制和抑破泡平衡等功能特性,是水性工业涂料基材润湿控制的完美选择。


由于水的表面张力高,用水作为主要载体的水性涂料表面张力往往也比较高,而大多工业基材表面吉布斯自由能(简称表面能)通常相对比较低,水性工业涂料在施工过程中容易出现润湿不佳而引起缩边、缩孔、涂覆不均等表面涂层缺陷并造成防护性能及装饰效果下降。

在水性工业涂料中添加合适的基材润湿剂是水性工业涂料配方中的关键技术。只有通过润湿的基本理论与实验相结合才能保证基材润湿剂评估的科学性。西谱森化学提出了相对客观的润湿多相理论并因此开发了PAG系列的聚醚基材润湿剂。此类基材润湿剂不但能降低液体的表面张力并且能改善、改变涂料相与基材的表面张力,使得选用新技术路线的聚醚基材润湿剂具有极佳的润湿及抑破泡等功能特性。

水性涂料基材润湿剂及其多相润湿理论

基材表面润湿是指工业基材表面的气体被水性涂料所取代。基材润湿剂通常指一类能够对工业基材表面润湿控制的表面活性剂。

水性工业涂料基材润湿剂的多相理论是指使用基材润湿剂不仅仅只通过降低水性涂料表面张力来对工业基材表面润湿控制,而且还通过基材润湿剂的添加来改变涂料与界面的相互作用,从而改变液固界面表面张力来达到对工业基材的控制。

通常基材润湿状态判断条件包含表面热力学公式和Youngs平衡状态方程。

表面热力学公式(动态条件下自发进行过程判断)

工业基材表面的动态润湿分为三个过程:工业基材被水性涂料沾湿、浸湿、铺展,并满足以下条件:

沾湿△ G1/A=Ysl-Ylg-Ysg<0

浸湿△ G2/A=Ysl-Ysg<0

铺展△ G3/A=Ysl+Ylg-Ysg<0

同一工业基材润湿体系:

△ G3> △ G2> △ G1

△ G3<0(铺展润湿动态自发进行)

铺展润湿是润湿的最高标准要求。

水性涂料在工业基材表面自动展开成膜的过程称为铺展单位面积上的吉普斯自由能变化 △ G(Tp)/A=Ysl+Ylg-Ysg定义铺展系数S=- △ G/A

△ G<0铺展

△ G<0不铺展

S>0铺展

S<0不铺展

Youngs润湿平衡状态理论方程(静态平衡润湿状态判断)

Youngs润湿平衡状态理论方程(P压力、T温度、N组成不变的条件下)

Ysg-Ysl=Ylg cosθcosθ=(Ysg-Ysl)/Ylg

水性工业涂料通过稳定平衡状态θ来判断润湿状态θ>=90工业基材不能为涂料所润湿;θ<90工业基材能为涂料所润湿。

Youngs平衡状态方程表明,在Ysg(气固相表面张力)相对固定的条件下,平衡润湿状态不仅与Ylg(液气相表面张力)数值相关还与Ysl(固液相表面张力)有关。


工业基材被水性涂料铺展润湿的综合判断条件

涂料对基材进行涂布时,存在外界能量作用下的动态过程,基材润湿剂(表面活性剂)在形成稳定胶束前会发生动态系统重排。Ylg(气体/涂料(动态))、Ysl(基材/涂料(动态))均在发生变化,且铺展条件Ylg(气体/涂料)+Ysl(基材/涂料)-Ysg(气体/基材)<0 ,动态铺展润湿主要以符合表面热力学方程条件下自发进行。而Youngs方程只适用于平衡状态润湿状态判断。

表面热力学公式及Youngs方程作为涂料基材润湿的客观判断标准,满足以下标准:

1)表面热力学公式:S铺展润湿=- △ G/A-Ysg(基材)

-Ylg(涂料)-Ysl(基材/涂料)>0

2Youngs方程:cosθ=(Ysg-Ysl)/Ylg θ<90

Ysl固液相表面张力(难测量),Ysg气固相表面张力(可计算),Ylg液气相表面张力(可测量)

改变Ysl也能改善润湿铺展,不同基材润湿剂也能影响Ysl的大小,它取决于涂料与基材分子间的作用力及物理吸附等复杂因素影响。

完美铺展润湿的多相作用方式

1、通过添加基材润湿剂降低涂料的表面张力Ylg

2、通过基材润湿剂改变表面张力Ysl

通过表面热力学方程及平衡状态Youngs方程综合理论推导,不管是热力学自发铺展润湿还是平衡状态润湿均需要满足多相作用的理论要求。

基材润湿剂对水性工业涂料体系的影响

水性色浆


实验证明:对水中表面张力的Ylg越低,对涂料Ylg降低不一定最低。

基材润湿剂的添加,会与涂料其他组分产生分子间作用造成涂料内分子势能的变化,Ylg的数值也会发生不同的变化。

水性工业涂料基材润湿基材润湿能力与Ysl关系

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聚醚有机硅0.1%的水溶液Ylg=20.6×10-3 N.m-1

PAG33 0.1%的水溶液Ylg=30.5×10-3 N.m-1

炔二醇聚醚465 0.1%的水溶液 Ylg=28.5×10-3 N.m-1

图中添加相对较高的YlgPAG33水性涂料润湿铺展更完美,实验证明:Ylg在水性工业涂料的基材润湿能力不是唯一关键的因素。不能只强调Ylg而忽略Ysl等其他因素的影响。

基材润湿剂对体系泡沫的影响

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亲水端分子间作用力F斥保持不变或减小时,疏水端的分子间作用力(引力)越强(F引)。泡沫越不易形成,且越易被挤压而形成抑泡特性。星形聚醚通过减少亲水端分子作用,提高疏水端的作用来降低泡沫的稳定性。


水性色浆

水性色浆水性色浆


基材润湿剂性能对比


粘度破坏性:指对整个水性涂料粘度体系有较大降粘性,会增加后期增稠的难度,过多增加增稠剂会引起成本及耐性的影响。

说明:1、星状聚醚PAG37在控泡要求与基材润湿方面与炔二醚醚比有很强的优势;2、星状聚醚PAG33在基材润湿、重涂性、消光性、粘度破坏性等方面与聚醚有机硅(单子及双子)相比有较强的优势。关键词:涂料色浆,色浆厂家,色浆,色浆配方,高浓度水性色浆,油漆色浆,乳胶漆色浆,通用色浆,环保色浆,双组分涂料色浆,2KPU色浆,聚氨酯涂料色浆、轻防腐色浆,木器漆色浆,乳胶色浆,工业涂料色浆。





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