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【涂料科普】深涂学-带你走进氟硅表面助剂世界

先给大家介绍一下表面张力的概念。在物质内部,每个分子受其周围分子的作用力是对称的,处于平衡状态。而处于表面上的分子所受的作用力是不对称的,一方面受到内部分子的作用力,另一方面还受到与该物质表面相接触的其他物质分子的作用力。这两种力是不平衡的,相互作用后的结果就是在两种物质界面的地方产生表面张力,其方向与物质表面相切。作一个形象的比喻,就像一个气球,里面充满了水,那一层皮膜就相当于表面张力,它有使水的表面积缩小的趋势,变成球形。如果忽略地球重力的影响,那么所有的水滴都应该是球形的。


水的表面张力大约是:72mN/m  常温下

氟碳表面张力大约是:17mN/m  碳表面活性剂

根据表面活性剂疏水结构的不同,又可以分为碳氢类、有机硅类和氟硅类的表面活性剂。
氟碳表面活性剂是指普通表面活性剂碳氢链上的氢全部或部分被氟原子取代的一类表面活性剂。C-F链化学稳定性和热稳定性都很高;此外氟原子的半径比氢原子大,能将碳原子完全遮盖起来,范德华力小,即分子间力小,故氟碳表面活性剂具有很多普通碳氢表面活性剂不具有的特征:


第一、 极强的表面活性。在水中只要很低的浓度就能够强烈的降低水的表面张力,提高了水性体系的湿润性和渗透性。由于氟原子非常难以被极化,使氟碳链极性比碳氢链小。正是因为这种低极性,使氟碳链具有憎水性的同时还有憎油性,因而在有机溶剂中也有高的表面活性。


第二、 极好的稳定性。因为氟碳键的键能很大,不容易被破坏,所以具有极好的化学稳定性和热稳定性,可用于碳氢活性剂无法稳定存在的场合,如高温、强酸、强碱溶液中。


第三、 生产成本高。氟是电负性最强的元素,所以对设备的要求非常的高,加之合成氟碳表面活性剂的工艺也比较的复杂,造成了目前世界上氟碳表面活性剂的产能不大,成本较高,市场售价也不便宜。


氟碳表面活性剂的效果


在水性涂料中,氟碳表面活性剂又有哪些神奇的效果呢?


第一、润湿性 由于水性体系自身的表面张力较大,72达因左右。对于一些低表面能的表面或者是表面有油污,普通涂料很难润湿铺展,常常引起的后果就是缩边、缩孔、火山口。这时候可以添加氟碳表面活性剂,改善涂料对基材的润湿性。


第二、表面张力关系 表面活性剂的添加量与水的表面张力的关系。首先水的表面张力是:72达因/厘米,而氟碳表面活性剂可将表面张力降至17。当然,氟碳表面活性剂适用于所有的水性涂料及水性油墨体系。


第三、流平性 同样是由于表面张力的原因,水性漆特别是水性烘烤漆,特别容易产生桔皮鱼眼,可以通过添加氟碳表面活性剂来予以改善。对于一些低粘度要求的水性漆,添加氟碳表面活性剂,还可以在不增加粘度的情况下,增加流平性。


第四、防水性 相比较溶剂型涂料,水性涂料的耐水性总是不够理想。如果添加了氟碳表面活性剂,使得水性涂料膜表面覆盖一层疏水疏油的氟碳分子,水分子无法渗透,从而防水性得以提高。


第五、耐溶剂性 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,也有耐溶剂疏油的效果。


第六、提高耐沾污性 一般的污渍可以分为亲水性的污渍和亲油性的污渍。一般疏油的漆膜不防水性污渍,而疏水的漆膜不防油性污渍,只有添加了氟碳表面活性剂的漆膜可以防水性油性的各种污渍。


第七、高温活性 有些水性烘烤漆的烘烤温度达到150度到200度,而氟碳表面活性剂在这样的温度下依然保持稳定,并发挥作用。


第八、提高抗粘连性 水性体系,特别是苯丙乳液体系一般抗粘连性较差,如果添加了氟碳表面活性剂,在漆膜表面形成氟碳膜,对提高抗粘连性有所帮助。


第九、附着力由于水性涂料湿膜能够很好的润湿基材表面,所以增加了漆的附着力,当然这个对附着力的影响不是决定性的。主要还是看树脂的性能。


第十、防缩孔 对涂膜的针孔、火山口、微泡、树脂的不兼容性有强制润湿能力,很好的处理好这些起漆病。

氟碳表面活性剂在各种水性涂料中的应用介绍

水性木器漆是除内外墙乳胶漆以外,最具有市场潜力的水性漆产品。水性木器漆使用在门窗、家具、地板等地方,通常对其硬度、丰满度、耐水耐油和耐污渍性提出了较高的要求。对于丰满度、硬度和干燥速度这些性能与树脂的选择以及溶剂的搭配有关,与表面活性剂的使用关系不大。而对于耐水性、耐溶剂性、流平性,使用氟碳表面活性剂却能够在相当程度上提高水性木器漆面漆的性能。

水性金属漆是水性涂料的另外一个重要应用。目前国外在轻度防腐要求的地方很多已经使用了水性金属防锈漆。国内这方面也刚刚开始起步。但是由于漆膜的耐水性不够,往往都是应用在室内。如果在水性金属防锈漆中应用氟碳表面活性剂,可以对漆膜的耐水性有一定的提高。对于水性金属烤漆,应用氟碳表面活性剂有助提高漆膜的表面效果,因为在高温条件下,传统的表面活性剂并不能够很好的发挥作用,而氟碳表面活性剂却能够帮助润湿流平、防止缩边、缩孔、火山口和桔皮的发生。对于一些表面能比较低的金属表面,比如铝合金表面,添加过氟碳表面活性剂的水性涂料可以帮助润湿流平和增加附着力。
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深涂学简介:根据深圳市科学技术协会〔2012〕13号“关于同意成立深圳市涂料技术学会的批复”和深圳市民政局〔2012〕265号“关于深圳市涂料技术学会成立登记的批复”等文件。深圳市涂料技术学会于2012年4月28日在深圳市正式成立。涂料技术学会成立会议聚集了全国涂料界知名企业以及相关人士共有400多人,吸引了200多家国内外知名企业加入涂料学会。

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