新型炔醇多功能表面活性剂应用在水性汽车涂料

作者：周海军 杨朝辉 唐晓华

欢迎访问e展厅 展厅 4 涂料/油墨/染料展厅 涂料, 油墨, 颜料, 染料, 色漆, ... 通过对新型炔醇多功能表面活性剂的结构特点以及与传统表面活性剂的对比分析，展现出炔醇多功能表面活性剂在水性环保型汽车涂料中的应用优势。 水性车涂涂料概况 ◆汽车涂料的现状 随着人们环境意识的增强，以及世界各国环境保护法规的建立健全，汽车涂料的环境友好是必行之路。因此汽车涂料的发展趋势由原来的溶剂型涂料逐步在向水性涂料、高固体份涂料以及粉末涂料等转化，从而达到降低VOC排放，友好与环境的目标。据统计，目前在水性汽车中涂方面：美国的占2%（美国中涂首选是粉体涂料占21%），欧洲占38左右 ；在水性面漆色漆方面：美国占约39%，欧洲占57%，其余均为溶剂型。 ◆水性汽车涂料与溶剂型涂料相比的优缺点 水性漆，顾名思义是以水为主体稀释剂的涂料。其主体树脂是一些水溶性的树脂，如 ：水性丙烯酸乳液、水溶性聚酯、亲水型氨基树脂等。水性汽车涂料的优点主要是 ：环境友好，向大气中排放的VOC很少，同时使用安全，不会着火引起火灾。 水性汽车涂料缺点： 由于水的表面张力高（72达因/cm），因此涂层容易出现缩孔等表面缺陷； 水的蒸发速度受环境温、湿度的影响； 体系的粘度相对溶剂型高，循环系统负荷大，漆雾雾化难度大等。 由于水的表面张力的问题，因此在水性涂料在配方时必须考虑以下问题： ● 基材的润湿问题，通常基材的表面张力在43达因/cm左右； ● 体系的泡沫问题，泡沫的存在直接引起涂膜的缺陷； ● 流挂等其它系列问题。 基于以上原因在水性汽车涂料体系中，水性涂料助剂的使用是绝对需要的。 新型炔醇多功能表面活性剂在水性汽车涂料的应用 水性汽车涂料在配方时必须要考虑基材润湿与泡沫控制等问题，通常在水性体系中会存在着一个恶性循环的矛盾，让水性配方师感到非常的棘手。如图1所示： 传统的表面活性剂可以解决基材的润湿，但是同时，这些表面活性剂也是产泡能手，泡沫产生后只能引入强有力的消泡剂——通常为硅酮类产品，而这些消泡剂的引入又很容易引起表面缺陷，如此循环往复。具有特殊结构的表面活性剂，如具有两个亲水基团和两个亲油基团而且两个双亲基对称连接的表面活性剂就可以使问题迎刃而解，从泡沫的源头上杜绝泡沫的产生。 ◆ 新型炔醇多功能表面活性剂的特点 众所周知，传统表面活性剂只有一个亲水基团和一个亲油基团(火柴棒式），而炔醇多功能表面活性剂（由岳阳凯门水性助剂有限公司生产的Greesol®系列）具有两个亲水基团和两个亲油基团，两个双亲基对称连接而成，其界面活性远高于传统的表面活性剂。表面活性剂在体系中的排列状态见图2。 ◆ 炔醇多功能表面活性剂的性能优势 ● 能提供体系极低的动态和静态表面张力，有利于基材的润湿。 汽车涂料基本是通过喷涂施工，从涂料从喷枪出来雾化到落到基材（车体）铺展成膜是一个非常迅速的过程，因此涂料能否顺利的在基材上铺展成膜主要依赖于体系在这个动态的过程中能否提供足够低的表面张力，因为只有低于基材的表面张力涂料才能在基材上润湿铺展。 表面张力的大小直接关系到水性体系对某种基材的润湿程度。通常，表面张力越小基材润湿效果越好，否则润湿效果越差。 传统的表面活性剂在静态的条件下，能提供优秀的表面张力，当一旦到高速喷涂或涂布时，基本失去了表面活性剂的效果，如 ：氟碳类表面活性剂等。 Greesol®系列表面活性剂因分子量小以及其结构特点，因而在体系中的迁移速度比通常的表面活性剂快，所以，在高速涂布或成膜的涂料体系中能迅速的提供优异的表面张力，使涂料能迅速的润湿基材，从而达到涂布的效果。 动态表面张力的测定使用气泡法。炔醇多功能表面活性剂Greesol A04、Greesol E20、Greesol F04和传统表面活性剂，如氟碳表面活性剂和聚醚改性有机硅等在静态与动态时的表面张力分别进行了比较，表面活性剂的添加量为0.15%，结果见图3。 ● 优异的泡沫控制能力 泡沫的存在，严重影响了涂膜的外观效果，往往会造成涂膜缩孔、针孔、疵点、鱼眼等弊病。所以泡沫问题，已不仅影响到涂膜的保护效果，而且也大大影响了涂膜的装饰效果。通常传统表面活性剂同时也是起泡能手。见图4。 通常传统的表面活性剂一加入到体系中便会产生大量的泡沫，而Greesol®系列表面活性剂则不会引起泡沫。 Greesol®系列表面活性剂起泡和稳泡的试验是在相同的量筒中加入10ml纯水，然后各加入炔醇多功能表面活性剂Greesol A04、Greesol E20、Greesol F04和传统表面活性剂，氟碳表面活性剂和聚醚改性有机硅等表面活性剂0.5%，充分摇匀后震荡10分钟，观测震荡停止时的泡沫高度作为初始泡沫高度，5分钟后再看泡沫的变化情况。得出结果如图5。 ● 炔醇表面活性剂不稳泡理论依据： 炔醇表面活性剂不稳泡有充分的理论依据是：炔醇表面活性剂为非离子表面活性剂，电荷稳泡因素不存在 ；低表面粘度，降低泡沫稳定性 ；亲水基相对较小，微泡易聚成大泡而破泡等等。 炔醇表面活性剂为非离子表面活性剂，因此不像离子型表面活性剂那样稳泡： 因为泡沫液膜的表面带有同种电荷时，当液膜受到挤压、气流冲击或重力排液，会使液膜变薄，当液膜薄到一定程度大约为100nm时，就会产生电斥作用，阻止液膜继续减薄以至破裂。所以使用离子型表面活性剂时，它在水中离解会产生电荷。如十二烷基磺酸钠在水中电离后生成C12H25SO4- 离子，使液膜表面带负电，Na+在液膜内，形成两层离子吸附的双电层结构，当液膜变薄时，两表面的电相斥 作用开始变得显著起来，防止液膜进一步变薄。如图6所示 ：离子型表面活性剂的稳泡示意图。 而炔醇多功能表面活性剂为非离子表面活性剂，因此不存在电荷稳泡因素。 表面粘度原因： 表面粘度越大泡沫越稳定，因为炔醇多功能表面活性剂，因其中置的亲水基，使之于界面成水平排列。其烷基距离远，分子间的吸引力很少，因而内聚粘附力以及表面粘度也低。所以泡沫的稳定性也就降低。如图7所示： 空间位阻原因： 传统表面活性剂的亲水基分子量大，因而阻挡微泡形成大泡，而炔醇多功能表面活性剂，如Greesol® A04的亲水基相对较小因而微泡很容易聚集变成大泡，从而容易破泡。如图8所示： 通过分析，在水性汽车涂料中应用炔醇多功能表面活性剂Greesol® 系列表面活性剂，配方师将不必再为润湿、泡沫的死循环而纠结，如图9： ● 不影响重涂性 由于炔醇多功能表面活性剂的不含有像硅酮类产品等影响重涂性的结构，因而重涂性能好，因而是水性汽车涂料的最佳选择。 结语 多功能炔醇表面活性剂由于其独特的结构，而具备优异的性能：动态和静态基材润湿，抑泡和消泡性，重涂性等。而这些性能正好可以满足水性汽车涂料的需要。(end)

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