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了解塗料配方中的動態表麵張力

發布於:2022-08-10

介紹

溶劑型配方具有天然較低的表麵張力,易於潤濕並能很好地轉移到大多數基材上。由於環境問題,越來越多地轉向水性配方,存在表麵潤濕、起泡、流動和流平等固有問題,這是所有水性體係共有的。水性體係需要醇類和表麵活性劑將其表麵張力降低到可接受的水平,以進行轉移、鋪展和粘附。

塗料動態表麵張力

什麼是動態表麵張力?

動態表麵張力是表麵年齡和濃度的非線性函數。在比較表麵活性劑時必須考慮這一點。塗料應用是一個動態過程,活性表麵活性劑會導致表麵張力隨著速度和配方的變化而變化。塗層的表麵張力必須低於基材的潤濕張力才能獲得良好的沉積。

經典觀點是,在表麵活性劑臨界膠束濃度 (CMC) 下,許多與表麵張力相關的特性(例如去汙力、起泡和潤濕性)要麼最大化要麼最小化。然而,當表麵層和本體溶液之間建立平衡時,這些關係是基於僅限於靜態表麵張力條件的經典測量。;">活性表麵活性劑的動態表麵張力測量揭示了表麵活性劑有效性最高的水平,這不一定與平衡 CMC 相關。動態測量更準確地反映實際、過程中、表麵活性劑和塗層性能。實際上,如果您限製表麵活性劑遷移時間(通過使用更快的塗層工藝),您需要更多的表麵活性劑來完成與較慢工藝相同的工作。

表麵張力和表麵活性劑

表麵張力決定塗層是否會潤濕並鋪展在固體基材上或從固體基材上縮回。塗層既表現出作為塗層與基材結合程度的量度的粘附力,又表現出作為塗層自粘附程度的量度的內聚力。

擴散係數是粘附功和內聚功之差。

如果粘附功 > 內聚功:發生自發鋪展。

如果內聚功>粘附功:回縮,則發生表麵缺陷。


使用表麵活性劑是因為它們能夠降低表麵張力。它們按分子表麵作用部分的離子電荷分類。陰離子表麵活性劑具有負分子電荷、陽離子正電荷和非離子不帶電荷。兩性具有正電荷和負電荷。

一般來說,分子質量較小(較輕)的表麵活性劑(疏水尾短)擴散到界麵的速度較快,並垂直吸附在界麵處,使壓縮力作用於表麵,從而降低表麵能或表麵張力。具有環氧乙烷基團的非離子表麵活性劑通常非常迅速地擴散到表麵,而氟化表麵活性劑在平衡時更慢且更有效。大多數較高濃度的表麵活性劑在相鄰分子之間產生強大的分子吸引力,從而形成堅固的表麵膜,其強度決定了表麵活性劑溶液的表麵性質。

動態表麵張力

表麵活性劑性能

緩慢擴散的表麵活性劑可能無法將表麵張力充分降低到可接受的水平,並且可能是造成以下缺陷的部分原因:Bénard 細胞、隕石坑或針孔、爬行或縮回、漂浮、橘皮和圖片框架(邊緣堆積)。

快速擴散的表麵活性劑可以通過消除表麵張力梯度來減輕表麵缺陷。這是通過表麵活性劑從高濃度(低表麵張力)快速遷移到低濃度(高表麵張力)而發生的。這種類型的表麵活性劑可以降低表麵張力,並具有減少或防止泡沫的額外好處。配方設計師有時會錯誤地增加表麵活性劑濃度以減少梯度,而不是使用更好的表麵活性劑。

配方設計師應嚐試使用合適的表麵活性劑,該表麵活性劑理想地具有低平衡和低動態表麵張力值 - 足夠低,以便塗料以所需粘度的工藝速度施加到基材上。

表麵能


塗層在基材上的轉移和鋪展取決於提供塗層的材料的表麵能、塗層的表麵張力和接受塗層的基材的表麵能。基材必須具有高於塗層的表麵能,並具有足夠大的吸引力以促進良好的轉移和鋪展,進而促進良好的附著力。

使用“達因液體”溶液測量基材的潤濕張力或表麵能通常且成本低廉。這些是作為一係列預混溶液購買的,每種溶液都具有以達因/厘米為單位的給定潤濕張力。這允許根據比例在 30 至 56 達因/厘米的範圍內配製一係列潤濕溶液,如表中所示。達因液體溶液 (DLS) 用於測量基材的潤濕張力或表麵能。達因液體溶液 (DLS) 必須容易地潤濕表麵,以使基材的潤濕張力等於所用 DLS 的表麵張力。

塗料動態表麵張力