基材潤(rùn)濕的基本參數(shù)

許多表面活性劑可以通過降低配方的表面張力，使其等于或小于待涂覆基材的表面張力，來提高基材和粒子間的潤(rùn)濕性。水的表面張力為72 mN/m, 一般涂層基材的表面張力范圍為35～45 mN/m，因此，必須使用表面活性劑以降低水性涂料的表面張力，使其在基材上平滑流動(dòng)。

γSA, γSL 和γLA 分別代表固- 氣、固- 液、液-氣的界面張力
圖4 潤(rùn)濕劑促進(jìn)基材和粒子潤(rùn)濕

此外，為實(shí)現(xiàn)潤(rùn)濕作用，接觸角必須小于90o。接觸角大于90o會(huì)使基材表面涂層起珠。圖4說明，如何降低涂層表面張力使其低于基材的表面能，從而最終形成具有優(yōu)良潤(rùn)濕性的涂層。

一些基材的表面能可能小于35 mN/m，使涂裝困難。這種情況下，有兩種解決方法。第一，基材進(jìn)行表面處理，提高基材的表面能，使涂層和基材之間的潤(rùn)濕更容易。當(dāng)?shù)谝环N方法不可行時(shí)，涂料配方設(shè)計(jì)必須使用更強(qiáng)的表面活性劑，包括超潤(rùn)濕劑, 以獲得低表面張力，使得涂料潤(rùn)濕基材表面。

表面活性劑的化學(xué)分類

表面活性劑的分類有多種方式。按其性質(zhì)可以分為非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和陽離子表面活性劑。通常依據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域及配方中其他組成成分，來決定選擇何種表面活性劑。陰離子表面活性劑是用量最多也是最常用的一類，其中包括烷基苯磺酸鹽、脂肪酸皂和二烷基磺基琥珀酸鹽等[4]。盡管使用這類表面活性劑可以提供良好的潤(rùn)濕性且成本相對(duì)低，但卻有一個(gè)主要缺點(diǎn)，即容易起泡。因此，涂料配方設(shè)計(jì)時(shí)必須加入高效消泡劑，而這又會(huì)導(dǎo)致涂膜缺陷和不美觀的問題。

非離子表面活性劑是優(yōu)良的潤(rùn)濕劑和乳化劑，其中許多是聚氧乙烯醚類物質(zhì)[4]。前面提到的Gemini表面活性劑及其衍生物以及硅氧烷表面活性劑和含氟表面活性劑都屬于這一類。

最后用量最少的一類是陽離子表面活性劑。因它會(huì)和體系中的所有陰離子反應(yīng)，在涂料中并不常用。但是，有時(shí)它們會(huì)用作固態(tài)粒子分散劑或乳化劑[4]。盡管三類表面活性劑都可以提供優(yōu)良的潤(rùn)濕性，但在動(dòng)態(tài)條件下，表現(xiàn)不同，呈現(xiàn)出不同的起泡情況。

用超潤(rùn)濕表面活性劑改善性能

當(dāng)基材的表面張力低于典型值35 mN/m時(shí)，傳統(tǒng)的表面活性劑不再有效，會(huì)發(fā)生什么呢？具有如此低表面能的表面可能包括塑料表面、木材表面或前處理差的表面或油沾污的金屬表面。若要配制低VOC涂料(即VOC含量低于100 g/L甚至低至0)，面臨的問題會(huì)更多，此時(shí)只能用少量溶劑來改善涂層的流平、流動(dòng)和外觀。在這種情況下，可以使用超潤(rùn)濕表面活性劑來達(dá)到理想的潤(rùn)濕性。

圖5 傳統(tǒng)的硅氧烷表面活性劑和有機(jī)超潤(rùn)濕表面活性劑潤(rùn)濕性對(duì)比

超潤(rùn)濕表面活性劑是一類具有特殊結(jié)構(gòu)的表面活性劑。能有效地吸附和聚集在界面，減小低表面能基材的動(dòng)態(tài)表面張力，縮短潤(rùn)濕時(shí)間，減小接觸角，如圖 5所示。超潤(rùn)濕表面活性劑可以是硅氧烷類的物質(zhì)或有機(jī)物。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，實(shí)際上是超潤(rùn)濕表面活性劑分子中疏水部分的致密結(jié)構(gòu)起到關(guān)鍵作用，使其具有超潤(rùn)濕性[5-9]。