了解涂料配方中的动态表面张力

介绍

溶剂型配方具有天然较低的表面张力，易于润湿并能很好地转移到大多数基材上。由于环境问题，越来越多地转向水性配方，存在表面润湿、起泡、流动和流平等固有问题，这是所有水性体系共有的。水性体系需要醇类和表面活性剂将其表面张力降低到可接受的水平，以进行转移、铺展和粘附。

什么是动态表面张力？

动态表面张力是表面年龄和浓度的非线性函数。在比较表面活性剂时必须考虑这一点。涂料应用是一个动态过程，活性表面活性剂会导致表面张力随着速度和配方的变化而变化。涂层的表面张力必须低于基材的润湿张力才能获得良好的沉积。

经典观点是，在表面活性剂临界胶束浓度 (CMC) 下，许多与表面张力相关的特性（例如去污力、起泡和润湿性）要么最大化要么最小化。然而，当表面层和本体溶液之间建立平衡时，这些关系是基于仅限于静态表面张力条件的经典测量。;">活性表面活性剂的动态表面张力测量揭示了表面活性剂有效性最高的水平，这不一定与平衡 CMC 相关。动态测量更准确地反映实际、过程中、表面活性剂和涂层性能。实际上，如果您限制表面活性剂迁移时间（通过使用更快的涂层工艺），您需要更多的表面活性剂来完成与较慢工艺相同的工作。

表面张力和表面活性剂

表面张力决定涂层是否会润湿并铺展在固体基材上或从固体基材上缩回。涂层既表现出作为涂层与基材结合程度的量度的粘附力，又表现出作为涂层自粘附程度的量度的内聚力。

扩散系数是粘附功和内聚功之差。

如果粘附功 > 内聚功：发生自发铺展。

如果内聚功＞粘附功：回缩，则发生表面缺陷。

使用表面活性剂是因为它们能够降低表面张力。它们按分子表面作用部分的离子电荷分类。阴离子表面活性剂具有负分子电荷、阳离子正电荷和非离子不带电荷。两性具有正电荷和负电荷。

一般来说，分子质量较小（较轻）的表面活性剂（疏水尾短）扩散到界面的速度较快，并垂直吸附在界面处，使压缩力作用于表面，从而降低表面能或表面张力。具有环氧乙烷基团的非离子表面活性剂通常非常迅速地扩散到表面，而氟化表面活性剂在平衡时更慢且更有效。大多数较高浓度的表面活性剂在相邻分子之间产生强大的分子吸引力，从而形成坚固的表面膜，其强度决定了表面活性剂溶液的表面性质。

表面活性剂性能

缓慢扩散的表面活性剂可能无法将表面张力充分降低到可接受的水平，并且可能是造成以下缺陷的部分原因：Bénard 细胞、陨石坑或针孔、爬行或缩回、漂浮、橘皮和图片框架（边缘堆积）。

快速扩散的表面活性剂可以通过消除表面张力梯度来减轻表面缺陷。这是通过表面活性剂从高浓度（低表面张力）快速迁移到低浓度（高表面张力）而发生的。这种类型的表面活性剂可以降低表面张力，并具有减少或防止泡沫的额外好处。配方设计师有时会错误地增加表面活性剂浓度以减少梯度，而不是使用更好的表面活性剂。

配方设计师应尝试使用合适的表面活性剂，该表面活性剂理想地具有低平衡和低动态表面张力值 - 足够低，以便涂料以所需粘度的工艺速度施加到基材上。

表面能

涂层在基材上的转移和铺展取决于提供涂层的材料的表面能、涂层的表面张力和接受涂层的基材的表面能。基材必须具有高于涂层的表面能，并具有足够大的吸引力以促进良好的转移和铺展，进而促进良好的附着力。

使用“达因液体”溶液测量基材的润湿张力或表面能通常且成本低廉。这些是作为一系列预混溶液购买的，每种溶液都具有以达因/厘米为单位的给定润湿张力。这允许根据比例在 30 至 56 达因/厘米的范围内配制一系列润湿溶液，如表中所示。达因液体溶液 (DLS) 用于测量基材的润湿张力或表面能。达因液体溶液 (DLS) 必须容易地润湿表面，以使基材的润湿张力等于所用 DLS 的表面张力。