在木器涂料配方设计过程中,除了要考虑涂料的保护作用以外,对涂料的装饰功能,如涂膜的平整性、光泽度、入孔性等也有着很高的要求。为了应对这些要求,需要在配方中加入润湿剂、
分散剂、流平剂和
增稠剂等多种添加剂,这些添加剂大多属于表面活性剂,会产生大量泡沫,并具有稳泡作用。图3解释了由非离子表面活性剂的空间位阻效应导致气泡稳定的机理。当气泡上升到气液界面时,两层气液界面之间的液体介质由于重力作用向下流动,液膜开始变薄,相互靠近的两气液界面上的表面活性剂分子发生相互作用,常规的线性表面活性剂(如聚醚改性硅氧烷)具有较长的亲水基团,两气液界面因为界面上的长链亲水基团间的空间位阻限制了泡膜的变薄和破裂。因此,必须添加
消泡剂来进行消泡,于是又产生了由于使用
消泡剂而引起的兼容性、重涂性、外观(缩孔、光泽等)缺陷等问题。
炔二醇类表面活性剂是非离子的ABA 结构表面活性剂,亲水端小而紧凑。这种紧凑型分子结构不仅不会有稳泡效果,而且赋予了双子型表面活性剂一定的破泡和脱泡功能。润湿和控泡作用兼而有之,可以有效平衡表面张力降低、泡沫控制之间的矛盾,从而简化了木器涂料的配方,减少了由于表面活性剂引入导致的相关负面影响。表面活性剂的稳泡性对比见图4。由图4 可见:Surfynol 104DPM、Surfynol AD01 和Dynol 360 可以提供优异的无(低)泡润湿,Dynol 607 和Dynol 980 初始泡沫虽然稍高,但消泡迅速;而聚醚改性聚硅氧烷润湿剂泡沫较高,并不易消去。
2 空气化工产品在水性木器涂料中的应用
表面活性剂产品在水性涂料中能帮助体系有效地降低表面张力,并有效平衡配方中各组分间的表面张力差异,促使涂料在底材或底漆上的润湿渗透,提高涂料的均匀覆盖性,它应具有良好的抗缩孔性和流平效果,同时具有优异的兼容性,不影响涂膜的透明性和光泽,也不影响重涂性。空气化工的绝大多数表面活性剂产品都不含
VOC(挥发性有机化合物)、溶剂、有害空气污染物(HAPs)或烷基酚聚氧乙烯醚(APE)。产品具有出色的动静态润湿性和完美的泡沫控制能力,兼容性好,特别适用于水性涂料体系。
2.1 多功能添加剂
Surfynol 104 和Surfynol AD01 是具有动态润湿与泡沫控制等多项功能的非离子表面活性剂,是消泡型的润湿剂。在多孔性基材上帮助涂料快速渗透、良好铺展,并改善涂料对基材的附着力,避免火山口、针眼等润湿缺陷的形成。Surfynol 104 和SurfynolAD01 的HLB 值(亲水疏水平衡值)较低,疏水性强,耐水性优异。Surfynol 104 是蜡状固体,使用不方便,一般需要加溶剂稀释,如Surfynol 104 DPM 中含有50% 的二丙二醇甲醚。相对于Surfynol 104,SurfynolAD01 为液体表面活性剂,使用方便,100% 活性成分,不含溶剂。
2.2 高效润湿剂
Dynol 607 和Dynol 800 是基于双子表面活性剂技术的高效润湿剂,具有更低的动态和静态表面张力。相对于传统的有机硅类和氟碳类表面活性剂,Dynol 系列高效润湿剂非常稳定,不产生气泡、不稳泡、不影响水敏性、重涂性以及层间附着力,是水性木器涂料的最佳选择。
Dynol 980 是基于独特分子结构设计的硅氧烷类高效润湿剂,提供极低的静态表面张力和较低的动态表面张力。此外,Dynol 980 还有助于改善水性配方的流动性和流平性。Dynol 980 专门设计用于难润湿基材,尤其适用于水性木器涂料体系。
Dynol 360 是有助成膜作用的高效润湿剂,有着更低的气泡,在体系中可以迅速迁移从而快速高效地降低表面张力,对深木纹的基材尤为重要。能使施工后的漆膜在表干前迅速润湿基材的毛细纤维,从而深度润湿鬃眼,增强润湿铺展效果和漆膜流平性。Dynol360 还可以有效降低
乳液的
最低成膜温度,改善低温成膜性,避免使用大量的挥发性
成膜助剂,大大减少涂料中的VOC(挥发性有机化合物)排放(图5)。
不同表面活性剂的效果(预防厚边、防止缩边、流平和入孔性)汇总见图6。
(1) 找到消泡性和相容性之间的平衡点,既能消泡,又不会导致缩孔等缺陷;
(2) 根据施工条件和方法合理选择消泡剂;
(3) 消泡和脱泡效果的优化;
(4) 持久的消泡性能,这一点在木器涂料DIY(do it yourself)市场尤其重要。
涂料中的消泡剂从其功能来看,主要分为抑泡剂、破泡剂和脱泡剂。抑泡剂的主要作用是抑制水性涂料在外力的作用下产生泡沫,比如在高速分散、剪切或者喷涂等过程中,抑制气泡的产生;破泡剂的主要作用是对已经生成的泡沫膜进行侵入散布,并破坏气泡液膜的黏弹性,使之破裂;脱泡剂主要是针对体系中的微小气泡,使相邻的泡沫互相聚集合并,体积变大,最终在液体表面破除。经过对消泡机理的研究发现,常规意义上的任何一种消泡剂都会具有其中一种或多种效果,根据配方体系的
PVC(
颜料体积浓度)、黏度、施工方式等因素的变化,其抑泡、破泡和脱泡的功效也会出现巨大的变化。传统的矿物油类消泡剂和有机硅类消泡剂依赖其与体系不兼容的微液滴达到消泡效果。而双子型表面活性剂是以其与体系的兼容性,在分子层面上取代稳泡物质,发挥消泡作用,故一般被称为分子级消泡剂。分子级消泡剂在脱泡方面尤其有效果,不易产生缺陷,有着优异的长效性。
水性木器涂料追求较高的视觉效果,涂料体系对传统消泡剂容忍性差,如果消泡剂使用不当,会影响涂料体系的兼容稳定性,涂膜容易出现缩孔,或者消泡剂在涂膜干燥时渗出,降低涂膜表面光泽,影响涂层间附着力等等。分子级消泡剂不含有机硅和矿物油,易于添加,消泡效果持久,不会产生由于不相容而导致的表面缺陷。
Surfynol MD-20、Surfynol AD01、Surfynol DF110和Surfynol 104 分子级消泡剂是基于双子表面活性剂技术而开发的。它们兼具泡沫控制和动态润湿的双重功效,可以在最大限度地避免表面瑕疵的同时降低添加剂的总量。该类消泡剂适用于pH 为3~13 和较宽的温度范围。
Airase 5100~5700 是有机硅类消泡剂,消泡性依次减弱,相容性依次提高。Airase 5100 设计用于需要强消泡剂的应用以及不容易产生缩孔的配方中。
Airase 5700 能平衡消泡性和相容性。Airase SSDL 系列消泡剂提供了一个宽范围的选择,并提供了一定的可预测性。为水性木器涂料消泡剂的选择提供了良好的解决方案。不同消泡剂的消泡效果见图7。Siloxane 1 和Siloxane 2 是水性涂料市场中常见的有机硅类消泡剂,Siloxane 3 是水性涂料市场中常见的有机硅类脱泡剂。
由图7 可见:有机硅类消泡剂有着良好的消泡效果,Airase 5200、Airase 5400、Airase 5600 的消泡效果依次减弱,但是其相容性却依次增强。其中Airase5600 的消泡性和相容性达到了良好的平衡。另外,Surfynol 104 DPM 和Surfynol MD-20 的消泡性也要好于Siloxane 3 脱泡剂,它们都有着良好的相容性。
3 结语
空气化工的Surfynol® 和DynolTM 系列产品是基于双子(Gemini)技术的高效多功能表面活性剂。该类产品有着较低的静态表面张力和动态表面张力,既可提供无缺陷润湿,又能够提供良好的泡沫控制,大大提高了水性木器涂料的综合性能。空气化工的分子级消泡剂产品不含有机硅和矿物油,与体系高度兼容,易于添加,消泡效果持久,不会产生由于相容性问题而导致的表面缺陷和重涂问题。该类消泡剂既有突出的消泡功效,同时又帮助体系润湿,为水性木器涂料的配方简化提供了可能。空气化工的AiraseTM、SSDLTM 系列有机硅类消泡剂提供了一个宽范围的选择,并提供了一定的可预测性。它们最大程度地兼顾了消泡效果和与水性体系的相容性,取得了很好的平衡。值得一提的是,以上这些产品均不含烷基酚乙氧基醚(APE),同时它们还拥有不同类别的FDA(美国食品和药品管理局)认证,更好地满足了发展绿色环保水性木器涂料的市场需求。