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1、表面改性剂：涂料油墨的点睛之笔r小简介为什么改变涂料表面特性改变表面能优化表面消光蜡蜡在涂料油墨中起什么作用蜡的消光性能冋到改变表面能怎样加入添加剂实际应用结论简介涂料和油墨的表面暴露在“外面的世界”里，必须经受一些严峻的环境考验，很可能导致体系本身 的快速老化。除了这一点，表面还是形成涂料外观的主要原因，比如光泽和“质感”，这些都来自 于表面。绝大多数情况下，不加入改变涂料表面性能的特定添加剂一一也就是表面改性剂，就无法得到优 越的表面性能。加入不同种类的添加剂，现在我们可以改变以下性能： 斥水性 耐刮擦、片落、损伤性能 耐磨性能 提高，或降低光泽 流动和流平性 柔和，平滑的质感 抗粘联性能
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4、面基本上有两个原因。第一个是需要降低表面张力/表面能，以便获得与此相关 的特定性能。第二个原因，是获得不同的光学效果，比如消光，或者表面纹理。后一种添加剂不 一定需要影响体系的表面能一一不过这要根据化学结构来看一一也有很多种类的添加剂，同时改 变了这项特性。改变表面能设计涂料油墨配方时，必须明白表面张力和表面能的规律和关系，因为这个现象控制着很多我们 需要的涂膜特性，比如流平性、润湿性、耐刮擦和损伤能力、斥水性以及表面“质感”等等。所有 这些特性，都严重依赖涂膜的表面张力。涂料和油墨中使用的大多数介质表现出高表面能。最常用的介质比如以环氧为例表面能 是47达因/厘米（参见图表）。涂料油墨中使用
5、的大多数其他介一一除了硅树脂以外一一数值 都在差不多的水平。由于一般涂膜具有这个相对较高的表面能数值，所以很难得到优越的流平性、 质感和耐刮擦、损伤性能。硅树脂、各种蜡产品以及特定的表面活性剂，都是专门设计，用来提 高这些性能的。我们将进一步讨论这些产品的优劣。尽管它们都能用来改变表面能，但它们的化 学性质差别却很大。优化表面很多情况下，必须改变涂料或者油墨的表面光学效果，比如降低光泽或者特定纹理。要降低体系 的光泽，可以通过引进一种“微观粗糙的表面，来“破坏高光涂膜的光滑表面，这样入射光线就 会被反射到各个不同的方向（如图）TP常用的消光解决方案，是加入氧化硅消光剂。这种添加剂能很有效地降低
6、各种体系的光泽一一不 仅是溶剂型一一还有水性体系。消光效果依赖于多孔性一一以及不规则的颗粒表面。当在涂料油 墨体系中加入足够的数量，当涂膜干燥收缩时，它们就会扩展到涂膜表面，这样就能把涂膜从一 个光滑的一一甚至高光的表面，变成平光表面。大多数情况下，添加量2-4%时，就能达到效果。1/用t Ud日tirifiFilrn Shrinks byDri孕d CoadngafscrfvEnbi氧化硅助剂在一般溶剂型体系，和水性体系里面一样有效，但是在现代高固含量一一或者无溶剂 体系中，效果就差得多了。其消光机理一一如上文所述一一此时不再发生作用。原因就是没有足 够的溶剂：所以不发生一一或者很少发生涂膜
7、收缩。这意味着要达到消光效果，就必须增加添加 数量，比如达到10-15%的水平。但是这样一来，其他问题就出现了：体系的粘度和流变水平， 上升到了不可接受的地步。换句话说，消光效果和应用特性，实际上不可能同时达到足够好的程 度。唯一的解决办法，就是使用不依靠涂膜收缩来消除光滑表面的添加剂。加入的数量必须相对较 低一一以便维持应用性能一一但是同时必须能有效影响涂膜表面。这种产品确实存在：消光蜡什么是蜡？几个世纪以来，蜡意味着蜂蜡。主要用来燃烧蜡烛，偶尔也用在船只防水。在17世 纪，第一批巴西棕榈蜡被进口到欧洲。那时，蜡是什么，这个问题很容易回答。后来，化石材料, 比如褐煤蜡、固体石蜡还有微晶蜡纷纷
8、加入蜡的家族。TOP二.Ajinde ?ClarllyIncreaseCFotypropyten-R?ruce C-OFMatting idim Tewii.re(P&wiirQn3rting5)；Camaubci 5 Reduce COFImpfOM MarResists neej/litt-fi Mailing & / High SlipUfTF 匸二蜡的化学性能：总的倾向今天，市场上有各种各样的蜡。很多都是合成的，蜡是什么，这个问题变得更难回答。下表给出 了最常用天然蜡的特性汇总一一巴西棕榈蜡一一还有各种合成蜡。聚乙烯蜡一一仍然是使用最广 泛的蜡被列在当中：它是“万蜡之母”蜡在涂料油墨中
9、起什么作用蜡作为表面改性剂，必须出现在体系表面，才能发挥作用。基本上，有两种理论解释这个现象： 轴承效应和漂浮效应。原理如下图所示，两种理论都有充分依据。轴承理论认为蜡只有在其颗粒尺寸接近涂膜厚度、或者稍大时，才能发挥作用，这解释了蜡对于 提高涂料耐刮擦和耐损伤性能的有利影响。该理论得到了以下观察结果的支持： a）各种颗粒极细的蜡产品，没有更粗一点的产品有效 b）在很快干燥的涂膜中，蜡没有时间漂浮到表面 c）高粘度涂料中，蜡不能漂浮，因为在涂膜中的运动受到限制这些陈述都来自于对薄膜印刷油墨的观察，厚度范围通常是3-5微米。同时，凹版，或者凸版印 刷油墨的干燥时间的确非常短。最后一个反对漂浮理论
10、的证据，就是各种蜡产品可以在高粘度的 涂层中起作用，比如转印油墨，在这种情况下，蜡不大可能漂浮到表面上。漂浮理论假设，蜡实际上能漂浮到涂膜表面，来发生作用。这个理论也得到有力支持:TOP a）微细颗粒的蜡（3-5微米）在厚膜中有效（在超过100微米的特定无溶剂体系中） b） “重”组分，比如PTFE（四氟乙烯，比重0.15），在厚膜中不是经常有效，因为只有 一小部分能达到表面 c）有些情况下，厚膜中的蜡，消光能力超过薄膜。看起来存在“水池效应”：如果涂膜中 的蜡越多，那么能飘浮到表面的也越多。可以推论说，这两种“观点”（就像双重信仰）都有一定价值，主要看立足点在哪一边，到底是油 墨（薄膜，干燥
11、快），还是涂料（较厚的涂膜，更长的干燥时间）蜡的消光性能不管哪一种情况，蜡都是在表面发生作用。根据蜡的类型，以及蜡的颗粒尺寸，它可以用作消光 剂。在很多方面，蜡和氧化硅不同。当然，这有优点，也有缺点。效率_坏消息在“普通”的体系里面，和氧化硅相比，蜡的效率要低50%。换句话说，如果添加2%的氧化硅能 达到你所希望的消光效果，那么用好的消光蜡就需要4%,比如聚乙烯蜡，才能达到同样的消光 水平。效率_好消息不过，在高固含量体系里面，比如以前讨论过的紫外体系，选择合适的蜡要比氧化硅效果好。根 据前面提高的漂浮理论，这是由于蜡能漂浮到表面。这意味着只需要加入较少的蜡，就能得到很 好的消光效果，同时保持
12、体系的粘度处于可接受的范围。同时，作为额外收获，耐损伤性能明显 提咼，同时耐刮擦性能和表面质感（或者叫触感）也提咼了。TOP紫外体系的消光GO度）和粘度上面显示的是，在100%固体的地板涂料紫外体系中，粘度和消光的影响。选择了两种知名的氧 化硅品牌，与两种100%聚乙烯蜡比较。通过图形可以看到，氧化硅和蜡的添加量为10%。对 于氧化硅，体系的粘度上升到了不可接受的水平，但是体系的光泽仅仅下降了一点。对于蜡，从 60度角观察，光泽下降了 30%，体系粘度仅仅提高了一点。需要补充一句，这样的消光效果只 有使用特种纯聚乙烯蜡才能达到。评估的其他蜡，比如聚乙烯共聚物蜡，聚乙烯或者四氟乙烯 PTFE化合
13、物等等，对于粘度的影响都很小，但是消光效果达不到这个水平。对平光光泽的影响平光光泽是不同角度观察时，光泽/平光的变化。对于这个特性，蜡产品和氧化硅也有不同的影 响。改变角度，比如从60度转到30度，氧化硅消光体系的消光性能将下降，也就是更倾向于 高光。蜡产品对此不敏感。从不同角度观察涂层，光泽只有少许变化。对耐刮擦性能的影响对于消光涂料来说，最难的问题就是保持或者获得很好的耐刮擦能力。光泽越低，越难防止表面 对于刮擦的敏感性。这一次，氧化硅和蜡的性能再次体现出不同。在氧化硅消光的表面刮擦，通 常只能得到白色刮痕。对于蜡消光表面来说，对于刮擦不太敏感一一当然这和使用的蜡有关一一 可能表现出“光泽
14、刮痕”。解释很明显：刮擦一个氧化硅消光表面，将打破突出的氧化硅颗粒，形 成白色刮痕。由于蜡不像氧化硅那么脆，但是倾向于随温度变化一一突出的蜡颗粒不会破裂，但 是可能在高压下融解，在涂层表面形成“污损”，造成光泽刮痕。冋到改变表面能硅树脂类添加剂，表面活性剂，还有蜡都能对涂料油墨的表面能形成明显影响。问题仍然是：“我 们应该先看哪一种？ ”答案则可能是，需要对比所有产品的优缺点。正如我们都知道的那样：没 有一种产品一一单打独斗一一就能解决涂料和油墨的问题。我们得出的解决方案，将会是一个折 中：“将会得到这些性能，同时失去那些”让我们逐个看看： 硅树脂正如从表面能图表上看到的那样，硅树脂的数值很低
15、，只比PTFE高。这意味着将会对所有 相关于低表面能的特性，产生影响，比如流平、流动、斥水性、以及耐刮擦性能。因为硅树脂很 容易迁移到表面，所以只要添加很少数量，就能达到效果。这种添加剂的主要优点在于一一作为 液体产品一一只需要用低能量的设备搅拌加入就行了，而这样的低能量设备根本不会影响涂料的 光泽。如果需要低表面能，同时不能影响高光性能，那么除了硅树脂别无选择。不过，还有唯一 的一个缺点：根据使用硅树脂的种类不同，可能对涂料的二次涂装，或者涂层之间的粘合造成影 响。由于这个原因，很多配方师都宁可不用这个产品。在需要改变涂料外观、以及表面“触感”的情况下一一比如涂料需要“柔和的触感”一一这时，使用 部分经过特殊改性的硅树脂就能达到效果。有些硅树脂是交联的，所以能产生三维的网络，形成 弹性颗粒。可以悬浮在水性乳液中，或者制成颗粒，使用时可以搅拌加入涂料配方。表面活性剂表面活性剂通常用于改善颜料、填料分散性，不过也可以成为解决表面问题的高效助剂，用来处 理基材润湿、流平性等等问题。在涂料配方中，用于流平和润湿功能的表面活性剂，大致分成两 类。烃类表面活性剂和氟碳类表面活性剂。烃类表面活性剂中，用来降低表面张力的主要结构， 由碳和氢组成
