配方商在开发新产品或支持老产品线时面临许多挑战。薄膜缺陷，如空气滞留、坑形成、流动不良和流平、基材润湿、针孔和爬行只是粘结剂和颜料优化后遇到的一些问题。“仙尘”一词指的是一种神秘的化学物质，当它被添加到涂层中时，可以解决上述一个或多个问题，但确切的机理尚不清楚。长期以来，化学家们一直依赖试错法，用无数种添加剂来调整他们的配方，希望其中一种或多种添加剂能起作用。有关这些添加剂的现有信息通常是保密的，或标有通用化学名称。在这篇文章中，我们将提供有关识别这些薄膜缺陷的根本原因的信息，添加剂制造商如何制定策略来修改液体涂层的表面张力，以及配方商如何做出智能选择，从而减少需要测试的产品数量。

许多涂料缺陷的来源

大多数涂料是在液体状态下提供或应用的，所有的液体都遵循一定的自然规律。导致上述薄膜缺陷的液体的特性是，由于分子内聚，它们倾向于保留尽可能小的形状(即球体)。这种内聚力通常被称为表面张力，以达因/厘米为单位。当液体涂层接触到具有不同表面张力值的其他物体时，例如固体表面、颜料、其他液体甚至是滞留的空气，就会产生缺陷。固体材料的典型特征是表面能，这是它们吸引其他材料的倾向，以达因/厘米测量。

在基材润湿的情况下，液体涂层的表面张力必须小于它所应用的基材的表面能;否则就不会形成连续或光滑的薄膜。对于污染涂层的材料也是如此。涂层的表面张力必须小于其他材料的表面能或表面张力;否则涂层将远离它们，导致爬行或形成火山口(图1)。

例如，在表1中，我们看到二甲苯很容易润湿所列的任何基质，因为它的表面张力值29比其他表面能量要低。然而，水会倾向于在大多数这些材料上形成珠子，因为其表面张力值72高于除玻璃外的大多数表面。

这里的方程用于确定液体克服基板表面张力问题所需的最小膜厚。

地点:

• H为液体的最小深度，单位为厘米;
• 为液体表面张力，单位为达因/厘米;
• G是重力常数(980 cm/s)²）;
• R是液体的密度，单位是克每立方厘米。

水银有很高的表面张力，不会弄湿很多表面。然而，如果你倒足够多的水银到玻璃罐中，它会完全覆盖底部，因为液体的深度超过水银的表面张力，会形成一个连续的层。这在涂料应用中是不切实际的，因为成本和物理性能限制了涂料的使用量。唯一合理的选择是将涂层的表面张力降低到小于它可能接触到的表面、液体和污染物的值。

降低液体表面张力的添加剂

有多种降低表面张力的技术，它们部分取决于涂层的成分——是水性还是溶剂型，如果是溶剂型，那么溶剂混合物是极性的还是非极性的。最实用的方法是使用低表面张力的化学品，如碳氢化合物或聚二甲基硅氧烷(PDMS)的溶液。碳氢化合物可以由二甲苯、矿物油或矿物油等有机化合物组成。然而，它们主要在水基系统中有效，有助于在制造或应用过程中去除涂料中的空气。聚二甲基硅氧烷是一种化合物，可以通过多种方式进行修饰，以解决由表面张力引起的特定缺陷问题。基于pdms的添加剂基本结构如图2所示。

增加硅氧烷单位(X)的数量将增加添加剂的分子量，并改变其在溶剂介质中的相容性。如图3所示，低分子量的聚二甲基二苯醚基添加剂具有更好的亲和性，可以改善润湿性和流通性，而极高分子量的材料则可能非常不兼容，只能用于生成特殊的饰面。然而，通过添加特定数量的有机组分或聚醚，相容性和溶解度可以更精细地控制，如图4所示。

加入环氧乙烷(EO)或环氧丙烷(PO)等组分将决定聚硅氧烷在液体介质中的溶解度。添加更多的PO比添加更多的EO将提高添加剂在非极性溶剂如芳香族或脂肪族烃的相容性。添加更多的EO比PO可以提高添加剂在水、醇、酮等极性溶剂中的相容性。这些有机成分的附着方式也将决定添加剂在水中的长期稳定性。如果它们通过醚键连接(即丁醇启动)，它们在水基涂料中会表现出不稳定性，因此只能用于基于有机溶剂的体系中。如果通过烯丙基引发的聚醚直接连接到聚硅氧烷的主链上，它们可以100%的活性，并用于水基和溶剂基体系中。

高温应用程序

热固性应用，如包装和线圈涂料需要热稳定的添加剂。聚二甲基硅氧烷可以用苯基或其他PDMS侧链进行改性，以提高其分解温度(图5)。具有这些结构的添加剂在250-300℃下稳定，而未改性的版本会在200℃下分解。

许多好处

涂料系统包含各种溶剂、颜料和粘合剂的混合物，它们的表面张力材料的混合会导致前面提到的薄膜缺陷。因此，基于pdms的商业添加剂的组成变化，以解决这些缺陷在尽可能广泛的涂层范围内。分子量、极性和载体溶剂(如果有的话)将决定商用PDMS在特定涂料系统中的有效性，但它们也可能对其他性能有好处。图6显示了几种基于pdms的添加剂在涂料上的不同性能。

例如，主要用于基材润湿和/或调平的添加剂(A和D)往往具有相对较低的分子量，而那些具有较高分子量的添加剂(B和C)可以表现出一系列的好处，包括释放空气。

这方面的一个例子是纠正针孔的形成——这是一种常见的缺陷，当空气被困在厚膜中，然后缓慢释放，留下一个空隙，有时会向下到衬底。在涂层开始凝固之前，空隙或“孔”不能快速填充。为了纠正这一问题，需要一种多功能PDMS，它必须鼓励空气释放，并在涂层开始凝固之前提供改善的流动和流平(图7)。在这种情况下，PDMS“B”将是首选产品。

总结

许多与薄膜相关的缺陷是由液体涂层的表面张力引起的，因为它与其他具有低表面能的材料相互作用。这些“材料”可以是在制造或应用过程中遇到的空气、其他液体和固体，和/或涂层被应用的表面的形式。在实际情况下，只有添加低表面张力的改性剂，如碳氢化合物共混物和基于聚二甲基硅氧烷的添加剂，才能降低液体的表面张力。基于pdms的添加剂可以通过增加其分子量和/或设计适当的功能来影响其热稳定性、相容性和/或在各种溶剂体系中的溶解度来进行改性。专注于使用正确类型的添加剂来解决特定的薄膜缺陷，将减少测试材料的数量，而不是依靠尝试多种不同的化学物质来希望找到刚好合适的精灵尘。

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