环氧树脂(EP)涂料具有较高的耐化学性和机械性，一般用于厚层。固化后的EP涂层还表现出极高的基材附着力。然而，基于双酚a和F的EP树脂抗紫外线性能有限。因此，它们通常在室外应用中重新涂上抗紫外线的聚氨酯(PU)面漆。只要可以避免面漆，与PU涂料相比，EP涂料的优势是无可争议的。它们非常适合于涂装机械、工厂、铁路车厢建造、管道和储罐建造，以及涂装具有高机械或化学应力的建筑部件和混凝土地板。因此，开发一层EP涂料专用表面添加剂是非常必要的。除了用于改善薄膜形成的平整添加剂外，防止污垢吸附和促进表面清洁的添加剂也变得越来越重要。特别是在功能性表面在防止污染方面发挥主要作用的应用中，如集装箱、储罐和输送系统，或出于安全或美观原因，如隧道和走廊(图1)，易于清洁的表面带来巨大的经济、环境和时间优势。^1、2

易于清洁的效果可以通过使用自清洁或易于清洁的涂料来实现。这种易于清洁的表面是用两种不同的技术制造的，(超)亲水表面和(超)疏水表面。2022世界杯八强水位分析(超级)亲水表面的特征是与水的接触角从0(超级)到30°。^3.

相比之下，(超)疏水表面与水的接触角至少为140°，因此水只是简单地滴下来。⁴这种效果可以通过创建层次结构来实现(Lotus效果^®)，但其特点是应用过程耗时，且由于表面结构的损失，只能持续很短的时间。⁵在含氟碳氢化合物和硅油的涂料中使用强大的表面张力降低和疏水性添加剂提供了第二种更简单的方法。由于氟化碳氢化合物对环境的不利影响，不希望使用它们。⁶传统的硅油只显示短期效果，还可能导致流平问题。⁷用极性基团修饰的有机硅具有较好的平流性，但易清洗效果不持久。这些硅酮添加剂在使用几次(最多)后就会失效。二)清洗周期。

我们的目标是开发和优化一种新型聚合物添加剂，该添加剂具有极性基团和非极性基团的仔细平衡，将易于清洁的效果与卓越的流平效果结合起来(图2)。为了达到持久的效果，还必须引入可以与涂料形成共价键的锚基。

实验

为了测试易于清洁的性能，金属板上涂有传统的EP面漆。在一些板材中，涂层含有高达2%的新添加剂(所有指定的百分比都是重量百分比)。用炭黑粉、2%炭黑粉-水悬浮液和1%炭黑粉手霜模拟污染。炭黑粉末洒在表面。将含水碳黑悬浮液和碳黑护手霜使用沾有悬浮液或护手霜的实验纸巾涂抹在表面。然后在50°C下保存1小时。在使用市售洗碗机按照标准程序(50°C 2.5小时)清洗后，按照上述方法对样品进行目视评估、拍照、重新污染和再次清洗。这个过程重复了几次。

采用两层涂层进行了粘结试验。在喷砂钢(Sa 2½)上以200 μ m湿膜厚度涂抹一层红色常规双包EP底漆，干燥30天后，再涂上100 μ m白色双包EP面漆，其中含有2%的新型易清洗添加剂。在进一步干燥14天后，根据DIN EN ISO 4624进行脱拉试验。使用BYK-Gardner进行颜色测量^®颜色指南的指标符合ASTM E313。

结果与讨论

广义的结构

我们开发了一种新型聚合物，它结合了有机硅大单体技术和锚基，与环氧树脂兼容，并与涂层形成共价键，具有持久易清洁的性能。该添加剂的特点是具有很强的表面取向性，其中共聚物的极性部分保留在聚合物薄膜内部，反应基团与粘合剂形成共价键，从而嵌入自己。该添加剂还表现出与大多数EP体系的兼容性，如传统的、高固体或无溶剂体系。

由硅酮块的表面富集产生的疏水效应导致表面强烈排斥固体、液体或混合形式的污垢，无论污染物是疏水(油基)性质还是亲水(水)性质。

清洗性能

除了“对照”(无添加剂的涂层)外，在测试中还使用了传统的硅酮添加剂作为比较。图3-5显示了无论污染物的极性如何，新添加剂都具有特殊的易于清洁的效果和保留的有效性。这种效果可以在10次清洁循环后得到证明。

虽然模拟的污染和清洗周期并不完全符合实际情况，但它们仍然证明了添加剂在恶劣条件下的有效性。此外，这些测试能够证明与传统有机硅添加剂相比有显著差异。

附着力

新添加剂是一种易于清洁的添加剂，因此推荐用于面漆。然而，由于它也是一种表面活性物质，重要的是它对涂层间的粘附性没有负面影响，即不降低面漆和底漆之间的粘附性。图6显示了根据DIN EN ISO 4624标准进行的拉脱试验结果，结果显示，内聚性失效仅发生在底漆中，这表明底漆与面漆之间的附着力非常好。

光泽度和平滑度

涂料的另一个关键特性是成膜或膜的完整性，这是通过最佳水平来确保的。由于与系统高度不兼容，硅酮添加剂会导致流平问题。为此，在EP涂层体系中以不同浓度使用了新添加剂，并测试了其流平效果。不添加添加剂(对照)和添加0.5%至2%新添加剂的样品的水平测量值相似。我们推断，添加量不超过2%不会引起任何水平问题。更大的量没有测试，因为易于清洁的效果可以充分发挥在2%的添加量。

为了测试表面滑移，采用与水准试验相同的试样范围进行试验。图7显示，即使在较低的添加量下，摩擦系数也明显下降。只需0.5%的添加剂就足以显著改善滑移。

消泡

环氧树脂体系的消泡性能是非常重要的，因为它的粘度往往相对较高。在双包装环氧体系中，添加剂的用量为2%。并与不添加添加剂的样品进行了消泡效果比较。我们发现，由于其特别低的不相容性，添加剂不能稳定泡沫，甚至可以支持消泡。

储存稳定性和锅的寿命

在双组分体系中，锅的寿命一直起着重要的作用。在使用新添加剂时，最初可能会有轻微的粘度增加。但对锅的使用寿命没有影响。

进一步的好处

当固化双组分涂层(环氧胺)时，观察到氨基甲酸酯的形成显著减少。氨基甲酸酯是导致所谓“胺脸红”的原因，是通过与空气相互作用形成的化合物，特别是在高空气湿度和二氧化碳影响下的环境固化EP系统中。其结果是模糊的黑色或明亮的表面。⁸

三块面板上涂了一层黑色的EP-amine涂层。样品在室温和85%的空气湿度下固化。固化后，未添加添加剂的板料的颜色呈现出强烈的灰色。添加2%的普通硅树脂添加剂可以稍微减少灰色的变色。使用2%的新添加剂意味着几乎没有变灰。视觉评估也使用BYK-Gardner颜色指南进行测量。对照组、添加有机硅添加剂的样品和添加易清洁添加剂的样品的轻度L*值(CIELab系统)分别为33.7、29.5和27.0。

除了防止氨基甲酸酯形成外，添加了新添加剂的EP涂层在QUV-B暴露中也存活了550小时，只有轻微的变化。DYI值(根据ASTM E313的黄度指数之间的差值)是用BYK-Gardner颜色指南对不含添加剂的样品、常规有机硅添加剂和新添加剂在QUV暴露前后进行测定的。差异(顺序相同)分别为17、11和8.57。

低表面张力可以减少冰对涂层膜的粘附或提高表面除冰。为了确定这种新添加剂是否适用，我们让一家独立机构对这种材料进行了测试。试验在确定的气氛中进行，在-5°C，确定的风速为11.5 m/s，湿度为66%的条件下，冰水洒在样品上。5分钟后，立即拍摄撒入样品的图像以评估结冰程度(图8)。含有添加剂的样品显示出相当低的结冰程度。这一结果表明，由于技术、经济或安全原因，添加剂可以用于需要除冰的表面。

结论

通过将具有大单体功能的高分子添加剂结构与能共价结合到环氧体系的官能团相结合，可以生成一种性能优越的新型添加剂。大单体的功能导致EP涂层体系具有很强的易于清洁的效果，可以有效地对抗疏水和亲水污染。共价锚基导致持久易于清洁的效果，在50°C下存活多次洗碗机循环。此外，含有这种新添加剂的涂料没有形成坑，没有泡沫稳定，锅寿命正常，氨基甲酸酯形成减少，与底漆的附着力良好。令人惊讶的是，添加添加剂也会降低冰的附着力和改善除冰。

确认

作者感谢Kathrin女士Möllers和Mr. Lin Xie在此产品开发中的重大贡献。

参考文献

¹Lienhard, j .;Knippers, j .;克莱莫,j .;Gabler, M. Atlas kunstststoffe and膜，研究所für国际建筑建筑，2013，慕尼黑，47。

²Gniecko, j .;赫尔方，D.现代涂料，1994,84(3)，26-28。

^3.Tölke, T. Photokatalytische Schichtsysteme für hochtransparente selbstreinigende Gläser，论文，2009，弗里德里希席勒大学，耶拿。

⁴Greßler, S.等:Selbstreinigende, schmutz- und wasserabweisende Beschichtungen auf Basis von纳米技术，纳米信托档案，2010， 20，第3页。

⁵索尔加，A.等人，“保持清洁的梦想”;IOP出版有限公司;2007，第126页。

⁶AssTech。通讯-全氟塑料制品(PFC);http://www.asstech.com/de/downloads/newsletterPFC.pdf(14.05.2014)。

⁷比勒曼，J.缺乏添加剂;Weinheim, 1998,177。

⁸钟,摩根大通(J.P.;J.A.R.和雷夫纳P。应用高分子科学杂志， 1977, 21, 1095-1102。

作者:Horst M. Sulzbach, Guillaume Jaunky, Majdi Al-Masri和Wolfgang Griesel，毕克化学有限公司，德国韦塞尔

这篇论文发表在欧洲涂料杂志并在新奥尔良举行的2017年水上研讨会上发表。