用于水性和紫外光固化涂料和油墨的超润湿器的新时代| 2011-11-01

今天，水性和辐射固化涂料和油墨的增长远远超过了溶剂型涂料和油墨。对降低挥发性有机化合物、“绿色”材料、改善食品安全和降低经济效益(减少库存和加快生产速度)的需求都有助于这一增长，而这反过来又增加了对超级湿润器的需求。为什么?随着配方剂从溶剂型涂料和油墨过渡到更健康、更安全、更环保的体系，性能要求揭示了与水性和辐射固化体系相关的问题和缺点。特别是，在涂料生产和应用过程中，许多使用的表面活性剂包具有稳定泡沫的负面影响。此外，特别是在水性涂料中，水固有的高表面张力有可能导致表面缺陷，如基材上的陨石坑和润湿性差。

表1点击放大

随着水性和辐射固化涂料和油墨的增长，更多的粘合剂系统的发展，配方商发现，在开发新配方时，他们需要更广泛的润湿添加剂组合来选择。没有一种通用的解决方案适用于广泛的配方和基材，因为性能不一致;缺乏法规遵从性;pH稳定性差;在高要求、高速应用中性能较差;成本和配方都带来了问题。在涂料和油墨工业中，硅酮材料已被开发和使用多年，以改善许多系统的表面外观和性能，包括润湿，但这种技术也遭受了性能不一致的问题。道康宁最近推出了四种100%有机硅聚醚共聚物，在水性和辐射固化体系中具有良好的兼容性，可在广泛的配方、pH范围和基材上提供良好的基材润湿性。

本文描述了一项应用研究，比较了这四种独特的硅酮聚醚共聚物超润湿器与市场上市售的表面活性剂(乙炔二醇和硅酮聚醚共聚物，包括Gemini表面活性剂)的性能(表1)。

表2点击放大

Superwetters

这些新型超润湿剂是低粘度和低分子量的材料，因此很容易融入涂料和油墨中。它们迅速迁移到涂层表面，并有效地包裹在涂层表面，从而产生实现良好润湿性能所需的低表面张力。室温下用0.1%(重量)水溶液进行静态表面张力测量。平衡表面张力用Krüss K10T张紧计和铂金威廉板测量。对于这种测试方法，将铂板浸入测试液体中，将铂板从溶液中移除所需的力作为液体表面张力的测量值。

表3点击放大

超润湿器提供了良好的静态表面还原(表3)。

虽然环氧乙烷含量(HLB)不会直接影响水中的表面张力，但这会影响表面活性剂在涂料或油墨配方中的溶解度和性能。因此，有一个HLB值的范围可以让配方师为给定的配方选择正确的产品。

静态表面张力可以从理论上说明表面活性剂可以在多大程度上降低给定溶液的表面张力以实现良好的润湿，而动态表面张力(DST)则更能反映涂料或油墨应用过程中的实际性能，因为它衡量表面活性剂迁移到空气/液体界面以完成其工作的速度。图1显示了超润湿剂和竞争对手表面活性剂在水中0.2%重量时的DST结果。DST是通过使用气泡张力计来测量的，该气泡张力计以递增的速率使空气通过测试液体，在此期间测量形成气泡所需的最大压力。随着气泡速率从每秒1个气泡增加到每秒10个气泡，创建新界面(液体/空气)的时间减少。

图1点击放大

所有的超润湿器在低到中等应用速度下表现良好，如1和5 Hz的低DST所示。特别是，道康宁®502W添加剂和竞争对手添加剂7在高速下保持了极低的DST。这表明，这两种产品都适用于高速应用和具有挑战性的条件，如喷涂。然而，这个测试只是一个指示，并不能反映所有情况下的实际性能，我们将在后面看到，虽然道康宁502W的性能得到了一致的应用数据的支持，但竞争对手7添加剂的情况并非如此。

高ph值涂料在装饰市场中最常见，在这里，湿润添加剂的长期稳定性是关键。图2为表面活性剂在pH 11下老化1个月后的DST性能。道康宁500W添加剂在pH值11下时效1个月后达到长期性能，持续提供低表面张力。这使得配方商在高ph值配方中使用它，并有信心在最终使用阶段具有长期润湿性能。数据表明，该添加剂在高pH条件下由于不反应的乙酰氧基盖顶基团的稳定性而获得长期性能。

图2点击放大

超级润湿器的好处

在这一部分的应用研究中，每种表面活性剂在每种配方中以0.2%的重量进行比较。为了比较性能，我们评估了以下属性:

1.通过视觉评估表面缺陷(润湿和找平)的表面外观;
2.滑动(摩擦系数)。

在配方中加入表面活性剂会带来泡沫稳定的风险，通过测量高速剪切后的泡沫高度来评估对泡沫的影响。

水性聚氨酯和丙烯酸木拼花漆配方的性能

表4和表5所示的两种典型木材涂层配方被用来评估超润湿器的性能。第一种是基于聚氨酯分散体，第二种是基于丙烯酸分散体。

表4点击放大

在图3中，我们可以看到这些玻璃上的木器涂层与超润湿剂和竞争表面活性剂的评估1-7。玻璃被用作基材，因为这是行业中用于评估木器涂层的标准基材。超润湿器的润湿性能高，产品之间只有一些小的差异。将这些与竞争添加剂1-7进行比较，我们可以看到，在大多数情况下，超润湿剂的润湿性能优于竞争对手。也许更重要的是，两种配方的性能是一致的，虽然一些竞争性添加剂在一种配方中表现良好，但在另一种配方中性能较差。

表5点击放大

“眼见为实”这句古老的谚语，在超级潮湿的表现中当然是正确的。图4显示了添加和不添加超润湿剂时水性聚氨酯丙烯酸木拼花漆的润湿性能;本例中显示的是道康宁67添加剂。

图6显示了这一点，其中道康宁67添加剂的性能与道康宁57添加剂在无溶剂uv固化涂料中的性能进行了比较。在这个配方中，我们可以看到67添加剂具有优异的润湿性能，对滑移(摩擦系数)没有影响，而57添加剂具有较低的润湿性能，但滑移显著降低。这种超润湿剂和其他添加剂之间滑移性能的差异使配方商可以选择定制其配方以适应最终应用。

图3点击放大

水性柔印油墨的性能

在PET(另一种很难湿化的低能基板)的例子中，道康宁500W和501W添加剂的性能表现优异，这表明非反应性端盖正在影响性能。摩擦系数保持不变;这在打印应用中尤其重要，因为高滑移会导致打印项难以堆叠。同样，如果需要降低滑移性能，可以使用定制的滑移添加剂进行调整，如道康宁的57或51添加剂。超润湿剂和这些其他添加剂之间滑移性能的差异使配方商可以选择定制其配方以适应最终应用。