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氟碳表面活性剂及其在水性塑胶涂料中的应用 |
2009-05-08 |
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在环境保护的浪潮中，涂料水性化是一个重要的潮流和途径。然而由于水性涂料的光泽、附着力、耐水性以及流平润湿性与溶剂型涂料相比还有一定的差距，所以在工业涂料及其他特种涂料中，溶剂型涂料仍占有绝大部分市场。
但是随着保护环境和有效利用石油资源的意识不断提高，使得水性化成为涂料行业不可逆转的趋势，解决技术问题是涂料行业水性化的关键所在。本文着重介绍氟碳表面活性剂在水性涂料特别是水性塑胶涂料中的应用，希望能够对水性塑胶涂料的推广有所帮助。
1氟碳表面活性剂的特性
氟碳表面活性剂具有普通碳氢表面活性剂不具备的3种特征：①极强的表面活性。在水中只要很低的浓度就能够有效地降低水的表面张力，提高了水性体系的湿润性和渗透性，且氟碳链同时具有憎水性和憎油性。②极好的稳定性。③生产成本高。
在水性涂料中，氟碳表面活性剂可改善涂料对基材的润湿性、流平性、防水性，提高耐沾污性、抗粘连性、附着力和光泽，并具有高温活性稳定性(150～200℃)。
2氟碳表面活性剂在水性塑胶涂料中的使用
氟碳表面活性剂在各种水性涂料中都能够发挥一定的作用，然而目前的实际应用却不是很多，原因有2个：一是氟碳表面活性剂的价格较高，一些低档的水性涂料不用这种产品；二是由于使用在木材或金属的表面，涂料和底材的表面张力差不是很大，所以使用一般的碳氢类或者有机硅的表面活性剂就能够解决问题，没有必要使用价格较高的氟碳表面活性剂。然而对于水性塑胶涂料情况却不一样。一方面，目前市场上的主流塑胶涂料产品均是采用溶剂型的丙烯酸体系，产品的价格较高，给水性塑胶涂料的发展创造了空间。另一方面，由于塑胶表面极低的表面张力，使用传统的表面活性剂不能够解决问题。因此，在水性塑胶涂料中应用氟碳表面活性剂效果最明显，也最具有意义。
中华人民共和国图鉴社
从技术角度分析，水性塑胶涂料的开发有3个难点，包括：
(1)润湿流平性问题。塑胶是由非极性的碳氢类不饱和低分子聚合而成，表面张力很低，使用一般的碳氢类或有机硅类的表面活性剂很难润湿塑料表面，从而出现缩边或者橘皮现象。而且塑料表面常常有脱模剂的存在，使得水性涂料很难润湿铺展，导致形成缩孔。
(2)附着力的问题。最常规的塑胶基材，包括PE、PP、ABS、PC等等。从目前水性树脂的技术发展来看，在ABS和PC上，水性塑胶涂料的附着力已经不是问题。使用氟碳表面活性剂能够进一步增强附着力和抗刮擦的能力。而对于PP、PE来讲，仅仅通过添加氟碳表面活性剂是不能够解决问题的。解决方法往往是先使用塑胶底材专用的附着力促进剂先处理一遍，然后再涂水性塑胶涂料。
(3)铝银浆的问题。塑胶涂料中目前最大的品种就是银粉漆。对于溶剂型涂料而言，银粉漆的技术很成熟；而对于水性涂料，银浆的价格和在涂料干燥过程中的定向确实是很大的问题。国产的水性铝银浆用于建筑用水性金属涂料还可以，如果用到塑胶表面就不行了，用于塑胶表面的铝银浆基本上还是被几家外国公司所垄断。另一方面，即使是好的铝银浆如果定向不好，也不能够发挥作用。由于氟碳表面活性剂特殊的表面张力效果，能够在水性涂料干燥的过程中持续地发挥作用，帮助银浆定向。
本文来自中华人民共和国图鉴社
除了上面提到的3个方面，氟碳表面活性剂还能够帮助提高水性塑胶涂料的耐水耐溶剂性。由于降低了涂膜的表面摩擦系数，还可以增加涂膜的抗刮擦性。对于一些需要烘烤的水性塑胶涂料，在高温条件下也能够发挥很好的作用。由于塑胶表面张力低的特点，氟碳表面活性剂一般需要添加到千分之一的固体分含量才能够很好地发挥作用。
3氟碳表面活性剂使用时的注意事项
以3MFluoradFC-4430为例：
(1)添加量。氟碳表面活性剂的价格较高，如果是100%有效含量的全氟碳表面活性剂市场价格都在1000元/kg以上。但是，氟碳表面活性剂的添加量也非常少，相比较于碳氢类1%和有机硅类4‰～6‰的添加量，氟碳表面活性剂的添加量只有0.5‰～1‰。这样算下来，配方中会增加0.7～1.4元左右的成本，比使用碳氢类的表面活性剂或者有机硅类的表面活性剂略高一点，但却提高了产品档次。
(2)使用方法。对于100%固含量的氟碳表面活性剂，在温度较低的情况下一般是蜡黄色的固体，需要先加热熔化后使用。使用前，最好先使用极性醇醚类溶剂配制成9.1%的溶液，以便于精确添加。在配制稀释溶液时只需要轻轻搅拌，以免产生气泡。添加最好在调漆阶段加入体系当中。
(3)环保性问题。谈到氟相关的产品，前一段时间，美国环保署(EPA)发表的有关全氟辛酸胺(PFOA)的声明。全氟辛酸胺(PFOA)对人体和自然环境可能存在潜在的毒性，有些厂家已经开发了替代的产品。2000年5月，3M工厂主动停止了全氟辛酸胺的生产。目前3M公司的产品只含有4个碳原子氟碳基的全氟丁基类氟碳表面活性剂，是按照美国环保署(EPA)检测准则来制造和销售的。
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(4)重涂性问题。3MFluoradFC-4430在任何配方体系里，无论在怎样的成膜条件下，都不会发生第二次或多次涂装之间咬底和粘附不良等现象。当然，如果使用不同的涂料涂装，那问题就另当别论了。
(5)相容性问题。由于氟碳表面活性剂本身的稳定性，特别是非离子型的氟碳表面活性剂，几乎不与任何强酸和强碱反应。在各种树脂体系中，包括丙烯酸、聚氨酯、氨基和环氧体系中，均能够很好地发挥作用。而且对配方中的增稠剂、分散剂和消泡剂有协同作用。
表面张力越低的底材，使用氟碳表面活性剂越有价值。由于塑胶表面张力极低，水性塑胶涂料的体系中，选用氟碳表面活性剂几乎是必不可少的。就市场而言，目前国内生产水性塑胶涂料的公司还较少，绝大部分仍处在配方的研发阶段，但是水性塑胶涂料的前景十分广阔。据报道，韩国的三星公司已经决定，到2008年底在所有的三星手机上使用水性塑胶涂料，我们相信其他的手机厂商也会相应跟上。对于一些出口产品，由于欧美执行更为严格的环保标准，越来越多的出口产品中会使用到水性塑胶涂料。
最后还要说明一点，氟碳表面活性剂虽然可以帮助解决很多水性塑胶涂料在应用上的问题，但并不是万能的。成膜物质的性能是决定水性塑胶涂料各项性能的最根本因素，水性塑胶涂料的推广首先还是依赖于树脂技术的发展，正确的配方和生产工艺以及施工方法都可以提高水性塑胶涂料的性能，而氟碳表面活性剂的使用能够为水性塑胶涂料的推广助一臂之力。
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