在環(huán)境保護(hù)的浪潮中，涂料水性化是一個(gè)重要的潮流和途徑。然而由于水性涂料的光澤、附著力、耐水性以及流平潤(rùn)濕性與溶劑型涂料相比還有一定的差距，所以在工業(yè)涂料及其他特種涂料中，溶劑型涂料仍占有絕大部分市場(chǎng)。但是隨著保護(hù)環(huán)境和有效利用石油資源的意識(shí)不斷提高，使得水性化成為涂料行業(yè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，解決技術(shù)問(wèn)題是涂料行業(yè)水性化的關(guān)鍵所在。本文著重介紹氟碳表面活性劑在水性涂料特別是水性塑膠涂料中的應(yīng)用，希望能夠?qū)λ运苣z涂料的推廣有所幫助。
1 氟碳表面活性劑的特性
氟碳表面活性劑具有普通碳?xì)浔砻婊钚詣┎痪邆涞?種特征：①極強(qiáng)的表面活性。在水中只要很低的濃度就能夠有效地降低水的表面張力，提高了水性體系的濕潤(rùn)性和滲透性，且氟碳鏈同時(shí)具有憎水性和憎油性。②極好的穩(wěn)定性。③生產(chǎn)成本高。在水性涂料中，氟碳表面活性劑可改善涂料對(duì)基材的潤(rùn)濕性、流平性、防水性，提高耐沾污性、抗粘連性、附著力和光澤，并具有高溫活性穩(wěn)定性(150～200℃)。
2 氟碳表面活性劑在水性塑膠涂料中的使用
氟碳表面活性劑在各種水性涂料中都能夠發(fā)揮一定的作用，然而目前的實(shí)際應(yīng)用卻不是很多，原因有2個(gè)：一是氟碳表面活性劑的價(jià)格較高，一些低檔的水性涂料不用這種產(chǎn)品二是由于使用在木材或金屬的表面，涂料和底材的表面張力差不是很大，所以使用一般的碳?xì)漕?lèi)或者有機(jī)硅的表面活性劑就能夠解決問(wèn)題，沒(méi)有必要使用價(jià)格較高的氟碳表面活性劑。然而對(duì)于水性塑膠涂料情況卻不一樣。一方面，目前市場(chǎng)上的主流塑膠涂料產(chǎn)品均是采用溶劑型的丙烯酸體系，產(chǎn)品的價(jià)格較高，給水性塑膠涂料的發(fā)展創(chuàng)造了空間。另一方面，由于塑膠表面極低的表面張力，使用傳統(tǒng)的表面活性劑不能夠解決問(wèn)題。因此，在水性塑膠涂料中應(yīng)用氟碳表面活性劑效果最明顯，也最具有意義。
從技術(shù)角度分析，水性塑膠涂料的開(kāi)發(fā)有3個(gè)難點(diǎn)，包括：
(1)潤(rùn)濕流平性問(wèn)題。
塑膠是由非極性的碳?xì)漕?lèi)不飽和低分子聚合而成，表面張力很低，使用一般的碳?xì)漕?lèi)或有機(jī)硅類(lèi)的表面活性劑很難潤(rùn)濕塑料表面，從而出現(xiàn)縮邊或者橘皮現(xiàn)象。而且塑料表面常常有脫模劑的存在，使得水性涂料很難潤(rùn)濕鋪展，導(dǎo)致形成縮孔。
(2)附著力的問(wèn)題。
最常規(guī)的塑膠基材，包括PE、PP、ABS、PC等等。從目前水性樹(shù)脂的技術(shù)發(fā)展來(lái)看，在ABS和PC上，水性塑膠涂料的附著力已經(jīng)不是問(wèn)題。使用氟碳表面活性劑能夠進(jìn)一步增強(qiáng)附著力和抗刮擦的能力。而對(duì)于PP、PE來(lái)講，僅僅通過(guò)添加氟碳表面活性劑是不能夠解決問(wèn)題的。解決方法往往是先使用塑膠底材專用的附著力促進(jìn)劑先處理一遍，然后再涂水性塑膠涂料。
(3)鋁銀漿的問(wèn)題。
塑膠涂料中目前最大的品種就是銀粉漆。對(duì)于溶劑型涂料而言，銀粉漆的技術(shù)很成熟而對(duì)于水性涂料，銀漿的價(jià)格和在涂料干燥過(guò)程中的定向確實(shí)是很大的問(wèn)題。國(guó)產(chǎn)的水性鋁銀漿用于建筑用水性金屬涂料還可以，如果用到塑膠表面就不行了，用于塑膠表面的鋁銀漿基本上還是被幾家外國(guó)公司所壟斷。另一方面，即使是好的鋁銀漿如果定向不好，也不能夠發(fā)揮作用。由于氟碳表面活性劑特殊的表面張力效果，能夠在水性涂料干燥的過(guò)程中持續(xù)地發(fā)揮作用，幫助銀漿定向。除了上面提到的3個(gè)方面，氟碳表面活性劑還能夠幫助提高水性塑膠涂料的耐水耐溶劑性。由于降低了涂膜的表面摩擦系數(shù)，還可以增加涂膜的抗刮擦性。對(duì)于一些需要烘烤的水性塑膠涂料，在高溫條件下也能夠發(fā)揮很好的作用。由于塑膠表面張力低的特點(diǎn)，氟碳表面活性劑一般需要添加到千分之一的固體分含量才能夠很好地發(fā)揮作用。
3 氟碳表面活性劑使用時(shí)的注意事項(xiàng)
以3MFluoradFC-4430為例：
(1)添加量。
氟碳表面活性劑的價(jià)格較高，如果是100%有效含量的全氟碳表面活性劑市場(chǎng)價(jià)格都在1000元/kg以上。但是，氟碳表面活性劑的添加量也非常少，相比較于碳?xì)漕?lèi)1%和有機(jī)硅類(lèi)4‰～6‰的添加量，氟碳表面活性劑的添加量只有0.5‰～1‰。這樣算下來(lái)，配方中會(huì)增加0.7～1.4元左右的成本，比使用碳?xì)漕?lèi)的表面活性劑或者有機(jī)硅類(lèi)的表面活性劑略高一點(diǎn)，但卻提高了產(chǎn)品檔次。
(2)使用方法。
對(duì)于100%固含量的氟碳表面活性劑，在溫度較低的情況下一般是蠟黃色的固體，需要先加熱熔化后使用。使用前，最好先使用極性醇醚類(lèi)溶劑配制成9.1%的溶液，以便于精確添加。在配制稀釋溶液時(shí)只需要輕輕攪拌，以免產(chǎn)生氣泡。添加最好在調(diào)漆階段加入體系當(dāng)中。
(3)環(huán)保性問(wèn)題。
談到氟相關(guān)的產(chǎn)品，前一段時(shí)間，美國(guó)環(huán)保署(EPA)發(fā)表的有關(guān)全氟辛酸胺(PFOA)的聲明。全氟辛酸胺(PFOA)對(duì)人體和自然環(huán)境可能存在潛在的毒性，有些廠家已經(jīng)開(kāi)發(fā)了替代的產(chǎn)品。2000年5月，3M工廠主動(dòng)停止了全氟辛酸胺的生產(chǎn)。目前3M公司的產(chǎn)品只含有4個(gè)碳原子氟碳基的全氟丁基類(lèi)氟碳表面活性劑，是按照美國(guó)環(huán)保署(EPA)檢測(cè)準(zhǔn)則來(lái)制造和銷(xiāo)售的。
(4)重涂性問(wèn)題。
3MFluoradFC-4430在任何配方體系里，無(wú)論在怎樣的成膜條件下，都不會(huì)發(fā)生第二次或多次涂裝之間咬底和粘附不良等現(xiàn)象。當(dāng)然，如果使用不同的涂料涂裝，那問(wèn)題就另當(dāng)別論了。
(5)相容性問(wèn)題。
由于氟碳表面活性劑本身的穩(wěn)定性，特別是非離子型的氟碳表面活性劑，幾乎不與任何強(qiáng)酸和強(qiáng)堿反應(yīng)。在各種樹(shù)脂體系中，包括丙烯酸、聚氨酯、氨基和環(huán)氧體系中，均能夠很好地發(fā)揮作用。而且對(duì)配方中的增稠劑、分散劑和消泡劑有協(xié)同作用。
表面張力越低的底材，使用氟碳表面活性劑越有價(jià)值。由于塑膠表面張力極低，水性塑膠涂料的體系中，選用氟碳表面活性劑幾乎是必不可少的。就市場(chǎng)而言，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)水性塑膠涂料的公司還較少，絕大部分仍處在配方的研發(fā)階段，但是水性塑膠涂料的前景十分廣闊。據(jù)報(bào)道，韓國(guó)的三星公司已經(jīng)決定，到2008年底在所有的三星手機(jī)上使用水性塑膠涂料，我們相信其他的手機(jī)廠商也會(huì)相應(yīng)跟上。對(duì)于一些出口產(chǎn)品，由于歐美執(zhí)行更為嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，越來(lái)越多的出口產(chǎn)品中會(huì)使用到水性塑膠涂料。
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