浅析表面能和乳胶漆耐沾污性能的关系

data-full-width-responsive="true"> 1 前言乳胶漆耐沾污性能近年来一直是业内关注的话题,一些新理论新观点也纷纷涌现,比如亲水性漆膜的乳胶漆比憎水性漆膜更耐沾污的观点,开始被许多人接受。在一个应用型为主的产业,能从理论上进行分析讨论,是一个产业学术上的进步,但对一个理论能否指导实践,自然仁者见仁,智者见智,既要理论上的正本清源,也要实践上的深入检验。针对表面能和乳胶漆耐沾污性能的关系,笔者发表一些与之相左的观点,抛砖引玉,与业内专家商榷。2 表面能和乳胶漆漆膜的亲水性、憎水性将一滴水滴于固体表面,多数情况下,水将停留在固体表面形成一液滴,如图1 所示,达到平衡时,在固、液、气三相交界处,自固2液界面经过液体内部到气2液界面的夹角叫接触角,以表示。l 为液体, g 为气体, s 为固体;s g为固2气表面张力,lg为液-气表面张力,sl为固2液界面张力通过推导,可得到如下润湿方程:沾湿:Wa = sg +lg - sl =lg (1 + cos0浸湿:Wi = sg - sl = lgcos0铺展: S = Ws = s g - lg - sl =lg (1 - cos0其中:Wa为粘结功; Wi为穿透功; Ws为铺展功; S 为铺展系数可用接触角的大小来判断润湿的大小。接触角越小,润湿性能越好。在以接触角表示润湿时,习惯上将= 90定为润湿与否的界限。 90为不润湿 90为润湿= 0润湿达到最大限度,液体自动铺展从润湿方程来看, 表面能(固2气表面张力值sg) 高的固体比表面能低的固体更易被水所润湿,表面能高的乳胶漆漆膜表现为亲水性,表面能低的乳胶漆漆膜表现为憎水性。3 亲水性表面比憎水性表面更耐沾污的观点由来经典的界面化学理论是如下阐述漆膜的接触角与耐沾污性能的关系的:对于漆膜的抗沾污性,存在着一个粘附润湿过程,这个过程的推动力:Wa =sg +lg - sl对于任何一个能使sl减小的作用力都可增大粘附的倾向与牢度,也就是抗沾污性下降,sl是液-固表面张力值,表达式为:sl = sg - lg cos越小,sl越小,即抗沾污性越差。换言之,漆膜的表面能越低,耐沾污性能越好[1 ] 。在20 世纪90 年代之前,这一界面化学理论一直指导着涂料业抗沾污性能研究的方向。随着有机硅、有机氟技术在涂料应用中的不断进步,漆膜的表面能不断地得以降低,发展到金属幕墙板的氟碳烤漆时,到了低表面能的极致(临界表面张力值20) 。但是,人们也同时发现低表面能漆膜,即使是氟碳漆,在外墙使用,依然没有达到预期的抗沾污效果,雨水流痕成为漆膜抗沾污的突出问题。经典的界面化学理论受到了怀疑。日本在20 世纪90 年代中期研制成功亲水性漆膜的氟碳漆,在实践应用中,雨水流痕问题明显缓解,其耐沾污性能反而好于憎水性漆膜的氟碳漆。日本一些涂料界专业人士据此提出憎水性漆膜耐沾污性差的二大原因:一是静电吸附;二是雨水起珠不利于洗净污染物质。溶剂型涂料形成亲水性漆膜,是在配方中加入热稳定性极优而且很易合成为能成膜的结构的抗静电剂(又称作表面调节剂) ,它能在溶剂型漆膜表面形成一层0 1m 左右透明的复膜,它能吸收空气中的水分,漆膜始终保持润湿状态,既发挥抗静电效果,同时也调节漆膜的表面能。通过这种漆膜控制调节技术,将憎水性(低表面能) 的溶剂型漆膜改变为亲水性(高表面能) ,确实能够有效防止污染物质在漆膜表面附着和减少雨水流痕。因此,他们认为憎水性漆膜由于表面干燥而导致带电浮游污染颗粒的吸附,较亲水性漆膜更易污染;他们认为雨水在憎水性漆膜表面起珠不能润湿铺展,抵消了雨水对污染物质的冲刷力,不利于利用雨水来洗净污染物,达到天雨自涤的效果;他们认为由于亲水性漆膜的憎油性,亲油性的灰尘即使附着,也较易被雨水冲走。但是,在溶剂型涂料体系中实践成功的观点,在乳胶漆产品中是否同样适用,以下我们进一步分析和实践。4 乳胶漆漆膜的憎水性与亲水性耐沾污性能分析4 1 乳胶漆与溶剂型涂料漆膜的差异乳胶漆与溶剂型涂料,其漆膜的致密性存在很大的不同。溶剂型涂料中,聚合物分子被溶剂所包围和增塑,分子之间被溶剂分开,当溶剂挥发后,聚合物就以单个分子展布于底材上,形成一完整致密的漆膜,可以防止污染物质的渗入。在乳胶漆中,聚合物以球形颗粒分散于水中,每个颗粒由不同数量的高分子聚合物所组成。它是一个非均相体系,当水蒸发后球型颗粒必须经过一系列物理化学过程,才能形成存有无数气孔的完整的漆膜。乳胶漆在所有颜料体积浓度PVC 情况下都存有空气空洞(气孔) ,甚至乳胶漆清漆也存在气孔,极易造成污染物质的渗入。