【知识分享】水性工业基材润湿的作用机理

在现代工业生产中，水性工业涂料以其环保、安全的特性逐渐成为主流选择。然而，由于水性工业涂料本身的表面张力较高，再加上工业施工基材的多样性，漆膜与基材之间的润湿不充分问题时有发生。这不仅会导致涂层出现针孔、气泡、凹陷等表面缺陷，还会严重影响涂层的质量和外观效果。为了解决这一问题，水性工业涂料中通常会添加一种重要的添加剂——基材润湿剂。

基材润湿剂，顾名思义，是一种能够降低涂料与基材之间表面张力的物质。它的主要作用在于改善涂料与基材的接触状态，使涂料能够更好地润湿基材表面。这样一来，不仅提高了涂层的附着力和耐性，还能有效减少表面缺陷的产生。

首先，基材润湿剂通过降低涂料的表面张力，使得涂料更容易渗透到基材表面的微小凹凸中。这一特性使得涂料能够更好地填充基材表面的空隙和缺陷，从而减少针孔和气泡的产生，提高涂层的平整度和密实性。

其次，基材润湿剂还能够改善涂料与基材之间的界面相互作用。通过调整涂料与基材之间的化学键合和物理吸附作用，基材润湿剂能够增强涂料与基材之间的粘附力，从而提高涂层的耐久性和抗剥离性能。

此外，基材润湿剂还能够改善涂料的流动性和流平性。通过降低涂料的表面张力，基材润湿剂使得涂料在施工过程中更加顺畅地流动，减少了涂膜的厚薄不均和流挂现象，从而提高了涂层的外观效果和光泽度。

综上所述，基材润湿剂在水性工业涂料中的应用具有多重益处。它不仅能够防止因涂料与基材润湿不良而产生的表面缺陷，还能提高涂层的附着力、耐性和外观效果，从而保证涂层的质量和使用寿命。因此，在水性工业涂料的配方设计和施工过程中，合理选择和使用基材润湿剂是非常重要的。

 

一、什么是基材润湿剂

基材润湿剂是一种能够改善涂料在底材上铺展程度的物质，它通过降低液体的表面能来促进固体物料更易被水浸湿。具体来说，基材润湿剂属于表面活性剂的范畴，它们作用于涂料与底材接触的界面，降低涂料的表面张力，使其能更好地润湿底材。润湿是指一种流体（如涂料）取代固体表面另一种流体（通常是空气）的过程。在这个过程中，有三种现象：沾湿、浸湿和铺展。而基材润湿主要涉及铺展润湿，即液体在固体表面的展布。

为了达到良好的基材润湿效果，体系的表面张力需要低于底材的表面张力。这样，涂料才能顺利地在底材上铺展而不产生油缩、缩边、针孔等缺陷。此外，润湿速度也是一个重要因素，动态表面张力是衡量润湿速度的指标之一。因此，在涂料配方中加入合适的基材润湿剂对于提高涂层质量和外观效果至关重要。

 

二、基材润湿剂的作用原理

基材润湿剂的作用原理主要是通过降低涂料的表面张力，从而改善涂料在底材上的铺展性。

首先，基材润湿剂属于表面活性剂的一种，它们通过迁移到涂料与空气接触的表面，降低体系的表面张力。这样可以使得涂料更容易在基材表面铺展，而不是聚集成滴状。

其次，当涂料涂覆在基材表面时，润湿剂分子会在涂层底部与基材接触的地方排列，亲油链段吸附在固体表面，而亲水基团则向外伸向水中。这种排列方式形成了一个夹层结构，使得水相更容易铺展，从而达到润湿的目的。

此外，还有一部分润湿剂存在于液体表面，它们的亲水基团伸向液体中，疏水基团暴露在空气中，形成单分子层。这样不仅降低了涂层的表面张力，还促使涂层更好地润湿基材。

 

三、基材润湿剂的抑破泡性机理

基材润湿剂的抑破泡性机理主要在于其特殊的分子结构，它能够降低涂料的动态表面张力，从而减少气泡的形成和稳定存在。

首先，要理解润湿剂如何抑制泡沫的形成，需要了解动态表面张力的概念。动态表面张力是指液体在特定界面或表面在一定时间内的表面张力值，这个值会随着表面活性剂的吸附效率而变化，直到达到一个静态平衡值。

其次，当涂料中存在气泡时，如果表面张力较大，气泡将更稳定，不易破裂。而加入基材润湿剂后，由于其分子结构的一端是亲水的，另一端是疏水的，亲水端朝向液体内部，疏水端朝向气泡表面，这样会降低气泡的表面张力，使得气泡更容易破裂，从而抑制泡沫的形成。

此外，水性工业漆中使用的基材润湿剂不仅需要具备良好的润湿力，还应具有一定的抑消泡性。诸如：SAMASO E1065 为炔二醇水基系统非离子表面活性剂，具有润湿、消泡等多项功能。由于其具有疏水特性，该产品的水敏性低于传统的表面活性剂。SAMASO X1080、SAMASO X1270为新型聚醚改性有机硅非离子表面活性剂，不含 APEO ，具有优异的铺展、分散、界面润湿性能及较低的表面张力。具有湿润、乳化、分散、铺展、促进渗透底材润湿等作用。可广泛应用于油墨涂料、工业清洗助剂，日用、精细、石油等化工行业及皮革金属表面处理等领域。SAMASO X1150为不含 APEO 绿色环保型非离子表面活性剂，具有优异的展色性和润湿性，降粘效果比较明显，适合生产一些高固低粘的色浆。这些润湿剂能够有效提高涂料的入孔性，改善流平性和流动性，同时在用量上可以降至最低，以节约成本。

 

 

四、常见因表面张力影响的涂层缺陷

缩孔：这是漆膜表面出现的碟状凹陷，通常是由于表面张力不均匀导致的。由于涂料本身有低表面张力液滴的存在、或被涂饰表面因污染存在有低表面张力区，造成表面张力的不均匀，涂料在表面张力差的作用下，由低表面张力处流向高表面张力处，结果形成一个个中心凹陷的孔洞。

流挂：涂料在垂直表面施工时由于重力作用导致湿膜向下流动的现象，它通常发生在涂层干燥之前，并且可能导致涂层上部变薄而下部变厚，严重时会形成球形或波纹形状的漆膜。

对流窝（贝纳尔德窝）：当溶剂在湿涂层表面挥发时，将产生两种作用：即由于溶剂挥发时吸热，使挥发中心附近温度降低；另外挥发中心附近的颜料和成膜物的浓度增大。这两种作用都使挥发中心附近的表面张力增大。

发花：漆膜中存在多种颜料的不均匀分布，呈现条斑或蜂窝斑状的现象。

浮色：含两种以上颜料的色漆，经施涂后多种颜料中的一种或几种以较高的比例被分离出来，并飘浮到涂膜表面。它与发花相似，但又有所不同。它是发花的极致状况。某些颜料浮升至表面，漆膜表面颜色虽均匀一致，但与刚施涂时的湿膜颜色却有明显的差异。

渗色：可溶解的着色物质从底层涂料中扩散至涂层表面导致产生不良的变色或染色。

龟裂：像鳄鱼皮那样的裂纹，可能因为表面与内部的收缩速度不同而产生应力开裂。

 

 

为了预防这些缺陷，需要确保涂层与基材间保持适当的附着力，避免超过最长覆涂间隔时间，使用正确的涂料体系，并遵循建议的覆涂间隔时间。同时，应避免过高的膜厚和硬涂料在软涂层上的使用，以及在下道涂层未干燥前涂上新的漆层。此外，应确保所有的焊接和燃烧都在涂漆之前完成，以避免热损伤。

 

五、涂料配方中添加基材润湿剂的重要性

改善涂料与底材的相容性：基材润湿剂通过降低涂料的表面张力，使得涂料更容易在底材上展开，从而改善涂料与底材之间的接触和附着力。这对于提高涂层的附着性和耐久性是非常关键的。

减少涂层缺陷：由于基材润湿剂能够促进涂料在底材上的均匀铺展，因此可以有效减少涂层缺陷，如缩孔、针孔和鱼眼等，这些缺陷通常是由于涂料表面张力过高导致的。

提高涂层外观：添加基材润湿剂有助于提升涂层的整体外观，使涂层更加光滑、均匀，从而提高产品的美观度和消费者的满意度。

增强涂层性能：良好的润湿性能可以确保涂层的均匀性，这对于涂层的性能，如耐磨性、耐腐蚀性和耐候性等都是有益的。

优化配方成本：通过使用基材润湿剂，可以在不牺牲涂层质量的前提下，减少昂贵成分的使用量，从而优化成本。

环境友好：水性涂料以水为分散介质，环保且安全，而基材润湿剂的使用可以进一步提高水性涂料的应用效率和环保性能。

应对复杂配方体系：水性涂料的配方体系比传统的溶剂型涂料更为复杂，因此在使用水性涂料时，基材润湿剂的作用尤为重要，它能够帮助解决由于复杂配方带来的润湿问题。

 

六、润湿剂的类型

化学结构：润湿剂可以分为有机硅类、阴离子型、非离子型等。有机硅类润湿剂广泛应用于印刷、涂层和塑料注塑等领域。阴离子型润湿剂包括烷基硫酸盐、磺酸盐、脂肪酸及其酯硫酸盐等，适用于水性涂料和乳胶漆等。非离子型润湿剂则包括聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚等，适用于中性条件如油墨和塑料。

离子特性：润湿剂可以分为阳离子型、阴离子型和非离子型。阳离子型润湿剂适用于酸性条件，如木材漆和涂布纸。阴离子型适用于碱性条件，如水性涂料和乳胶漆。非离子型则适用于中性条件，如油墨和塑料。

应用领域：润湿剂可以分为基材润湿剂、外用制剂用润湿剂、口服润湿剂等。基材润湿剂主要应用于工业涂料，而外用制剂用的润湿剂则包括表面活性剂和表面张力小的溶剂。

产品功能：润湿剂可以分为功能型润湿剂，如消泡型、稳定型等，以及混合型润湿剂，适用于具有酸碱性的胶黏剂、化妆品等。

 

七、如何选择润湿剂

涂料体系：首先要明确涂料是水性、溶剂型还是粉末等其他类型，因为不同体系的涂料适用的润湿剂不同。确保选用的润湿剂与涂料介质相兼容是非常重要的。

颜料特性：颜料的类型（有机或无机、碱性或酸性）也会影响润湿剂的选择。每种颜料具有不同的特点，需要与润湿剂的HLB值（亲水亲油平衡值）相匹配，以获得最佳的分散效果。诸如SAMASO X4070出色的乳化性能与APEO的性能和HLB值极为接近是（30EO-40EO）APEO非离子表面活性剂的升级首选产品。

润湿剂的化学性质：润湿剂分为阴离子型和非离子型，它们的分子结构决定了润湿性能的差异。例如，阴离子型表面活性剂通常具有疏水基侧链化程度高，极性基团位于分子中部，这有助于提高润湿性。

亲水亲油性：润湿剂的亲水亲油性质通过HLB值来表示。选择与涂料中颜料和填料HLB值相匹配的润湿剂，可以提高分散效果和涂层质量。

产品质量：阅读润湿剂的产品说明书和与厂家服务人员交流，可以帮助了解润湿剂的性能和应用范围，从而做出合适的选择。

 

八、理想的基材润湿剂所要具备的条件

低表面张力：能够有效降低涂料与底材之间的表面张力，促进涂料在底材上的均匀铺展，从而提高涂层的整体质量和性能。

良好的耐水性：在水中不易分解，能够保持长期的稳定性和润湿效果。这对于水性涂料尤为重要，因为水性涂料以水为分散介质，耐水性好的润湿剂可以确保涂层在施工后不受水的侵蚀。

良好的耐碱性：在碱性环境中保持稳定，不会发生化学反应或分解。这对于与碱性物质接触的涂料（如水泥墙面）尤为重要。

良好的耐溶剂性：在有机溶剂中不易溶解，保持其固有的特性和润湿效果。这对于溶剂型涂料尤为重要，因为溶剂型涂料中含有大量的有机溶剂。

良好的耐热性：在高温环境下不易分解或变性，能够保持其固有的特性和润湿效果。这对于需要在高温环境下施工或使用的涂料（如耐高温涂料）尤为重要。

良好的相容性：与涂料中的其他成分（如树脂、颜料、填料等）相容性好，不会引起不良反应或影响涂料的性能。

环保性：符合环保要求，不含有害物质，对环境和人体健康无害。

高效性：在低浓度下就能发挥良好的润湿效果，减少使用量，降低成本。

 

 

注：本文源于网络