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新型炔醇多功能表面活性剂在水性木器涂料中的应用
□ 周海军1，唐晓华1，杨朝辉1，张正波2
(1.岳阳凯门水性助剂有限公司，湖南岳阳 414000； 2.华中科技大学，武汉 430074)
1 新型炔醇多功能表面活性剂的结构及性能优势
1.1 炔醇多功能表面活性剂的结构及其在体系中的存在状态
表面活性剂在溶液中和界面上可以自行结合形成分子有序的组合体，从而在润湿、分散等过程中发挥重要作用。传统表面活性剂只有一个亲水基团和一个亲油基团，而炔醇双子类多功能表面活性剂（如岳阳凯门的Greesol®系列）具有两个亲水基团和两个亲油基团，其为非离子、对称型表面活性剂，其独特的分子结构（见图1）比传统表面活性剂更具性能优势。表面活性剂在界面和溶液中可以自行结合成有序的组合体，图2是传统型表面活性剂和炔醇多功能表面活性剂在体系中的存在状态解析。
1.2 炔醇多功能表面活性剂的性能优势
1.2.1 使体系具有优异的静态以及动态润湿性能
从炔醇多功能表面活性剂的结构可以看出，此类表面活性剂的分子量小，因而在体系中的迁移速度比通常的表面活性剂快，所以，在高速涂布或成膜的涂料体系中能迅速地提供体系优异的静态以及动态表面张力，使涂料能迅速地润湿基材，从而达到涂布的效果。动态表面张力的测定使用气泡法。图3是炔醇多功能表面活性剂与传统表面活性剂在静态与动态时表面张力的比较（表面活性剂的添加量为0.1%）。
表1是常见表面活性剂的动静态表面张力比较，通过表1的数据可以看出炔醇多功能表面活性剂优异的润湿性能。
1.2.2 消泡或抑泡能力强
影响气泡稳定的因素有表面张力、电荷稳定、表面黏度、空间位阻、表面张力的自行修复等，我们着重从电荷、表面黏度和空间位阻3个方面剖析炔醇多功能表面活性剂在消泡、抑泡方面的性能。
1.2.2.1 电荷
若泡沫液膜的表面带有同种电荷，当液膜受到挤压、气流冲击或重力排液，会使液膜变薄，当液膜薄到一定程度大约为100 nm时，就会产生电斥作用，阻止液膜继续减薄以至破裂。所以使用离子型表面活性剂时，它在水中离解会产生电荷。如十二烷基硫酸钠在水中电离后生成C12H25SO4-离子，使液膜表面带负电，Na+在液膜内，形成两层离子吸附的双电层结构，当液膜变薄时，两表面的电相斥作用开始变得显著起来 ，防止液膜进一步变薄。如图4所示。而炔醇多功能表面活性剂为非离子表面活性剂，因此不存在电荷稳泡因素。
1.2.2.2 表面黏度
表面黏度越大泡沫越稳定，因为炔醇多功能表面活性剂，因其中置的亲水基，使之于界面成水平排列。其烷基距离远，分子间的吸引力很少，因而内聚黏附力以及表面黏度也低。泡沫的稳定性也就降低。如图5所示。
1.2.2.3 空间位阻
传统表面活性剂的亲水基分子量大，因而阻挡微泡形成大泡，而炔醇多功能表面活性剂如Greesol®A04的亲水基相对较小因而微泡很容易变成大泡，从而容易破泡。如图6所示。
通过泡沫密度的试验也得出如表2数据。从表2看出，炔醇多功能表面活性剂的消泡、控泡能力比其他表面活性剂强。
表2 泡沫密度测试结果
注：表中泡沫密度，表示加入表面活性剂后体系的密度，数据愈大表示泡沫愈少。
1.2.3 涂膜良好的抗水性
由于炔醇多功能表面活性剂的结构特点，使涂膜有良好抗水性，如图7所示。传统表面活性剂因为疏水基垂直排列令水分子较易接触到亲水基，所以抗水性差。
1.2.4 不形成胶束
炔醇多功能表面活性剂不形成胶束。
2 炔醇多功能表面活性剂在水性木器涂料中的应用
由于水的表面张力远远高于溶剂的表面张力，因此要使水性木器涂料达到理想的涂装效果必须借助于表面活性剂以降低体系的表面张力。而传统的表面活性剂通常会产生严重的泡沫，因而消泡剂的选择又成为了非常棘手的事，因为消泡剂的加入通常又影响体系的润湿性能，这种情况在水性木器涂料的配方设计中经常遇到。而多功能表面活性剂的应用具有以下优势：
2.1 有效解决体系的润湿性能同时控制体系泡沫
水性木器涂料相对于溶剂型体系来说更容易产泡，而且泡沫也很难消除。其泡沫产生的原因是多方面的，其中体系中大量的表面活性剂（润湿剂、乳化剂、分散剂）的产泡“贡献”尤为突出。由于炔醇多功能表面活性剂在具有优异的润湿性能的同时有优异的消泡或控泡效果，简单地讲就是炔醇多功能表面活性剂在配方体系中可以扮演润湿剂和消泡剂的双重角色，因而水性配方师的困惑就可以迎刃而解了。通过用硅酮表面活性剂与炔醇多功能表面活性剂的对比试验，得出用炔醇多功能表面活性剂（如Greesol® E20）与矿物油消泡剂的配合使用时涂膜的表面效果明显优于用硅酮表面活性剂与矿物油消泡剂，后者的缺陷主要表现在涂膜表面有明显气泡，如图8所示。
2.2 提高涂膜的耐水性能
用硅酮表面活性剂、氟碳表面活性剂、传统非离子表面活性剂以及炔醇多功能表面活性剂（如Greesol® A04）做对比试验，表面活性剂的添加量0.3%，测试其耐葡萄汁的情况如图9。
通过试验，验证了炔醇多功能表面活性剂对涂膜的耐水性有明显帮助。
2.3 改善涂料的重涂性能
通过氟碳表面活性剂与炔醇多功能表面活性剂（如Greesol® A04DPM）的重涂性的对比测试（表面活性剂的添加量均为0.2%），其试验结果如图10所示。结果表明，炔醇多功能表面活性剂对于涂料的重涂性有很好的改善。
3 结 语
炔醇多功能表面活性剂由于其独特的化学结构，因而使其具有许多传统表面活性剂所不具备的优异的性能，如具有润湿、消泡的双重特性。而这些性能正是水性涂料等水性体系所期盼的。
