一种氟碳润湿剂复配体系的制作方法

1.本发明涉及水性涂料技术领域，具体涉及到一种氟碳润湿剂复配体系。


背景技术：

2.润湿性能是液体物质对固体亲和能力并在固体表面浸润、展布和渗透现象的一种表述。润湿性能好的液体容易在固体表面展布，也容易渗入固体表面的每一处微细的缝隙中。润湿性能的好坏与固体、液体的表面张力有关。液体的表面张力越小，固体的表面张力越大，液体对固体的润湿性能就越好，液体就能在固体表面形成很大的展布面积。润湿能力可用液滴在固体平面上形成的接触角θ来定量表述(如图1所示)。接触角越小，液体对固体的润湿性越好，显然，接触角θ为零时，液体对固体有最好的润湿能力。θ＝90
°
是一个很关键的判据，接触角θ<90
°
时液体能产生自发的浸润，而θ>90
°
时不可能发生自发浸润。如图1所示，左边的θ<90
°
，润湿良好，右边的θ>90
°
，不润湿。
3.在涂料行业，要想保证水性涂料与基材之间的附着力，基材与水性涂料之间的表面张力需要满足一定的要求。测试基材润湿剂的润湿效果通常可以测量加入后的表面张力来判定。固体的表面张力越小，相同液体的杨氏平衡接触角就越大，越难润湿。对于相同固体表面，液体的表面张力越大，其平衡接触角就越大，也越难润湿。水性涂料及油墨以水作为主要分散介质，而水的表面张力比有机溶剂大得多，也远超过各种常见基材。这时就极易产生水性涂料对基材润湿效果欠佳的情况，导致涂膜展布性不佳、产生表面缺陷、附着力差等弊端，尤其对低表面能的基材根本无法润湿，造成涂装困难。故水性涂料对基材的润湿经常成为首要解决的问题。改善润湿性一般采取两种方法：第一种方法是进行基材表面处理，清除油污、灰垢等；钢铁表面可以采取打磨、喷砂等处理；有些塑料基材可以采用电晕处理、火焰喷射处理、酸性氧化处理等来提髙基材的表面能，增强润湿性。第二种方法是添加基材润湿剂，降低涂料的表面张力，特别是降低涂料与基材之间的界面张力。添加基材润湿剂的方法最为常用，对基材润湿剂的基本要求是降低表面张力的效率要高、体系相容性好、通常要溶于水，低泡、不稳泡、对水敏感性低、有效防止或消除缩孔、有效提高入孔性、高效(添加量少)、辅助改善流平及流动性、在配方中有良好的长效性、不会引起重涂麻烦和附着力下降的问题。
4.常见的基材润湿剂主要种类有阴离子型表面活性剂、非离子表面活性剂、聚醚改性聚硅氧烷类化合物、炔二醇类化合物等类型，这些基材润湿剂的水溶液的静态表面张力通常是20
‑
35达因之间，如表1所示，典型的基材润湿剂的0.1％水溶液，于25℃时测试的表面张力，这对于常规的基材能达到基本的润湿效果。
5.表1
6.种类静态表面张力动态表面张力非离子嵌段共聚物35达因
‑
阴离子磺酸盐类28达因31达因炔二醇类基材润湿剂26达因28达因
聚醚改性聚硅氧烷20.5
‑
22达因60
‑
65达因高分子量有机硅表面活性剂35达因
‑
7.但有些特殊的基材，如聚四氟乙烯表面、石蜡表面、玻璃胶表面，这些润湿剂达不到理想的润湿效果。有些基材表面有油污，采用上述那些常规的基材润湿剂，也达不到润湿和防止缩孔的功能。有些多孔的基材如木材，要求涂料或油墨能够进入导管，采用上述那些常规的基材润湿剂，表面张力降低的程度不够，也不能达到要求。虽然市场中存在氟碳类润湿剂，该种氟碳类润湿剂是指碳氢表面活性剂的碳氢链中的氢原子全部或部分被氟原子取代，能以极低的浓度显著地降低溶剂的表面张力，但是其生产成本高，市场价格昂贵，不具有普遍适用性，因此，存在待改进之处。


技术实现要素：

8.针对现有技术所存在的不足，本发明目的在于提出一种氟碳润湿剂复配体系，具体方案如下：
9.一种氟碳润湿剂复配体系，所述复配体系由氟碳润湿剂、非氟碳润湿剂、非离子表面活性剂以及助表面活性剂组成，其中，各组分含量按质量依次配比为：
10.氟碳润湿剂5
‑
40份；
11.非氟碳润湿剂30
‑
60份；
12.非离子表面活性剂5
‑
50份；
13.助表面活性剂20
‑
60份。
14.进一步的，所述氟碳润湿剂包括阴离子型、阳离子型、非离子型和两性型氟碳润湿剂。
15.进一步的，所述氟碳润湿剂采用阴离子型氟碳润湿剂。
16.进一步的，所述阴离子型氟碳润湿剂包括羧酸盐型(r
f
coo
‑
m

)、磺酸盐型(r
f
so3‑
m

)、硫酸盐型(r
f
oso3‑
m

)、磷酸盐型(r
f
op(o)o
22
‑
m
2
)；
17.其中m

＝na

、k

、li

、nh
4
、n(c
m
h
2m 1
)
4
、nh(c
m
h
2m 1
)
3
(m＝1
‑
4)、nh(ch2ch2oh)
3
、nh2(ch2ch2oh)
2
或nh3ch2ch2oh

；
18.其中，r
f
＝cf3(cf2)
n
ch2ch2‑
(n＝3
‑
17)。
19.进一步的，所述非氟碳润湿剂包括低分子有机硅润湿剂、低分子有机磺酸盐润湿剂、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐润湿剂、炔二醇润湿剂或炔二醇聚醚润湿剂。
20.进一步的，低分子有机硅润湿剂通式为：
[0021][0022]
y≥1，x y≤6；r＝
‑
ch2ch2ch2‑
o
‑
(eo)
m
(po)
n
‑
k；
[0023]
其中，eo＝
‑
ch2ch2‑
o
‑
；
[0024]
po＝
‑
ch(ch3)ch2o
‑
；
[0025]
k＝
‑
oh或
‑
ch3或
‑
ch2ch2ch3或
‑
c(＝o)
‑
ch3。
[0026]
进一步的，低分子有机磺酸盐润湿剂通式为：rso3‑
m

；
[0027]
其中r为饱和直连烷基、饱和支化烷基或者不饱和烷基，碳数为4
‑
18，其中m

＝na

、k

、li

、nh
4
、n(c
m
h
2m 1
)
4
、nh(c
m
h
2m 1
)
3
(m＝1
‑
4)、nh(ch2ch2oh)
3
、nh2(ch2ch2oh)
2
或nh3ch2ch2oh

。
[0028]
进一步的，所述脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐润湿剂通式为：r
‑
(eo)
n
op(o)o
22
‑
m
2
；
[0029]
其中r为饱和直连烷基或者饱和支化烷基，碳数为4
‑
18，eo＝
‑
ch2ch2o
‑
,n＝0
‑
5，其中m

＝na

、k

、li

、nh
4
、n(c
m
h
2m 1
)
4
、nh(c
m
h2
m 1
)
3
(m＝1
‑
4)、nh(ch2ch2oh)
3
、nh2(ch2ch2oh)
2
或nh3ch2ch2oh

。
[0030]
进一步的，所述非离子表面活性剂为长链烷基聚氧乙烯醚，所述非离子表面活性剂通式为：r
‑
(eo)n
‑
oh；
[0031]
其中r为烷基醇或者烷基胺，eo＝
‑
ch2ch2o
‑
。
[0032]
进一步的，所述助表面活性剂为低级醇或者低级醚。
[0033]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0034]
(1)该种复配体系，通过氟碳润湿剂、非氟碳润湿剂、非离子表面活性剂以及助表面活性剂的复配协同增效，不仅相对单独使用氟碳润湿剂更加高效，同时大大降低成本，而且在水性涂料体系润湿效果理想。
[0035]
按这种配方配制的润湿剂复配体系，0.1％水溶液，于25℃时测试的静态表面张力最低能达到15.2达因，加入涂料或水中可以急剧降低体系的静态表面张力，从而产生极佳的润湿效果，在预防和消除因玷污而产生的缩孔非常有效，提高对于多孔的基材如木材的入孔性、渗透性极为明显。
附图说明
[0036]
图1为本发明背景技术中液体在固体表面形成的接触角时的效果图；
[0037]
图2为润湿剂加入到乳液中的稳泡性测试效果图。
具体实施方式
[0038]
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
[0039]
一种氟碳润湿剂复配体系，复配体系由氟碳润湿剂、非氟碳润湿剂、非离子表面活性剂以及助表面活性剂组成，其中，各组分含量按质量依次配比为：
[0040]
氟碳润湿剂5
‑
40份；
[0041]
非氟碳润湿剂30
‑
60份；
[0042]
非离子表面活性剂5
‑
50份；
[0043]
助表面活性剂20
‑
60份。
[0044]
氟碳润湿剂包括阴离子型、阳离子型、非离子型和两性型氟碳润湿剂，优选的，氟碳润湿剂采用阴离子型氟碳润湿剂。
[0045]
阴离子型氟碳润湿剂包括羧酸盐型(r
f
coo
‑
m

)、磺酸盐型(r
f
so3‑
m

)、硫酸盐型(r
f
oso3‑
m

)、磷酸盐型(r
f
op(o)o
22
‑
m
2
)；
[0046]
其中m

＝na

、k

、li

、nh
4
、n(c
m
h
2m 1
)
4
、nh(c
m
h
2m 1
)
3
(m＝1
‑
4)、nh(ch2ch2oh)
3
、nh2(ch2ch2oh)
2
或nh3ch2ch2oh

；
[0047]
其中，r
f
＝cf3(cf2)
n
ch2ch2‑
(n＝3
‑
17)。
[0048]
非氟碳润湿剂包括低分子有机硅润湿剂、低分子有机磺酸盐润湿剂、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐润湿剂、炔二醇润湿剂或炔二醇聚醚润湿剂。
[0049]
低分子有机硅润湿剂通式为：
[0050][0051]
y≥1，x y≤6；r＝
‑
ch2ch2ch2‑
o
‑
(eo)
m
(po)
n
‑
k；
[0052]
其中，eo＝
‑
ch2ch2‑
o
‑
；
[0053]
po＝
‑
ch(ch3)ch2o
‑
；
[0054]
k＝
‑
oh或
‑
ch3或
‑
ch2ch2ch3或
‑
c(＝o)
‑
ch3。
[0055]
低分子有机磺酸盐润湿剂通式为：rso3‑
m

；
[0056]
其中r为饱和直连烷基、饱和支化烷基或者不饱和烷基，碳数为4
‑
18，其中m

＝na

、k

、li

、nh
4
、n(c
m
h
2m 1
)
4
、nh(c
m
h
2m 1
)
3
(m＝1
‑
4)、nh(ch2ch2oh)
3
、nh2(ch2ch2oh)
2
或nh3ch2ch2oh

。
[0057]
低分子有机磺酸盐润湿剂优选选自：十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、二丁酸二辛酯磺酸钠，α
‑
烯基磺酸钠。
[0058]
脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐润湿剂通式为：r
‑
(eo)
n
op(o)o
22
‑
m
2
；
[0059]
其中r为饱和直连烷基或者饱和支化烷基，碳数为4
‑
18，eo＝
‑
ch2ch2o
‑
,n＝0
‑
5，其中m

＝na

、k

、li

、nh
4
、n(c
m
h
2m 1
)
4
、nh(c
m
h
2m 1
)
3
(m＝1
‑
4)、nh(ch2ch2oh)
3
、nh2(ch2ch2oh)
2
或nh3ch2ch2oh

。
[0060]
脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐润湿剂优选选自：异辛醇磷酸酯钠盐，乙二醇单异辛醚磷酸酯钠盐，二乙二醇单异辛醇磷酸酯钠盐，异辛醇磷酸酯钠盐(eo＝3),异辛醇磷酸酯钠盐(eo＝5)。
[0061]
炔二醇润湿剂或炔二醇聚醚润湿剂优选丁炔二醇、己炔二醇、癸炔二醇，十二炔二醇，以及各炔二醇对应的乙氧基化聚醚衍生物(eo＝1
‑
30)，优选选十二炔二醇与十二炔二醇聚氧乙烯醚(eo＝15)。
[0062]
非离子表面活性剂为长链烷基聚氧乙烯醚，非离子表面活性剂通式为：r
‑
(eo)n
‑
oh；
[0063]
其中r为烷基醇或者烷基胺，eo＝
‑
ch2ch2o
‑
。
[0064]
非离子表面活性剂优选选自：十二烷基聚氧乙烯醚(eo＝3),十二烷基聚氧乙烯醚(eo＝5),十二烷基聚氧乙烯醚(eo＝7),十二烷基聚氧乙烯醚(eo＝9)。
[0065]
助表面活性剂为低级醇或者低级醚。助表面活性剂优选选自：甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、乙二醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、丙二醇、丙三醇、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、二乙二醇、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、二丙二醇、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙醚。
[0066]
基于上述内容，本发明做出以下实施例1
‑
12。
[0067]
所有实施例所用的非氟碳润湿剂具体采用低分子有机硅润湿剂、低分子有机磺酸
盐润湿剂或脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐润湿剂，可以是其中一种，或者两种搭配。表2中的有机硅为：x＝3,y＝1,r＝
‑
ch2ch2ch2‑
o
‑
(eo)7(po)1‑
ch3的低分子有机硅润湿剂。表2中的快t为低分子有机磺酸盐润湿剂，具体采用二丁酸二辛酯磺酸钠。表2中的jfc
‑
3为脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐润湿剂，具体采用异辛醇磷酸酯钠盐(eo＝3)。
[0068]
所有实施例所用的氟碳润湿剂具体采用磺酸盐型(r
f
so3‑
m

)。表2中的氟表a具体采用十七氟辛基磺酸钠，氟表b具体采用十七氟辛基乙基磺酸钠。
[0069]
所有实施例所用的非离子表面活性剂具体采用十二烷基聚氧乙烯醚(eo＝7)，表2中的aeo
‑
7为脂肪醇聚氧乙烯醚。
[0070]
所有实施例所用的助表面活性剂为低级醇，具体采用丁醇。
[0071]
实施例1
‑
12具体的复合润湿剂的配方如表2所示。
[0072]
表2一种氟碳润湿剂复配体系的配方
[0073]
[0074]
按表2的比例将氟碳润湿剂、非氟碳润湿剂、非离子表面活性剂和助表面活性剂混合，得到浓度、组成确定的复配体系。从表2中可知，氟碳润湿剂的总份数为30份，非氟润湿剂的总份数为20份，非离子表面活性剂10份，助表面活性剂40份。
[0075]
实施例1
‑
12制得的氟碳润湿剂复配体系的性能测试方法如下：
[0076]
(1)润湿剂的表面张力测试方法：静态表面张力，采用铂金板法进行测试，配置0.1％的水溶液，静态表面张力越低说明对基材的润湿能力越强。测试的结果如表3所示：
[0077]
表3润湿剂的0.1％水溶液的静态表面张力
[0078]
[0079][0080]
从表3可知，根据实施例1
‑
12配制的润湿剂，0.1％水溶液，于25℃时测试的静态表面张力最低能达到15.2达因，最高也不会超过19达因。由于达因值和接触角都是评估固体表面润湿性能的方法,表面自由能越高的固体，水滴在固体表面就可以越好的润湿，接触角就越小，而表面自由能越低的固体，水滴在固体表面不能很好的润湿，接触角就较大，与背景技术中表1中进行对比，本发明中的氟碳润湿剂达因值均大大低于表1中的各个典型基材润湿剂，代表本发明的复合型的氟碳润湿剂的润湿效果相比于现有的润湿剂得到大大提高。本发明的氟碳润湿剂复配体系在提高润湿效果的同时，不单独使用价格昂贵的氟碳润湿剂，而是同时引入多种非氟碳润湿剂、非离子表面活性剂以及助表面活性剂，共同复配协同增效，相对减少生产成本。
[0081]
在实施例1
‑
12中，氟碳润湿剂采用了磺酸盐型(r
f
so3‑
m

)的两种，非氟碳润湿剂使用到了低分子有机硅润湿剂、低分子有机磺酸盐润湿剂或脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐润湿剂此三种的一种或者两种，非离子表面活性剂与助表面活性剂均限制为一种，在满足控制变量的条件下，证明氟碳润湿剂、非氟碳润湿剂具体采用不同的润湿剂时，它们的协同增效均能得到发挥，最终呈现的润湿效果不受影响。
[0082]
在具体应用时，本发明的氟碳润湿剂加入涂料或水中可以急剧降低体系的静态表面张力，从而产生极佳的润湿效果，在预防和消除因玷污而产生的缩孔非常有效，提高对于多孔的基材如木材的入孔性、渗透性极为明显。
[0083]
(2)抑泡性能测试方法：基材润湿剂能够大幅度地降低表面张力，故应用于水性体系时，常会有稳泡的负面效果，故经常要搭配消泡剂。不过，调整基材润湿剂中各组份的亲水性，让其亲水性降低，也可得到不稳泡的产品。
[0084]
具体来说，在100毫升透明塑料瓶中，加入80克wantipro 0616乳液，并加入0.4克以上的本发明中的实施例1
‑
12对应的润湿剂，密闭后置入disperser das 200振荡仪中振荡10分钟，取出后静置1分钟，观察液面的高度，再评价润湿剂的稳泡性。液面越高，润湿剂的稳泡性越强；液面越低，润湿剂越不稳泡。测试的数据如表4所示：
[0085]
表4润湿剂加入到乳液中的稳泡性测试结果
[0086][0087]
测试的图片如图2所示。
[0088]
结合表4的结果以及图2的情况，实施例1
‑
12中有6个实施例中的复配体系在应用于乳液中后能满足润湿剂的基本要求，不稳泡。
[0089]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。