基材潤濕的基本參數

許多表面活性劑可以通過降低配方的表面張力，使其等于或小于待涂覆基材的表面張力，來提高基材和粒子間的潤濕性。水的表面張力為72 mN/m, 一般涂層基材的表面張力范圍為35～45 mN/m，因此，必須使用表面活性劑以降低水性涂料的表面張力，使其在基材上平滑流動。

γSA, γSL 和γLA 分別代表固- 氣、固- 液、液-氣的界面張力
圖4 潤濕劑促進基材和粒子潤濕

此外，為實現潤濕作用，接觸角必須小于90o。接觸角大于90o會使基材表面涂層起珠。圖4說明，如何降低涂層表面張力使其低于基材的表面能，從而最終形成具有優良潤濕性的涂層。

一些基材的表面能可能小于35 mN/m，使涂裝困難。這種情況下，有兩種解決方法。第一，基材進行表面處理，提高基材的表面能，使涂層和基材之間的潤濕更容易。當第一種方法不可行時，涂料配方設計必須使用更強的表面活性劑，包括超潤濕劑, 以獲得低表面張力，使得涂料潤濕基材表面。

表面活性劑的化學分類

表面活性劑的分類有多種方式。按其性質可以分為非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和陽離子表面活性劑。通常依據應用領域及配方中其他組成成分，來決定選擇何種表面活性劑。陰離子表面活性劑是用量最多也是最常用的一類，其中包括烷基苯磺酸鹽、脂肪酸皂和二烷基磺基琥珀酸鹽等[4]。盡管使用這類表面活性劑可以提供良好的潤濕性且成本相對低，但卻有一個主要缺點，即容易起泡。因此，涂料配方設計時必須加入高效消泡劑，而這又會導致涂膜缺陷和不美觀的問題。

非離子表面活性劑是優良的潤濕劑和乳化劑，其中許多是聚氧乙烯醚類物質[4]。前面提到的Gemini表面活性劑及其衍生物以及硅氧烷表面活性劑和含氟表面活性劑都屬于這一類。

最后用量最少的一類是陽離子表面活性劑。因它會和體系中的所有陰離子反應，在涂料中并不常用。但是，有時它們會用作固態粒子分散劑或乳化劑[4]。盡管三類表面活性劑都可以提供優良的潤濕性，但在動態條件下，表現不同，呈現出不同的起泡情況。

用超潤濕表面活性劑改善性能

當基材的表面張力低于典型值35 mN/m時，傳統的表面活性劑不再有效，會發生什么呢？具有如此低表面能的表面可能包括塑料表面、木材表面或前處理差的表面或油沾污的金屬表面。若要配制低VOC涂料(即VOC含量低于100 g/L甚至低至0)，面臨的問題會更多，此時只能用少量溶劑來改善涂層的流平、流動和外觀。在這種情況下，可以使用超潤濕表面活性劑來達到理想的潤濕性。

圖5 傳統的硅氧烷表面活性劑和有機超潤濕表面活性劑潤濕性對比

超潤濕表面活性劑是一類具有特殊結構的表面活性劑。能有效地吸附和聚集在界面，減小低表面能基材的動態表面張力，縮短潤濕時間，減小接觸角，如圖 5所示。超潤濕表面活性劑可以是硅氧烷類的物質或有機物。人們已經認識到，實際上是超潤濕表面活性劑分子中疏水部分的致密結構起到關鍵作用，使其具有超潤濕性[5-9]。