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润湿剂的原理及应用
一、润湿剂的概念
润湿剂分子结构的基本特征是,分子的一端具有亲水基团(链段),另一端具有疏水基团(链段)的化学物质。通俗的说,即分子分别具有亲水性和疏水性的一类化学物质。
当树脂是水性树脂时,小编理解的润湿机理(主要针对水性树脂)如下:
机理:当把水性树脂涂覆在基材表面时,其中一部分润湿剂在涂层的底部,它与被润湿的表面接触,亲油链段吸附在固体表面,亲水基向外伸向水中。把水和基材的接触,变成了水和润湿剂的亲水基团接触,形成了以润湿剂为中间层的夹层结构。使水相更容易铺展,从而达到润湿的目的。另一部分润湿剂,存在于液体的表面,其亲水基伸向液体水中,疏水基团暴露在空气中,形成单分子层,降低了涂层的表面张力,促使涂层更好的润湿基材,从而达到润湿的目的。
二、什么是液体的润湿性能
润湿性能是液体物质对固体物质亲和性能的一种衡量。主要表现形式有:a、对固体表面的浸润;b、在固体表面的铺展;c、在固体表面的渗透。
简单的说,润湿性能好的液体容易在固体表面铺展,容易渗透到固体表面的缝隙当中。
三、影响液体润湿性能的内在因数
润湿性能是一种相对的表现形式,也就是说和液体和固体的本身特性有关,其中最重要的是液体和固体的表面张力的相对大小。液体表面张力越小,固体的表面张力越大,液体对固体的润湿性能就越好,液体就能够在固体表面很好的铺展。
四、液体润湿能力的衡量
液体润湿能力的大小可以用液体在固体表面上铺展后,所形成的接触角θ来衡量。其中接触角θ越小,液体对固体的润湿性能就越好,θ等于零时,其润湿性能最佳。其中θ=90°是一个重要的参数,因为θ<90°时,液体可以自发的在固体表面铺展浸润;而θ>90°时,液体不能再固体表面自发铺展浸润。
接触角可以通过以下公式来计算:cosθ= (γs-γsl)/γl
其中:
γs 为固体的表面张力。
γl为液体表面张力。
γsl为液体和固体表面的界面张力。γsl相对γs 和γl很小,有时计算可以忽略。
除了用接触角θ来衡量润湿性能以外,铺展系数也可以用来表示润湿能力大小。其物理意义为一定体积的液体能够在固体表面浸润的面积,以cm 2
/g表示。液体的润湿性能越好,其浸润面积越大。铺展系数用S表示,计算公式为:S=γs -γsl-γl ; 当S大于零时,液体可以自发的在固体表面润湿。
五 、影响润湿能力的因素
1、液体和被润湿固体的化学结构及组成。主要影响表面张力的大小而影响润湿能力。
2、固体表面的粗糙程度。例如θ<90°,表面粗糙度增加会使接触角减少而使润湿性能提高;θ>90°时,表面粗糙度增加时接触角变大而难以润湿。
3、固体表面的污染程度。固体表面污染一般不利于润湿。所以在涂料涂覆前要对基材进行除污处理。
4、表面活性剂。在液体中添加表面活性剂可以有效的降低表面张力而有利于润湿。
5、温度对物质的表面张力产生直接影响,这一点应在实际工作中考虑。
六 、理论应用
由上面的基本理论可以得出,涂料能否对基材产生润湿作用,取决于涂料的表面张力。当涂料的表面张力等于或者小于固体基材表面张力时,才会很好的在固体表面进行铺展。
在实际工作中对润湿剂的选择也有了衡量标准,我们应当选择能够有效的降低涂料的表面张力的润湿剂,来提高材料的选择性。
七 、常见物质的表面张力表