含氟表面活性剂长期以来一直被用于解决涂料中与表面张力相关的性能问题。新的研究表明，使用含氟表面活性剂的传统方法限制了它们在解决当今低voc建筑涂料配方需求方面的有效性。本文在7年建筑涂料应用研究的基础上，探讨了含氟表面活性剂应用的新理论。含氟表面活性剂的多功能性能包括抗腐蚀、改善平整、减少起泡、减少堵塞、延长开放时间、拒油和抗污垢。提出的应用和配方考虑来自实际案例研究。

简介

全球涂料行业一直致力于开发低188BET竞彩挥发性有机化合物和无挥发性有机化合物的建筑涂料，以满足新的政府法规，并保护环境、应用人员和建筑居住者。在这些涂料中，降低VOC给树脂体系和配方设计带来了许多挑战。乳胶漆中的传统溶剂主要用作助聚剂以形成薄膜，开放时间剂以防止过刷涂层缺陷，防冻剂以防止冻融循环中的不稳定性。除了这些性能外，溶剂还会影响乳胶涂料的润湿性、起泡性、阻塞性和流平性。为了解决低voc涂料中的这些问题，许多功能性添加剂已经被开发出来

氟表面活性剂在涂料中的使用可以追溯到20世纪70年代它们被用作润湿剂和在各种涂料系统中改善流平多年在过去的十年中，人们对涂料用户提出了更高的性能要求。此外，降低溶剂使用水平的趋势给涂料化学家带来了新的挑战。含氟表面活性剂是解决建筑涂料中低voc涂料相关问题的有用添加剂，除了传统的润湿剂作用外，还包括抗撞击、抗阻塞和缩短打开时间等。

端粒基氟表面活性剂含有全氟烷基链和各种官能团。它们在所有水溶液、溶剂和整齐体系中都具有显著降低表面张力的独特性能。它们具有气液界面活性，在满足涂层表面张力需求的同时，提供润湿、再湿和拒油性。它们已被用于解决上述低voc配方问题。直到最近，氟表面活性剂还被用于解决涂料开发周期接近尾声时的配方问题。我们最近的研究和实践证明，氟表面活性剂是最有用的和经济效益的，因为他们提供了多种功能，在制定低或无vocs建筑涂料。该配方剂可以减少其他成分，并通过减少使用其他涂料添加剂，如消泡剂、润湿剂、润平剂、抗阻塞添加剂和开放时间延长剂，来生产高性能涂料。氟表面活性剂所具有的驱油和其他功能也使它们在开发抗污垢外部涂料时对配方者具有吸引力。

表面张力降低

随着今天多样化的涂料基材和水性低voc涂料系统，表面张力的降低对应用和良好的成膜至关重要。高的表面张力会造成漆膜缺陷，如弹坑、鱼眼、针孔、橙皮和薄膜控制不良。以端粒为基础的含氟表面活性剂在很低的浓度下降低表面张力非常强大。与碳氢化合物和硅酮表面活性剂相比，含氟表面活性剂的使用率非常低。这类cmc的平均活性成分含量约为0.02%。这使得涂层可以使用非常少量的量，但仍然可以达到润湿和平整的效果，同时减少泡沫，在传统的和难以润湿的表面(如塑料)上实现无缺陷涂层。

表1显示了所选Zonyl®氟表面活性剂在去离子水(DI)中的表面张力，用张力计测量。与碳氢化合物和硅基表面活性剂相比，氟表面活性剂降低表面张力的能力最强。它们不仅可以达到20达因/厘米的表面张力，而且它们的cmc非常低。

虽然许多人认为氟表面活性剂会产生泡沫，但某些类型的氟表面活性剂在低剂量使用时可在涂料中起到消泡剂的作用。我们推荐的用于大多数建筑涂料应用的等级可以减少泡沫，同时配方中也尽量减少其他引起泡沫的表面活性剂的使用。在大多数情况下，当使用氟表面活性剂时，可以减少或取消使用其他消泡剂。

在乳液聚合过程中，氟表面活性剂还与烃表面活性剂协同作用于树脂合成。它们的主要作用是稳定乳液、控制粒径和降低烃类乳化剂表面活性剂。减少碳氢表面活性剂也有助于减少涂料配方中的泡沫。聚合后，氟表面活性剂被带入到最终的涂层配方中，以提供氟表面活性剂所提供的其他性能。

图1显示了在相同成本的基础上，单独使用碳氢表面活性剂和苯甲酰混合使用的碳氢表面活性剂在去离子水中的表面张力降低情况。实验使用了两种碳氢表面活性剂和一种氟表面活性剂。以每磅0.02美元的表面活性剂成本计算，单独使用碳氢表面活性剂的效果低于0.01美元的碳氢表面活性剂和0.01美元的Zonyl FSO。仅使用0.02美元的Zonyl FSO，表面张力降低到20达因/厘米以下。

Anti-Block

堵漆是低voc建筑涂料的常见缺陷，尤其是半光泽度和高光泽度涂料。传统的高voc体系有助于树脂在成膜过程中的结合，使用高Tg树脂具有较低的堵塞倾向。为了减少VOC，涂料采用较软的树脂，玻璃化转变温度较低。较低的Tg允许用较少的溶剂进行结合法满足新的配方限制。为了解决这一问题，开发了核/壳技术。然而，新固化漆膜的阻塞阻力往往降低到最终配方中不可接受的水平。我们的研究表明，含氟表面活性剂可以在不影响涂层光泽水平的情况下，经济有效地提高阻块性。它们在不同光泽程度的乳胶漆上都能很好地工作，甚至在深层涂料上也能很好地工作，因为深层涂料由于大量使用着色剂分散剂，通常会出现更严重的堵塞问题。

在一种开发的深基半光漆中，我们能够通过添加0.1% (a.i.)将块级(ASTM D 4946)从0提高到5。Zonyl 9361。后来的研究表明，如果减少着色剂分散剂的用量，封堵率可进一步提高0.05%(人工)。Zonyl 9361。氟表面活性剂的加入没有改变涂层的其他性能。

图2显示了两种低voc涂料中含氟表面活性剂对阻块性的影响。在这两种情况下，用一种含氟表面活性剂取代了多种添加剂，以实现阻塞阻力。

开放时间延长

打开时间是指未干的油漆表面形成部分干燥的顶层所需要的时间。开漆时间过短会导致过漆和交叉漆区域出现涂层缺陷。使用低挥发性有机化合物的涂料配方，由于缺乏较慢的蒸发溶剂，打开时间通常会缩短;这会导致过刷缺陷。乳胶漆在涂漆时，在一定的相对湿度下，乳胶漆的粘度、流变性、表面流平和水蒸发速率等因素影响着乳胶漆的开启时间。选择性的含氟Zonyl表面活性剂对润平和减缓湿膜表面水分蒸发有积极影响，从而减少乳胶漆因开漆时间短而引起的表面缺陷。使用低水平的Zonyl添加剂可以帮助减少开放时间剂的使用，如乙二醇和丙二醇。表2显示了通过双拇指按压方法获得的开放时间测试数据低voc (40 g/L)涂料用0.1% (a.i.)的Zonyl剂改性。7mil叶片在23°C、50%(+/-10%)相对湿度下进行降压。

抗污垢阻力(DPR)

低挥发性有机化合物(voc)外墙涂料的污垢吸附是配方商面临的最艰巨的挑战之一。许多因素导致污垢的增加。高pvc涂料有更高的表面积，允许更大的面积为污垢积累;低Tg树脂使薄膜在热、湿作用下柔软、粘滞;亲和油的表面活性添加剂吸引环境污垢和污渍到油漆表面。目前业内有两种增加外部DPR的方法。

一种方法是使油漆表面高度疏水，通过高的水接触角来测量。这种方法通常在配方中使用硅酮改性树脂或硅酮添加剂。这种方法的挑战是，如果油漆没有足够高的拒水性，即水接触角在130-145°以上，污垢污点将出现在墙上的深色条纹，雨水无法去除。

第二种方法是使油漆表面亲水，这样就可以让雨水冲洗表面。如果这一表面也是静电耗散，它将击退空气中的粒子从油漆表面。含氟表面活性剂在第二种方法中效果很好。含氟表面活性剂有三个功能:减少其他吸油添加剂;允许减少疏水添加剂;给油漆加防油剂。由于含氟表面活性剂迁移到膜表面，并使油漆表面顶部25%的深度丰富，因此在表面实现拒油所需的量非常低。图3表明，选择Zonyl产品后，一种商业高光泽、低voc漆膜保持了水接触角，并显著增加了油接触角。(在这个例子中，没有除去其他添加剂，这将有助于进一步减小水接触角。)

图4显示了一个使用Zonyl 9361作为润湿、调平、防阻塞和拒油剂配方的外部涂料的例子。在配方中，去掉了硅酮基的平整剂和蜡基的防堵剂，减少了20%的矿物油基消泡剂。总体结果是，在美国南部的一个试验场，经过9个月的户外暴露，含氟表面活性剂的涂料在DPR中表现更好。图中的液体是水(上)和十六烷(下)。它们被用来测定暴露后的表面驱避性。

总结

基于上述研究，氟表面活性剂是低voc建筑涂料配方中非常有用的多功能添加剂。他们提供润湿，调平，消泡，抗阻塞和开放时间延长。尽管传统上使用氟表面活性剂在配方过程接近尾声时纠正性能，但科学研究表明，越来越多的证据表明，在涂层系统设计的早期加入氟表面活性剂是最有效的，使配方商可以去除不必要的(多余的)添加剂，以达到最佳效果。这对于制定低voc涂料和减少外部涂料中的污垢尤其重要。