本文讨论了含氟表面活性剂在水性木器涂料中的作用，以及如何将其用作具有成本效益的添加剂，以帮助提高薄膜应用中的表面张力降低、润湿、找平、拒油和耐化学性。

木材表面的涂层主要用于保护和装饰目的。近年来，木器涂料制造商由于其巨大的环境优势，投入了大量的研发资源来改进水性涂料。(1)水性涂料为整理剂提供了突出的环境效益，如符合VOC标准，更低的气味和更少的有害有机蒸汽，更低的可燃性，更安全、更健康的工作场所，更少的过敏和皮肤刺激，以及减少火灾危险。随之而来的是经济优势，如较低的保险和存储成本，以及较低的危险废物处理成本。它们还具有应用优势，例如能够使用现有的应用设备以不同的厚度进行应用，并减少清理工作的劳动力。

然而，从溶剂型到水性涂料的变化导致了更复杂的涂料体系的发展，包含更多的成分。水的表面张力(72达因/厘米)远高于溶剂。简单的降低VOC而没有适当的表面活性剂包装，会造成许多表面缺陷，如弹坑和橘皮，因此水性木器涂料的润湿、找平、泡沫控制和表面排斥成为配方师的挑战性任务。一种有效的解决方法是添加合适的添加剂来提高性能。表面活性剂在木器涂料中有两个主要功能;它们保证了湿膜的顺利应用，提高了膜基材的附着力;并提供表面能改性，以提高薄膜的拒水性和耐化学性。

在之前的研究中，我们证明了含氟表面活性剂可以作为多功能添加剂用于低voc乳胶建筑涂料中，提供润湿、平整、抗堵塞、拒油和抗污垢的性能。(2)在本文中，我们讨论了含氟表面活性剂在水性木器涂料中的作用，以及如何将其作为具有成本效益的添加剂用于帮助降低表面张力、润湿、平整、薄膜应用中的拒油性和耐化学性。

表1点击放大

现在几乎所有类型的树脂都可以满足水性配方的特定需求，如丙烯酸、环氧、醇酸和聚氨酯。(3)水性木器涂料的主要涂料体系包括单包丙烯酸乳液或分散体、单包聚氨酯分散体(PUD)或PUD丙烯酸杂化体、单包醇酸和双包水性聚氨酯(多元醇和异氰酸酯)。丙烯酸粘合剂一般是由各种单体乳液共聚合而成，在水中形成胶体稳定的固体颗粒(乳胶)。丙烯酸分散体的成膜过程包括水蒸发，然后聚结，最后由聚合物颗粒相互扩散形成薄膜。(4)水性聚氨酯分散体(pud)和聚氨酯-丙烯酸杂化体提供了接近聚氨酯的性能，并且易于应用于单组分涂层。在这种化学过程中，改性的异氰酸酯分子在水中稳定，并在到达最终用户之前与多元醇反应，形成水性聚氨酯分散体。

本研究使用水性自交联丙烯酸分散体作为粘合剂，因为水性，丙烯酸分散体，风干涂料广泛应用于木材整理，需要快速，低温固化。(5)重要的是，使用含氟表面活性剂不会在木器涂层中引起重涂性问题，我们的数据证实了这一点。

实验

涂料配方及应用
在我们的实验中，使用的粘合剂是中等硬度的自交联丙烯酸分散体，MFFT为113

结果与讨论

发泡

图1点击放大

表面活性剂在涂料配方中用水稀释到相同剂量，并通过手摇产生泡沫。泡沫的体积如图1所示，这是在震动后15秒拍摄的。从图中可以看出，四种含氟表面活性剂产生的泡沫都比有机硅表面活性剂少。Zonyl®FS-610, Capstone®FS-61和Capstone®FS-63含氟表面活性剂是特别低泡沫的产品，因为摇动后几乎没有泡沫。

表面张力降低

含氟表面活性剂在去离子水和商用木材涂料粘合剂中的表面张力见表2。水性聚氨酯分散体(PUD)由于其接近聚氨酯的性能，也被广泛应用于单组份木材涂料体系中。列出了表面张力的降低情况，并与所研究的丙烯酸树脂进行了比较。与有机硅表面活性剂相比，氟表面活性剂在水中和水性粘合剂中具有最大的降低表面张力的能力，特别是在PUD树脂中。在四种含氟表面活性剂中，新一代Capstone®表面活性剂表现出比Zonyl®产品更好的表面还原能力。

表2点击放大

润湿平整

涂料被喷涂在橡木木板上;不同配方的表面形貌如图2所示。

使用含氟表面活性剂和有机硅表面活性剂的配方的光学显微镜照片(8倍放大)如图3所示。使用Capstone®FS-61和Capstone®FS-63的配方在低剂量的消泡剂中实现了良好的润湿和平整性能。使用Zonyl®FSP的配方表面存在空气泡沫，使用有机硅表面活性剂的配方存在严重的表面缺陷，如坑洞和橘皮。这表明Zonyl®FS-610, Capstone®FS-61和

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Capstone®FS-63含氟表面活性剂有助于改善水性木器涂料的润湿和平整。

润湿是液体涂层的作用，因为它蔓延在一个表面，是必不可少的成功的涂层应用。改善润湿性能的方法有两种:1)通过对基材的清洗、去除污染和预处理来提高基材的表面能;2)通过使用表面活性剂降低涂层的表面张力。如果基材没有变化，那么降低涂层的表面张力以达到良好的润湿性是至关重要的。与硅表面活性剂相比，氟表面活性剂能更有效地降低表面张力，从而获得更好的润湿性能。

图3点击放大

调平是使表面光滑均匀的能力。在高光木器涂料和饰面中，这是一种非常需要的属性。在成膜过程中，会出现许多问题，如基材润湿不足、流动性差、形成凹坑和颜料漂浮等。这些问题都会影响调平性能。一般来说，涂料的流平性能可以通过表面张力、流变性、膜厚、溶剂蒸发速率和颜料分散来控制。在我们的测试中，增稠剂、干膜厚度、助溶剂等因素都是一样的，不同的是涂料的表面张力。

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因此，有理由认为氟表面活性剂的表面张力降低效果较好，流平性能优于硅表面活性剂。含氟表面活性剂促进基材润湿，防止坑洞、鱼眼和爬行，消除这些表面缺陷对实现良好的流平非常有帮助。含氟表面活性剂由于其快速迁移和良好的相容性，还可以在整个表面积上建立均匀的表面张力，这也有利于流平。总的来说，在水性木器涂料中使用含氟表面活性剂有助于保持良好的光泽和均匀的反射，并平滑地形成薄膜。

图4点击放大

石油排斥性

不同漆膜的水油接触角如表3所示，图4和图5为不同配方的水油接触角。

图5点击放大

使用有机硅表面活性剂的配方的水接触角略高于使用氟表面活性剂的配方。然而，有机硅表面活性剂配方的油接触角非常小(接近零)，这意味着油污或油性化学品几乎可以完全扩散到薄膜表面。

含氟表面活性剂配方的油接触角远大于有机硅表面活性剂配方，且油珠在表面向上翘起。说明添加含氟表面活性剂对漆膜具有良好的拒油性。

粘着性

粘性试验结果见表4。在配方A、B、C和D中添加-Capstone®氟表面活性剂，配方E的性能优于硅酮表面活性剂。

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Recoatability

用3M透明胶带横切法测定三层重涂后的附着力。结果如表6所示。含氟表面活性剂配方的附着力为5B，含硅表面活性剂配方的附着力仅为3B。这说明含氟表面活性剂对重涂胶的粘附没有负面影响。

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结论

人们早就知道，液体的表面张力是影响润湿性能的最重要因素。一般情况下，表面张力越低，润湿效果越好。随着水性涂料的引入，这一点变得尤为重要。在水基系统中，由于水的表面张力较高，通常需要加入合适的添加剂来降低表面张力，确保基材的良好润湿。对于表面能较低的基材，如塑料或被油脂或污垢污染的基材，润湿尤其困难。含氟表面活性剂是最有效的降低表面张力，改善润湿性和防止表面缺陷。这些表面缺陷的消除也有利于流动和流平性能的提高。

表6点击放大

含氟表面活性剂的特点之一是憎油或拒油。氟表面活性剂的使用可以显著降低膜的粘性，增强防油性，提高耐化学性。这种多功能特性直接关系到木器外涂层抗污性能的提高。关于重涂的问题，我们的研究表明，在水性木器涂料中使用含氟表面活性剂时，不存在重涂问题。

与其他类型的添加剂相比，含氟表面活性剂在水性木器涂料中具有许多优点。含氟可以:

• 最有效地降低液体涂层的表面张力;



• 漆膜具有良好的润湿平整性;



• 帮助配方师简化配方，减少消泡剂用量，提高整体薄膜质量;



• 降低薄膜粘性，增强拒油性，提高耐化学性。

欲了解更多信息，请发电子邮件jean.meng@usa.dupont.com．

这篇论文发表在2011年新奥尔良举行的第38届年度水上研讨会上。©2011杜邦。