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潤(rùn)濕劑的原理及應(yīng)用
一、潤(rùn)濕劑的概念
潤(rùn)濕劑分子結(jié)構(gòu)的基本特征是,分子的一端具有親水基團(tuán)(鏈段),另一端具有疏水基團(tuán)(鏈段)的化學(xué)物質(zhì)。通俗的說(shuō),即分子分別具有親水性和疏水性的一類化學(xué)物質(zhì)。
當(dāng)樹(shù)脂是水性樹(shù)脂時(shí),小編理解的潤(rùn)濕機(jī)理(主要針對(duì)水性樹(shù)脂)如下:
機(jī)理:當(dāng)把水性樹(shù)脂涂覆在基材表面時(shí),其中一部分潤(rùn)濕劑在涂層的底部,它與被潤(rùn)濕的表面接觸,親油鏈段吸附在固體表面,親水基向外伸向水中。把水和基材的接觸,變成了水和潤(rùn)濕劑的親水基團(tuán)接觸,形成了以潤(rùn)濕劑為中間層的夾層結(jié)構(gòu)。使水相更容易鋪展,從而達(dá)到潤(rùn)濕的目的。另一部分潤(rùn)濕劑,存在于液體的表面,其親水基伸向液體水中,疏水基團(tuán)暴露在空氣中,形成單分子層,降低了涂層的表面張力,促使涂層更好的潤(rùn)濕基材,從而達(dá)到潤(rùn)濕的目的。
二、什么是液體的潤(rùn)濕性能
潤(rùn)濕性能是液體物質(zhì)對(duì)固體物質(zhì)親和性能的一種衡量。主要表現(xiàn)形式有:a、對(duì)固體表面的浸潤(rùn);b、在固體表面的鋪展;c、在固體表面的滲透。
簡(jiǎn)單的說(shuō),潤(rùn)濕性能好的液體容易在固體表面鋪展,容易滲透到固體表面的縫隙當(dāng)中。
三、影響液體潤(rùn)濕性能的內(nèi)在因數(shù)
潤(rùn)濕性能是一種相對(duì)的表現(xiàn)形式,也就是說(shuō)和液體和固體的本身特性有關(guān),其中最重要的是液體和固體的表面張力的相對(duì)大小。液體表面張力越小,固體的表面張力越大,液體對(duì)固體的潤(rùn)濕性能就越好,液體就能夠在固體表面很好的鋪展。
四、液體潤(rùn)濕能力的衡量
液體潤(rùn)濕能力的大小可以用液體在固體表面上鋪展后,所形成的接觸角θ來(lái)衡量。其中接觸角θ越小,液體對(duì)固體的潤(rùn)濕性能就越好,θ等于零時(shí),其潤(rùn)濕性能最佳。其中θ=90°是一個(gè)重要的參數(shù),因?yàn)?theta;<90°時(shí),液體可以自發(fā)的在固體表面鋪展浸潤(rùn);而θ>90°時(shí),液體不能再固體表面自發(fā)鋪展浸潤(rùn)。
接觸角可以通過(guò)以下公式來(lái)計(jì)算:cosθ= (γs-γsl)/γl
其中:
γs 為固體的表面張力。
γl為液體表面張力。
γsl為液體和固體表面的界面張力。γsl相對(duì)γs 和γl很小,有時(shí)計(jì)算可以忽略。
除了用接觸角θ來(lái)衡量潤(rùn)濕性能以外,鋪展系數(shù)也可以用來(lái)表示潤(rùn)濕能力大小。其物理意義為一定體積的液體能夠在固體表面浸潤(rùn)的面積,以cm2/g表示。液體的潤(rùn)濕性能越好,其浸潤(rùn)面積越大。鋪展系數(shù)用S表示,計(jì)算公式為:S=γs -γsl-γl;當(dāng)S大于零時(shí),液體可以自發(fā)的在固體表面潤(rùn)濕。
五、影響潤(rùn)濕能力的因素
1、液體和被潤(rùn)濕固體的化學(xué)結(jié)構(gòu)及組成。主要影響表面張力的大小而影響潤(rùn)濕能力。
2、固體表面的粗糙程度。例如θ<90°,表面粗糙度增加會(huì)使接觸角減少而使?jié)櫇裥阅芴岣撸?theta;>90°時(shí),表面粗糙度增加時(shí)接觸角變大而難以潤(rùn)濕。
3、固體表面的污染程度。固體表面污染一般不利于潤(rùn)濕。所以在涂料涂覆前要對(duì)基材進(jìn)行除污處理。
4、表面活性劑。在液體中添加表面活性劑可以有效的降低表面張力而有利于潤(rùn)濕。
5、溫度對(duì)物質(zhì)的表面張力產(chǎn)生直接影響,這一點(diǎn)應(yīng)在實(shí)際工作中考慮。
六、理論應(yīng)用
由上面的基本理論可以得出,涂料能否對(duì)基材產(chǎn)生潤(rùn)濕作用,取決于涂料的表面張力。當(dāng)涂料的表面張力等于或者小于固體基材表面張力時(shí),才會(huì)很好的在固體表面進(jìn)行鋪展。
在實(shí)際工作中對(duì)潤(rùn)濕劑的選擇也有了衡量標(biāo)準(zhǔn),我們應(yīng)當(dāng)選擇能夠有效的降低涂料的表面張力的潤(rùn)濕劑,來(lái)提高材料的選擇性。
七、常見(jiàn)物質(zhì)的表面張力表
潤(rùn)濕劑分子結(jié)構(gòu)的基本特征是,分子的一端具有親水基團(tuán)(鏈段),另一端具有疏水基團(tuán)(鏈段)的化學(xué)物質(zhì)。通俗的說(shuō),即分子分別具有親水性和疏水性的一類化學(xué)物質(zhì)。
當(dāng)樹(shù)脂是水性樹(shù)脂時(shí),小編理解的潤(rùn)濕機(jī)理(主要針對(duì)水性樹(shù)脂)如下:
機(jī)理:當(dāng)把水性樹(shù)脂涂覆在基材表面時(shí),其中一部分潤(rùn)濕劑在涂層的底部,它與被潤(rùn)濕的表面接觸,親油鏈段吸附在固體表面,親水基向外伸向水中。把水和基材的接觸,變成了水和潤(rùn)濕劑的親水基團(tuán)接觸,形成了以潤(rùn)濕劑為中間層的夾層結(jié)構(gòu)。使水相更容易鋪展,從而達(dá)到潤(rùn)濕的目的。另一部分潤(rùn)濕劑,存在于液體的表面,其親水基伸向液體水中,疏水基團(tuán)暴露在空氣中,形成單分子層,降低了涂層的表面張力,促使涂層更好的潤(rùn)濕基材,從而達(dá)到潤(rùn)濕的目的。
二、什么是液體的潤(rùn)濕性能
潤(rùn)濕性能是液體物質(zhì)對(duì)固體物質(zhì)親和性能的一種衡量。主要表現(xiàn)形式有:a、對(duì)固體表面的浸潤(rùn);b、在固體表面的鋪展;c、在固體表面的滲透。
簡(jiǎn)單的說(shuō),潤(rùn)濕性能好的液體容易在固體表面鋪展,容易滲透到固體表面的縫隙當(dāng)中。
三、影響液體潤(rùn)濕性能的內(nèi)在因數(shù)
潤(rùn)濕性能是一種相對(duì)的表現(xiàn)形式,也就是說(shuō)和液體和固體的本身特性有關(guān),其中最重要的是液體和固體的表面張力的相對(duì)大小。液體表面張力越小,固體的表面張力越大,液體對(duì)固體的潤(rùn)濕性能就越好,液體就能夠在固體表面很好的鋪展。
四、液體潤(rùn)濕能力的衡量
液體潤(rùn)濕能力的大小可以用液體在固體表面上鋪展后,所形成的接觸角θ來(lái)衡量。其中接觸角θ越小,液體對(duì)固體的潤(rùn)濕性能就越好,θ等于零時(shí),其潤(rùn)濕性能最佳。其中θ=90°是一個(gè)重要的參數(shù),因?yàn)?theta;<90°時(shí),液體可以自發(fā)的在固體表面鋪展浸潤(rùn);而θ>90°時(shí),液體不能再固體表面自發(fā)鋪展浸潤(rùn)。
接觸角可以通過(guò)以下公式來(lái)計(jì)算:cosθ= (γs-γsl)/γl
其中:
γs 為固體的表面張力。
γl為液體表面張力。
γsl為液體和固體表面的界面張力。γsl相對(duì)γs 和γl很小,有時(shí)計(jì)算可以忽略。
除了用接觸角θ來(lái)衡量潤(rùn)濕性能以外,鋪展系數(shù)也可以用來(lái)表示潤(rùn)濕能力大小。其物理意義為一定體積的液體能夠在固體表面浸潤(rùn)的面積,以cm2/g表示。液體的潤(rùn)濕性能越好,其浸潤(rùn)面積越大。鋪展系數(shù)用S表示,計(jì)算公式為:S=γs -γsl-γl;當(dāng)S大于零時(shí),液體可以自發(fā)的在固體表面潤(rùn)濕。
五、影響潤(rùn)濕能力的因素
1、液體和被潤(rùn)濕固體的化學(xué)結(jié)構(gòu)及組成。主要影響表面張力的大小而影響潤(rùn)濕能力。
2、固體表面的粗糙程度。例如θ<90°,表面粗糙度增加會(huì)使接觸角減少而使?jié)櫇裥阅芴岣撸?theta;>90°時(shí),表面粗糙度增加時(shí)接觸角變大而難以潤(rùn)濕。
3、固體表面的污染程度。固體表面污染一般不利于潤(rùn)濕。所以在涂料涂覆前要對(duì)基材進(jìn)行除污處理。
4、表面活性劑。在液體中添加表面活性劑可以有效的降低表面張力而有利于潤(rùn)濕。
5、溫度對(duì)物質(zhì)的表面張力產(chǎn)生直接影響,這一點(diǎn)應(yīng)在實(shí)際工作中考慮。
六、理論應(yīng)用
由上面的基本理論可以得出,涂料能否對(duì)基材產(chǎn)生潤(rùn)濕作用,取決于涂料的表面張力。當(dāng)涂料的表面張力等于或者小于固體基材表面張力時(shí),才會(huì)很好的在固體表面進(jìn)行鋪展。
在實(shí)際工作中對(duì)潤(rùn)濕劑的選擇也有了衡量標(biāo)準(zhǔn),我們應(yīng)當(dāng)選擇能夠有效的降低涂料的表面張力的潤(rùn)濕劑,來(lái)提高材料的選擇性。
七、常見(jiàn)物質(zhì)的表面張力表
材料 | 表面張力[mN/m{dyn/cm}] |
水 | 72.2 |
已二醇 | 48.4 |
鄰二甲苯 | 30.0 |
已二醇單乙醚醋酸酯 | 28.7 |
醋酸正丁酯 | 25.2 |
松香水 | 24.0 |
正丁醇 | 24.6 |
甲基異丁基酮 | 23.6 |
甲乙酮 | 24.6 |
三聚氰胺樹(shù)脂(HMMM型) | 58 |
環(huán)氧樹(shù)脂(Epikote828) | 45 |
聚甲級(jí)丙烯酸甲脂 | 41 |
65%豆油脂肪酸醇酸樹(shù)脂 | 37 |
無(wú)油醇酸樹(shù)脂 | 47 |
Modaflow流平劑 | 32 |
馬口鐵(未打膜/已打膜) | 35~45 |
磷化處理過(guò)的鋼 | 40~45 |
鋁 | 37~45 |
醇酸樹(shù)脂底漆 | 70 |
玻璃 | 70 |
聚合物 | Yc(達(dá)因/厘米) |
脲醛樹(shù)脂 | 61 |
纖維素 | 45 |
聚丙烯腈 | 44 |
聚氧化乙烯 | 43 |
聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 | 43 |
尼龍66 | 42.5 |
尼龍6 | 42 |
聚砜 | 41 |
聚甲基丙烯酸甲酯 | 40 |
聚偏氯乙烯 | 40 |
聚氯乙烯 | 39 |
聚乙烯醇縮甲醛 | 38 |
氯磺化聚乙烯 | 37 |
聚醋酸乙烯酯 | 37 |
聚乙烯醇 | 37 |
聚苯乙烯 | 32.8 |
尼龍1010 | 32 |
聚丁二烯(順式) | 32 |
聚乙烯 | 31 |
聚氨酯 | 29 |
聚氯化乙烯 | 28 |
聚乙烯醇縮丁醛 | 28 |
丁基橡膠 | 27 |
聚偏二氯乙烯 | 25 |
聚二甲基硅氧烷 | 24 |
聚三氟乙烯 | 22 |
硅橡膠 | 22 |
聚四氟乙烯 | 18.5 |
聚全氟丙烯 | 16.2 |
聚甲基丙烯酸全氟辛酯 | 10.6 |
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