在環(huán)境保護的浪潮中，涂料水性化是一個重要的潮流和途徑。然而由于水性涂料的光澤、附著力、耐水性以及流平潤濕性與溶劑型涂料相比還有一定的差距，所以在工業(yè)涂料及其他特種涂料中，溶劑型涂料仍占有絕大部分市場。
但是隨著保護環(huán)境和有效利用石油資源的意識不斷提高，使得水性化成為涂料行業(yè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，解決技術(shù)問題是涂料行業(yè)水性化的關(guān)鍵所在。本文著重介紹氟碳表面活性劑在水性涂料特別是水性塑膠涂料中的應(yīng)用，希望能夠?qū)λ运苣z涂料的推廣有所幫助。
1氟碳表面活性劑的特性
氟碳表面活性劑具有普通碳氫表面活性劑不具備的3種特征：①極強的表面活性。在水中只要很低的濃度就能夠有效地降低水的表面張力，提高了水性體系的濕潤性和滲透性，且氟碳鏈同時具有憎水性和憎油性。②極好的穩(wěn)定性。③生產(chǎn)成本高。
在水性涂料中，氟碳表面活性劑可改善涂料對基材的潤濕性、流平性、防水性，提高耐沾污性、抗粘連性、附著力和光澤，并具有高溫活性穩(wěn)定性(150～200℃)。
2氟碳表面活性劑在水性塑膠涂料中的使用
氟碳表面活性劑在各種水性涂料中都能夠發(fā)揮一定的作用，然而目前的實際應(yīng)用卻不是很多，原因有2個：一是氟碳表面活性劑的價格較高，一些低檔的水性涂料不用這種產(chǎn)品二是由于使用在木材或金屬的表面，涂料和底材的表面張力差不是很大，所以使用一般的碳氫類或者有機硅的表面活性劑就能夠解決問題，沒有必要使用價格較高的氟碳表面活性劑。然而對于水性塑膠涂料情況卻不一樣。一方面，目前市場上的主流塑膠涂料產(chǎn)品均是采用溶劑型的丙烯酸體系，產(chǎn)品的價格較高，給水性塑膠涂料的發(fā)展創(chuàng)造了空間。另一方面，由于塑膠表面極低的表面張力，使用傳統(tǒng)的表面活性劑不能夠解決問題。因此，在水性塑膠涂料中應(yīng)用氟碳表面活性劑效果最明顯，也最具有意義。
從技術(shù)角度分析，水性塑膠涂料的開發(fā)有3個難點，包括：
(1)潤濕流平性問題。塑膠是由非極性的碳氫類不飽和低分子聚合而成，表面張力很低，使用一般的碳氫類或有機硅類的表面活性劑很難潤濕塑料表面，從而出現(xiàn)縮邊或者橘皮現(xiàn)象。而且塑料表面常常有脫模劑的存在，使得水性涂料很難潤濕鋪展，導致形成縮孔。
(2)附著力的問題。最常規(guī)的塑膠基材，包括PE、PP、ABS、PC等等。從目前水性樹脂的技術(shù)發(fā)展來看，在ABS和PC上，水性塑膠涂料的附著力已經(jīng)不是問題。使用氟碳表面活性劑能夠進一步增強附著力和抗刮擦的能力。而對于PP、PE來講，僅僅通過添加氟碳表面活性劑是不能夠解決問題的。解決方法往往是先使用塑膠底材專用的附著力促進劑先處理一遍，然后再涂水性塑膠涂料。
(3)鋁銀漿的問題。塑膠涂料中目前最大的品種就是銀粉漆。對于溶劑型涂料而言，銀粉漆的技術(shù)很成熟而對于水性涂料，銀漿的價格和在涂料干燥過程中的定向確實是很大的問題。國產(chǎn)的水性鋁銀漿用于建筑用水性金屬涂料還可以，如果用到塑膠表面就不行了，用于塑膠表面的鋁銀漿基本上還是被幾家外國公司所壟斷。另一方面，即使是好的鋁銀漿如果定向不好，也不能夠發(fā)揮作用。由于氟碳表面活性劑特殊的表面張力效果，能夠在水性涂料干燥的過程中持續(xù)地發(fā)揮作用，幫助銀漿定向。
除了上面提到的3個方面，氟碳表面活性劑還能夠幫助提高水性塑膠涂料的耐水耐溶劑性。由于降低了涂膜的表面摩擦系數(shù)，還可以增加涂膜的抗刮擦性。對于一些需要烘烤的水性塑膠涂料，在高溫條件下也能夠發(fā)揮很好的作用。由于塑膠表面張力低的特點，氟碳表面活性劑一般需要添加到千分之一的固體分含量才能夠很好地發(fā)揮作用。
3氟碳表面活性劑使用時的注意事項
以3MFluoradFC-4430為例：
(1)添加量。氟碳表面活性劑的價格較高，如果是100%有效含量的全氟碳表面活性劑市場價格都在1000元/kg以上。但是，氟碳表面活性劑的添加量也非常少，相比較于碳氫類1%和有機硅類4‰～6‰的添加量，氟碳表面活性劑的添加量只有0.5‰～1‰。這樣算下來，配方中會增加0.7～1.4元左右的成本，比使用碳氫類的表面活性劑或者有機硅類的表面活性劑略高一點，但卻提高了產(chǎn)品檔次。
(2)使用方法。對于100%固含量的氟碳表面活性劑，在溫度較低的情況下一般是蠟黃色的固體，需要先加熱熔化后使用。使用前，最好先使用極性醇醚類溶劑配制成9.1%的溶液，以便于精確添加。在配制稀釋溶液時只需要輕輕攪拌，以免產(chǎn)生氣泡。添加最好在調(diào)漆階段加入體系當中。
(3)環(huán)保性問題。談到氟相關(guān)的產(chǎn)品，前一段時間，美國環(huán)保署(EPA)發(fā)表的有關(guān)全氟辛酸胺(PFOA)的聲明。全氟辛酸胺(PFOA)對人體和自然環(huán)境可能存在潛在的毒性，有些廠家已經(jīng)開發(fā)了替代的產(chǎn)品。2000年5月，3M工廠主動停止了全氟辛酸胺的生產(chǎn)。目前3M公司的產(chǎn)品只含有4個碳原子氟碳基的全氟丁基類氟碳表面活性劑，是按照美國環(huán)保署(EPA)檢測準則來制造和銷售的。
(4)重涂性問題。3MFluoradFC-4430在任何配方體系里，無論在怎樣的成膜條件下，都不會發(fā)生第二次或多次涂裝之間咬底和粘附不良等現(xiàn)象。當然，如果使用不同的涂料涂裝，那問題就另當別論了。
(5)相容性問題。由于氟碳表面活性劑本身的穩(wěn)定性，特別是非離子型的氟碳表面活性劑，幾乎不與任何強酸和強堿反應(yīng)。在各種樹脂體系中，包括丙烯酸、聚氨酯、氨基和環(huán)氧體系中，均能夠很好地發(fā)揮作用。而且對配方中的增稠劑、分散劑和消泡劑有協(xié)同作用。
表面張力越低的底材，使用氟碳表面活性劑越有價值。由于塑膠表面張力極低，水性塑膠涂料的體系中，選用氟碳表面活性劑幾乎是必不可少的。就市場而言，目前國內(nèi)生產(chǎn)水性塑膠涂料的公司還較少，絕大部分仍處在配方的研發(fā)階段，但是水性塑膠涂料的前景十分廣闊。據(jù)報道，韓國的三星公司已經(jīng)決定，到2008年底在所有的三星手機上使用水性塑膠涂料，我們相信其他的手機廠商也會相應(yīng)跟上。對于一些出口產(chǎn)品，由于歐美執(zhí)行更為嚴格的環(huán)保標準，越來越多的出口產(chǎn)品中會使用到水性塑膠涂料。
最后還要說明一點，氟碳表面活性劑雖然可以幫助解決很多水性塑膠涂料在應(yīng)用上的問題，但并不是萬能的。成膜物質(zhì)的性能是決定水性塑膠涂料各項性能的最根本因素，水性塑膠涂料的推廣首先還是依賴于樹脂技術(shù)的發(fā)展，正確的配方和生產(chǎn)工藝以及施工方法都可以提高水性塑膠涂料的性能，而氟碳表面活性劑的使用能夠為水性塑膠涂料的推廣助一臂之力。
但是隨著保護環(huán)境和有效利用石油資源的意識不斷提高，使得水性化成為涂料行業(yè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，解決技術(shù)問題是涂料行業(yè)水性化的關(guān)鍵所在。本文著重介紹氟碳表面活性劑在水性涂料特別是水性塑膠涂料中的應(yīng)用，希望能夠?qū)λ运苣z涂料的推廣有所幫助。
1氟碳表面活性劑的特性
氟碳表面活性劑具有普通碳氫表面活性劑不具備的3種特征：①極強的表面活性。在水中只要很低的濃度就能夠有效地降低水的表面張力，提高了水性體系的濕潤性和滲透性，且氟碳鏈同時具有憎水性和憎油性。②極好的穩(wěn)定性。③生產(chǎn)成本高。
在水性涂料中，氟碳表面活性劑可改善涂料對基材的潤濕性、流平性、防水性，提高耐沾污性、抗粘連性、附著力和光澤，并具有高溫活性穩(wěn)定性(150～200℃)。
2氟碳表面活性劑在水性塑膠涂料中的使用
氟碳表面活性劑在各種水性涂料中都能夠發(fā)揮一定的作用，然而目前的實際應(yīng)用卻不是很多，原因有2個：一是氟碳表面活性劑的價格較高，一些低檔的水性涂料不用這種產(chǎn)品二是由于使用在木材或金屬的表面，涂料和底材的表面張力差不是很大，所以使用一般的碳氫類或者有機硅的表面活性劑就能夠解決問題，沒有必要使用價格較高的氟碳表面活性劑。然而對于水性塑膠涂料情況卻不一樣。一方面，目前市場上的主流塑膠涂料產(chǎn)品均是采用溶劑型的丙烯酸體系，產(chǎn)品的價格較高，給水性塑膠涂料的發(fā)展創(chuàng)造了空間。另一方面，由于塑膠表面極低的表面張力，使用傳統(tǒng)的表面活性劑不能夠解決問題。因此，在水性塑膠涂料中應(yīng)用氟碳表面活性劑效果最明顯，也最具有意義。
從技術(shù)角度分析，水性塑膠涂料的開發(fā)有3個難點，包括：
(1)潤濕流平性問題。塑膠是由非極性的碳氫類不飽和低分子聚合而成，表面張力很低，使用一般的碳氫類或有機硅類的表面活性劑很難潤濕塑料表面，從而出現(xiàn)縮邊或者橘皮現(xiàn)象。而且塑料表面常常有脫模劑的存在，使得水性涂料很難潤濕鋪展，導致形成縮孔。
(2)附著力的問題。最常規(guī)的塑膠基材，包括PE、PP、ABS、PC等等。從目前水性樹脂的技術(shù)發(fā)展來看，在ABS和PC上，水性塑膠涂料的附著力已經(jīng)不是問題。使用氟碳表面活性劑能夠進一步增強附著力和抗刮擦的能力。而對于PP、PE來講，僅僅通過添加氟碳表面活性劑是不能夠解決問題的。解決方法往往是先使用塑膠底材專用的附著力促進劑先處理一遍，然后再涂水性塑膠涂料。
(3)鋁銀漿的問題。塑膠涂料中目前最大的品種就是銀粉漆。對于溶劑型涂料而言，銀粉漆的技術(shù)很成熟而對于水性涂料，銀漿的價格和在涂料干燥過程中的定向確實是很大的問題。國產(chǎn)的水性鋁銀漿用于建筑用水性金屬涂料還可以，如果用到塑膠表面就不行了，用于塑膠表面的鋁銀漿基本上還是被幾家外國公司所壟斷。另一方面，即使是好的鋁銀漿如果定向不好，也不能夠發(fā)揮作用。由于氟碳表面活性劑特殊的表面張力效果，能夠在水性涂料干燥的過程中持續(xù)地發(fā)揮作用，幫助銀漿定向。
除了上面提到的3個方面，氟碳表面活性劑還能夠幫助提高水性塑膠涂料的耐水耐溶劑性。由于降低了涂膜的表面摩擦系數(shù)，還可以增加涂膜的抗刮擦性。對于一些需要烘烤的水性塑膠涂料，在高溫條件下也能夠發(fā)揮很好的作用。由于塑膠表面張力低的特點，氟碳表面活性劑一般需要添加到千分之一的固體分含量才能夠很好地發(fā)揮作用。
3氟碳表面活性劑使用時的注意事項
以3MFluoradFC-4430為例：
(1)添加量。氟碳表面活性劑的價格較高，如果是100%有效含量的全氟碳表面活性劑市場價格都在1000元/kg以上。但是，氟碳表面活性劑的添加量也非常少，相比較于碳氫類1%和有機硅類4‰～6‰的添加量，氟碳表面活性劑的添加量只有0.5‰～1‰。這樣算下來，配方中會增加0.7～1.4元左右的成本，比使用碳氫類的表面活性劑或者有機硅類的表面活性劑略高一點，但卻提高了產(chǎn)品檔次。
(2)使用方法。對于100%固含量的氟碳表面活性劑，在溫度較低的情況下一般是蠟黃色的固體，需要先加熱熔化后使用。使用前，最好先使用極性醇醚類溶劑配制成9.1%的溶液，以便于精確添加。在配制稀釋溶液時只需要輕輕攪拌，以免產(chǎn)生氣泡。添加最好在調(diào)漆階段加入體系當中。
(3)環(huán)保性問題。談到氟相關(guān)的產(chǎn)品，前一段時間，美國環(huán)保署(EPA)發(fā)表的有關(guān)全氟辛酸胺(PFOA)的聲明。全氟辛酸胺(PFOA)對人體和自然環(huán)境可能存在潛在的毒性，有些廠家已經(jīng)開發(fā)了替代的產(chǎn)品。2000年5月，3M工廠主動停止了全氟辛酸胺的生產(chǎn)。目前3M公司的產(chǎn)品只含有4個碳原子氟碳基的全氟丁基類氟碳表面活性劑，是按照美國環(huán)保署(EPA)檢測準則來制造和銷售的。
(4)重涂性問題。3MFluoradFC-4430在任何配方體系里，無論在怎樣的成膜條件下，都不會發(fā)生第二次或多次涂裝之間咬底和粘附不良等現(xiàn)象。當然，如果使用不同的涂料涂裝，那問題就另當別論了。
(5)相容性問題。由于氟碳表面活性劑本身的穩(wěn)定性，特別是非離子型的氟碳表面活性劑，幾乎不與任何強酸和強堿反應(yīng)。在各種樹脂體系中，包括丙烯酸、聚氨酯、氨基和環(huán)氧體系中，均能夠很好地發(fā)揮作用。而且對配方中的增稠劑、分散劑和消泡劑有協(xié)同作用。
表面張力越低的底材，使用氟碳表面活性劑越有價值。由于塑膠表面張力極低，水性塑膠涂料的體系中，選用氟碳表面活性劑幾乎是必不可少的。就市場而言，目前國內(nèi)生產(chǎn)水性塑膠涂料的公司還較少，絕大部分仍處在配方的研發(fā)階段，但是水性塑膠涂料的前景十分廣闊。據(jù)報道，韓國的三星公司已經(jīng)決定，到2008年底在所有的三星手機上使用水性塑膠涂料，我們相信其他的手機廠商也會相應(yīng)跟上。對于一些出口產(chǎn)品，由于歐美執(zhí)行更為嚴格的環(huán)保標準，越來越多的出口產(chǎn)品中會使用到水性塑膠涂料。
最后還要說明一點，氟碳表面活性劑雖然可以幫助解決很多水性塑膠涂料在應(yīng)用上的問題，但并不是萬能的。成膜物質(zhì)的性能是決定水性塑膠涂料各項性能的最根本因素，水性塑膠涂料的推廣首先還是依賴于樹脂技術(shù)的發(fā)展，正確的配方和生產(chǎn)工藝以及施工方法都可以提高水性塑膠涂料的性能，而氟碳表面活性劑的使用能夠為水性塑膠涂料的推廣助一臂之力。
