Органические растворители в традиционных покрытиях на основе растворителей и разбавителях, используемых при нанесении, классифицируются как летучие органические соединения (ЛОС). Они являются важными предшественниками образования озона (O₃) и мелкодисперсных частиц (PM₂.₅). В отличие от них, основным растворителем в покрытиях на водной основе является вода. Снижая выбросы ЛОС на источнике, покрытия на водной основе не только уменьшают затраты предприятий, но и являются более экологичными и безопасными. В результате в последние годы они пользуются широкими перспективами развития.

Поскольку поверхностное натяжение воды достигает 72 мН/м, а поверхностное натяжение водных эмульсионных смол также высокое, водорастворимые покрытия трудно смачивать и распределять по таким подложкам, как сталь, для образования однородной и сплошной пленки. Во время нанесения плохое смачивание может привести к дефектам поверхности, таким как усадка по краям, образование кратеров и ухудшение покрытия, что снизит защитные свойства и ухудшит декоративный вид. Явление смачивания и растекания в покрытиях — это процесс, при котором воздух на поверхности подложки вытесняется покрытием. По сути, этот процесс заменяет границу раздела газ-твердое тело границей раздела твердое тело-жидкость, одновременно расширяя границу раздела газ-жидкость. На смачиваемость водорастворимого покрытия на подложке влияют три фактора: поверхностное натяжение подложки (γ _sg ), поверхностное натяжение покрытия (γ _lg ) и поверхностное натяжение между покрытием и подложкой (γ _sl ). Для того чтобы водорастворимое покрытие демонстрировало отличное смачивание и растекание по подложке, должно выполняться условие γ _sg —γ _lg —γ _{sl > 0. Добавление смачивающих агентов к водорастворимому покрытию может эффективно снизить γ lg} и γ _sl , что обеспечивает растекание по подложке с образованием равномерной пленки и предотвращает дефекты покрытия.

К числу широко используемых смачивающих агентов в покрытиях относятся полиэфирные силиконы, гемини-силиконы, фторсодержащие агенты и гемини-полиэфирные алкинидолы. Мы выбрали четыре типа агентов и провели сравнительное исследование с гемини-силиконами, чтобы оценить их влияние на характеристики покрытий на водной основе.

1. Статическое поверхностное натяжение 0.1% водных растворов с различными смачивающими агентами подложки.

Как видно из результатов теста, полиэфирный силикон А и фторсодержащее поверхностно-активное вещество D демонстрируют выраженную пеностабилизацию в водном растворе, тогда как полиэфирный силикон В, гемини-полиэфир алкиндиол и гемини-силикон SL-5100 обладают превосходными низкопенными свойствами.

3. Нестабильность пены различных типов смачивающих агентов для покрытий на водной основе.

По результатам этого теста, полиэфирный силикон B, гемини-полиэфир алкиндиол и гемини-силикон SL-5100 демонстрируют превосходные показатели пенообразования по сравнению с полиэфирным силиконом A и фторсодержащим поверхностно-активным веществом в покрытиях на водной основе, однако разница менее существенна, чем в водных растворах. Это объясняется тем, что в водных растворах единственным фактором, влияющим на образование и стабилизацию пены, является смачивающий агент, тогда как покрытия на водной основе также содержат смоляные эмульсии, полиуретановые загустители и диспергаторы, которые могут влиять на пенообразование.

4. Устойчивость к образованию кратеров у различных типов смачивающих агентов подложки в водорастворимых покрытиях.

Полиэфирный силикон А, фторсодержащее поверхностно-активное вещество и гемини-силикон SL-5100 обеспечивают превосходную устойчивость к образованию кратеров в покрытиях на водной основе, тогда как полиэфирный силикон В и гемини-полиэфир алкиндиол обладают сравнительно худшим антикратерным эффектом.

5. Показатели устойчивости к усадке по краям различных типов смачивающих агентов подложки в водорастворимых покрытиях.

Как показано на рисунке, гемини-силикон SL-5100 обеспечивает наилучшую устойчивость к усадке по краям, за ним следуют полиэфирный силикон A, фторсодержащий поверхностно-активный агент и полиэфирный силикон B, тогда как гемини-полиэфирный алкиндиол демонстрирует наихудшие показатели. Устойчивость к усадке по краям отражает совокупное качество смачивания/растекания и выравнивания. Полиэфирный силикон A и фторсодержащий поверхностно-активный агент демонстрируют хорошее смачивание/растекание, поэтому их устойчивость к усадке по краям умеренная. Полиэфирный силикон B обладает хорошим выравниванием, но умеренным смачиванием/растеканием, поэтому его устойчивость к усадке по краям также умеренная. Гемини-полиэфирный алкиндиол имеет плохое смачивание и наихудшую устойчивость к усадке по краям. Гемини-силикон SL-5100 обеспечивает превосходное смачивание/растекание и выравнивание, что обеспечивает ему превосходную устойчивость к усадке по краям.

Хотя силиконовый герметик Gemini SL-5100 не обладает существенными преимуществами в снижении поверхностного натяжения водных растворов, он демонстрирует превосходные показатели низкого пенообразования, предотвращения образования кратеров, смачивания/растекания и выравнивания в покрытиях на водной основе.