ПАВы. Обзор и теорияШтефан Ремме, Москва, октябрь 2013
Slide 2, Stephan Remme, Plastics Additives
Темы
Поверхностное натяжение • Теория• Измерение
ПАВы• Органически модифицированные
полисилоксаны• Полиакрилаты
Предотвращение дефектов поверхности
• Кратеры• Смачивание• Ячейки Бенара• Выравнивание
Slide 3, Stephan Remme, Plastics Additives
ПАВы
Для органорастворимых систем
- органически модифицированные полисилоксаны- полиакрилаты- гибриды полисилоксанов- полиакрилатов
Для систем на водной основе/ For water based systems - полисилоксановые ПАВы/ Polysiloxane surfactants- смеси ПАВов (снижение динамического поверхностного натяжения)/ Surfactant mixtures (reduction of the dynamic surface tension)- органически модифицированные полисилоксаны (понижение COF,
выравнивание)/ Organically mod. polysiloxanes (reduction of the COF, leveling)- полиакрилаты/ Polyacrylates
Slide 4, Stephan Remme, Plastics Additives
Органически модифицированные полисилоксаны
(CH3)3Si O Si O Si(CH3)3
CH3
CH3
x
Молотковый эффектРозлив Скольжение Пеногашение
x 2 - 27 45 - 230 380 - 1500 1800 - 2900
совместимость
(CH3)3Si O Si O Si O Si(CH3)3
CH3CH3
CH3
y
Орг
анич
еска
я м
одиф
икац
ия
z
несовместимость
Slide 5, Stephan Remme, Plastics Additives
ABA структура
Силиконовая цепь
Силиконовая цепь
Комб.структура
бифункциональная
HH
мультифункциональнаяH H H H
Силиконовая цепь Силиконовая цепь
Modification Modification Modification
Modification
Modification
Modification
Модификации: Polyether (EO / PO) PolyesterAlkyl up to C30 AralkylPerfluoroalkyl PolycarbonatePolyurethane …
Органически модифицированные полисилоксаны
Реакция равновесия: синтез мультифункциональных полисилоксановых строительных блоков
Slide 6, Stephan Remme, Plastics Additives
Органически модифицированные полисилоксаны
• мигрируют к поверхности• понижают поверхностное натяжение• повышают поверхностное скольжение
Контроль качества
- изменение мол. веса- изменение полярности
- изменение структуры
Slide 7, Stephan Remme, Plastics Additives
R1 = H (acrylate)CH3 (methacrylate)
R2 = alkyl aralkylreactive group...
мономеры
гомополимер
статистический сополимер
блок-сополимер
радикальная полимеризация
O
R2
R1
O
Полиакрилатные добавкиPolyacrylate additives
Slide 8, Stephan Remme, Plastics Additives
Полиакрилатные выравнивающие добавки
• мигрируют близко к поверхности• не/ слабо снижают поверхностное натяжение• предотвращают локальные различия поверхностного натяжения
Контроль качества- изменение молекулярного веса- изменение полярности
Slide 9, Stephan Remme, Plastics Additives
Задачи работы над рецептурой
- хорошие розлив и выравнивание
- достаточное смачивание подложки
- отсутствие кратеров
Поверхностное натяжение рецептуры Различия поверхностного натяжения
ПАВы оказывают влияние на эти свойства и улучшают качество
Slide 10, Stephan Remme, Plastics Additives
Поверхностное натяжение: теория
Slide 11, Stephan Remme, Plastics Additives
воздухair
жидкость
liquid
В жидкости силы сцепления компенсируют друг друга, и направленная сила отсутствует
На границе жидкость/ газ когезионные силы направлены внутрь и в стороны, в результате чего сдерживающая сила на границе раздела индуцирует сферическую форму капли
Поверхностное натяжение
Slide 12, Stephan Remme, Plastics Additives
Поверхностное натяжение
Между жидкостью и твердым веществом взаимодействуют адгезионные силы, способствующие распространению. Силы сцепления внутри жидкости приводят к противодействию
силы сцепления
подложка
жидость
адгезионные силы
адгезионные силы
Распространение: работа адгезионных сил > работы сил сцепления
Slide 13, Stephan Remme, Plastics Additives
Поверхностное натяжениеПолярные & дисперсные порции
• Поверхностное натяжение является суммой дисперсных взаимодействий и полярных сил
= D (disperse) + P (polar)
• дисперсные взаимодействия = van der Waals
• полярные силы = диполь-дипольных, водородных связей, кислотно-щелочных связей
Хорошее смачивание подложки:рецептуры < подложки
Slide 14, Stephan Remme, Plastics Additives
Типичные поверхностные натяжения
Уайт спирит
Меламиновая
80
70
60
50
40
30
20
Фосфорированная сталь
Вода
АлкиднаяАкрилаты
SMC-Polyester
mN
/mРастворители Смолы Подложки
на водной основе
КсилолНеобработанная сталь
Polypropylene
Дерево
Slide 15, Stephan Remme, Plastics Additives
Методики испытаний
Жидкость
Статическое поверхностное натяжение
Метод кольца
Динамическое поверхностное натяжение
Тензиометр давления пузырьков
Подложка Поверхностное натяжение
Контактный угол
Slide 16, Stephan Remme, Plastics Additives
Кратеры
Частицы/капли/грязь(28 mN)
Рецептура(30 mN)
Подложка (32 mN)
Рецептура(30 mN)
Подложка (32 mN)
Частицы/капли/грязь(28 mN)
Загрязнения извне Загрязнения с подложки
Регулирование поверхностного натяжения с помощью органически модифицированных
полисилоксанов
Slide 17, Stephan Remme, Plastics Additives
Органически модифицированные силоксаныСнижение поверхностного натяжения
Дозировка
mN/m
BYK-310
BYK-320
BYK-331
30
29
28
27
26
25
BYK-306
BYK-378 Розл
ив/ в
ыра
внив
ание
См
ачивание подложки
Предотвращ
ение кратеров
Slide 18, Stephan Remme, Plastics Additives
Улучшение смачивания подложки
без добавки0,1% BYK-333
Хорошее смачивание подложки:
рецептуры < подложки
Slide 19, Stephan Remme, Plastics Additives
Розлив на поверхности, ячейки Бенара
после нанесения После сушки
Поверхность
Срез
Высокое поверхностное натяжение
Высокое поверхностное натяжение
Slide 20, Stephan Remme, Plastics Additives
Выравнивание: как работают добавки?
Ориентация к поверхности посредством контролируемой несовместимости
Слишком совместимоСлишком несовместимо
Оптимально
leveling additive
Улучшение выравнивания с помощью полиакрилатов через снижение местных различий поверхностного натяжения
Slide 21, Stephan Remme, Plastics Additives
Как оценить выравнивание
Хорошее качество (оптимальная совместимость)
• глянец• низкая степень облачности• хорошее выравнивание• пеногашение или отсутствие
пеностабилизации
Плохое качество (слишком несовместимо)снижение блеска• облачность• белые разводы• липкая поверхность• склонность к кратерообразованию
и эффект апельсиновой корки• пеностабилизация• сильная немедленная сепарация в
сырой краске
Slide 22, Stephan Remme, Plastics Additives
Дефекты поверхности
Обусловлены разницей поверхностного натяжения
• между подложкой и покрытием смачивание
• в наносимой рецептуре загрязнение, испарение ратворителя...
Малые различия полиакрилатыБольшие различия добавки на основе полисилоксанов
Решение:
Slide 23, Stephan Remme, Plastics Additives
ANTI-TERRA®, BYK®, BYK®-DYNWET®, BYK®-SILCLEAN®, BYKANOL®, BYKETOL®, BYKJET®, BYKOPLAST®, BYKUMEN®, CARBOBYK®, DISPERBYK®, DISPERPLAST®, LACTIMON®, NANOBYK®, PAPERBYK®, SILBYK®, VISCOBYK® and Greenability® are registered trademarks of BYK-Chemie.AQUACER®, AQUAMAT®, AQUATIX®, CERACOL®, CERAFAK®, CERAFLOUR®, CERAMAT®, CERATIX®, HORDAMER® and MINERPOL® are registered trademarks of BYK-Cera.SCONA® is a registered trademark of BYK Kometra.
This information is given to the best of our knowledge. Because of the multitude of formulations, production and application conditions, all the above‑mentioned statements have to be adjusted to the circumstances of the processor. No liabilities, including those for patent rights, can be derived from this fact for individual cases