Transcript Поверхностное натяжение

ПАВы.
Обзор и теория
Штефан Ремме, Москва, октябрь 2013
Темы
ПАВы
• Органически модифицированные
полисилоксаны
• Полиакрилаты
Поверхностное натяжение
• Теория
• Измерение
Предотвращение дефектов
поверхности
•
•
•
•
Slide 2, Stephan Remme, Plastics Additives
Кратеры
Смачивание
Ячейки Бенара
Выравнивание
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/
Slide 3, Stephan Remme, Plastics Additives
Polyacrylates
Органически модифицированные
полисилоксаны
CH3
Si O
Si
CH3
(CH3)3Si O
Si
O
Si(CH3)3
CH3
x
совместимость
x
2 - 27
Розлив
Slide 4, Stephan Remme, Plastics Additives
45 - 230
Скольжение
Органическая модификация
(CH3)3Si O
CH3
380 - 1500
Пеногашение
O
Si(CH3)3
CH3
z
y
несовместимость
1800 - 2900
Молотковый эффект
Органически модифицированные полисилоксаны
Реакция равновесия: синтез мультифункциональных полисилоксановых
строительных блоков
H
Силиконовая цепь
H
бифункциональная
Силиконовая цепь
H
H
H
мультифункциональная
H
Комб.структура
ABA структура
Силиконовая цепь
Polyether (EO / PO)
Alkyl up to C30
Perfluoroalkyl
Polyurethane
Slide 5, Stephan Remme, Plastics Additives
Polyester
Aralkyl
Polycarbonate
…
Modification
Модификации:
Modification
Modification
Modification
Силиконовая цепь
Modification
Modification
Органически модифицированные
полисилоксаны
• мигрируют к поверхности
• понижают поверхностное натяжение
• повышают поверхностное скольжение
Контроль качества
- изменение мол. веса
- изменение полярности
- изменение структуры
Slide 6, Stephan Remme, Plastics Additives
Полиакрилатные добавки
Polyacrylate additives
гомополимер
радикальная
полимеризация
статистический сополимер
мономеры
Slide 7, Stephan Remme, Plastics Additives
блок-сополимер
R1 =
H (acrylate)
CH3 (methacrylate)
R2 =
alkyl
aralkyl
reactive group
...
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 8, 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 9, Stephan Remme, Plastics Additives
Поверхностное натяжение: теория
Slide 10, Stephan Remme, Plastics Additives
Поверхностное натяжение
воздух
жидкость
air
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
Slide 11, Stephan Remme, Plastics Additives
Поверхностное натяжение
Между жидкостью и твердым веществом взаимодействуют
адгезионные силы, способствующие распространению.
Силы сцепления внутри жидкости приводят к
противодействию
жидость
силы сцепления
адгезионные
силы
подложка
адгезионные
силы
Распространение: работа адгезионных сил >
работы сил сцепления
Slide 12, Stephan Remme, Plastics Additives
Поверхностное натяжение
Полярные & дисперсные порции
Хорошее смачивание подложки:
рецептуры < подложки
• 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
Slide 13, Stephan Remme, Plastics Additives
Типичные поверхностные натяжения
Растворители
Смолы
Подложки
80
Вода
mN/m
70
Меламиновая
60
50
Фосфорированная сталь
на водной основе
Дерево
40
30
Ксилол
Уайт спирит
20
Slide 14, Stephan Remme, Plastics Additives
Алкидная
Акрилаты
Необработанная сталь
SMC-Polyester
Polypropylene
Методики испытаний
Статическое
поверхностное
натяжение
Метод кольца
Динамическое
поверхностное
натяжение
Тензиометр
давления пузырьков
Поверхностное
натяжение
Контактный угол
Жидкость
Подложка
Slide 15, Stephan Remme, Plastics Additives
Кратеры
Загрязнения извне
Загрязнения с подложки
Частицы/капли/грязь
(28 mN)
Рецептура
(30 mN)
Подложка (32 mN)
Рецептура
(30 mN)
Частицы/капли/грязь
(28 mN)
Подложка (32 mN)
Регулирование поверхностного натяжения с
помощью органически модифицированных
полисилоксанов
Slide 16, Stephan Remme, Plastics Additives
Органически модифицированные силоксаны
Снижение поверхностного натяжения
mN/m
27
BYK-331
26
BYK-310
BYK-306
25
BYK-378
Дозировка
Slide 17, Stephan Remme, Plastics Additives
Смачивание подложки
28
BYK-320
Предотвращение кратеров
29
Розлив/ выравнивание
30
Улучшение смачивания подложки
Хорошее смачивание
подложки:
рецептуры < подложки
0,1% BYK-333
Slide 18, Stephan Remme, Plastics Additives
без добавки
Розлив на поверхности, ячейки Бенара
после нанесения
После сушки
Высокое поверхностное натяжение
Поверхность
Срез
Slide 19, Stephan Remme, Plastics Additives
Высокое поверхностное натяжение
Выравнивание: как работают добавки?
Ориентация к поверхности посредством контролируемой
несовместимости
leveling additive
Оптимально
Слишком
несовместимо
Слишком совместимо
Улучшение выравнивания с помощью полиакрилатов через
снижение местных различий поверхностного натяжения
Slide 20, 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 21, Stephan Remme, Plastics Additives
Дефекты поверхности
Обусловлены разницей поверхностного натяжения
• между подложкой и покрытием
смачивание
• в наносимой рецептуре
загрязнение, испарение ратворителя...
Решение:
Малые различия
Большие различия
Slide 22, Stephan Remme, Plastics Additives
полиакрилаты
добавки на основе полисилоксанов
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
Slide 23, Stephan Remme, Plastics Additives