След повече от двадесет и пет години опит в разработването на покрития за метални, пластмасови и дървени основи, разбрах, че лошото омокряне е една от най-честите причини, поради които дори и напълно подходяща формула се проваля в производствената среда. Може да имате отлична дисперсия на пигмента, добър гланц и солидни механични свойства, но въпреки това боята да се събира на капки, да се разтича или да оставя сухи петна върху основата. Тогава омокрящите агенти стават незаменими. Те не само помагат на течността да се разстеле; те фундаментално променят начина, по който покритието взаимодейства с повърхността, още преди да изсъхне.
Овлажнителите действат, като намаляват повърхностното напрежение на течността, за да може тя да преодолее повърхностната енергия на основата. Много промишлени повърхности — мазна стомана, нискоенергийни пластмаси или дори леко замърсен алуминий — имат повърхностна енергия, значително по-ниска от 40 mN/m. Типичното покритие на водна основа без допълнителна помощ е около 45–55 mN/m. Резултатът е голям ъгъл на контакт и лошо разстилане. Добрият овлажняващ агент намалява повърхностното напрежение на течността до 25–32 mN/m, което позволява на покритието да се разстеле равномерно и да образува непрекъснат филм.
Съществуват няколко химически групи. Овлажнителите на силиконова основа (обикновено полиетер-модифицирани полидиметилсилоксани) са много ефективни при ниски дози и освен това осигуряват известно изравняване. Флуорираните видове осигуряват най-силно намаляване на повърхностното напрежение и действат добре върху трудни за обработка пластмаси, но са по-скъпи и могат да повлияят на стабилността на пяната. Нейоничните повърхностноактивни вещества и овлажнителите на акрилна основа предлагат по-балансиран профил с по-малко странични ефекти върху възможността за повторно нанасяне или адхезията между слоевете. Изборът обикновено зависи от основата, смолната система и от това дали покритието ще бъде покрито с допълнителен слой по-късно.
Все още си спомням един проект отпреди няколко години, който ясно показа практическата разлика. Разработвахме епоксиден грунд на водна основа за алуминиеви екструдирани профили, използвани в архитектурни рамки. Алуминият беше почистен, но все още имаше тънък оксиден слой и тук-там следи от леки масла, останали при манипулациите. Без никакъв овлажняващ агент грундът показваше силно „пълзене“ при нанасянето — големи области, където филмът се отдръпваше, образувайки „островчета“. Контактният ъгъл върху самата повърхност на профила беше 68°. След втвърдяването забелязахме видими пропуски в покритието и слаба устойчивост на корозия при изпитването със солен спрей.
Проведохме контролирано сравнение, като използвахме една и съща основна формула и добавихме три различни овлажняващи агента в дози от 0,4 % активна съставка спрямо общото тегло на формулата:
- Стандартно нейонично повърхностноактивно вещество намали повърхностното напрежение до 38 mN/m и понижи ъгъла на контакт до 42°. Явлението на „пълзене“ се подобри, но не беше напълно елиминирано; все още отчитахме средно по 7 сухи петна на 100 cm² върху напръсканите панели.
- Силиконът, модифициран с полиетер, намали повърхностното напрежение до 29 mN/m, а ъгълът на контакт – до 26°. Явлението „пълзене“ изчезна напълно както при изпитванията с изтегляне, така и при тези с производствен разпръскване. Показателите при изпитването със солен спрей се подобриха значително, тъй като филмът беше непрекъснат.
- Флуориран смазващ агент с къса верига постигна най-ниското повърхностно напрежение (24 mN/m) и ъгъл на контакт (18°). Той осигури отлично разтичане върху алуминия, но наблюдавахме леко увеличаване на пяната по време на смесването и малко намаляване на адхезията между слоевете при последващо нанасяне на финишен слой.
Версията с силиконови добавки се оказа безспорен победител за тази задача. Решихме да използваме 0,35 % активен компонент, добавен в етапа на разреждане, и грундът издържа 500-часов тест със солен спрей без корозия под филма. Производствените серии показаха равномерно нанасяне на филма и значително по-малко бракувани изделия поради външен вид.
Този експеримент потвърди няколко извода, които съм наблюдавал в много заводи. Първо, дозировъчните стълбици са от съществено значение. Овлажнителите често имат оптимална точка — ако се използват твърде малко, все пак се получават дефекти; ако се използват твърде много, могат да възникнат нови проблеми, като засилено образуване на пяна, намален гланц или проблеми с адхезията. Второ, моментът на добавяне е важен. Добавянето на овлажняващи агенти твърде рано в дисперсията при високо срязване понякога може да намали тяхната ефективност по-късно. Трето, винаги тествайте върху действителния субстрат, а не само върху лабораторни панели. Покритие, което се нанася перфектно върху чиста стомана, може да се провали върху производствени детайли, върху които има мазнини от валцуване или отпечатъци от пръсти.
От опит знаем, че най-големите ползи се постигат при преминаване към нови основи или при преход от системи на разтворителна към системи на водна основа. Покритията на водна основа обикновено имат по-високо повърхностно напрежение, затова се нуждаят от допълнителна помощ при нанасяне върху нискоенергийни пластмаси или слабо подготвени метални повърхности. При един проект за покритие на дърво преминаването към специално разработен силиконов овлажняващ агент ни позволи да намалим количеството на съразтворителя с 15 %, като същевременно постигнахме добро разтичане върху мазен дъб — нещо, което клиентът оцени както от гледна точка на разходите, така и поради съображения, свързани с летливите органични съединения (VOC).
Разбира се, овлажняващите агенти не са чудодейно решение. Те не могат да се справят със силно замърсяване или с напълно несъвместими комбинации от смола и основа. Освен това могат да повлияят и на други свойства — някои увеличават плъзгаемостта, а други могат да намалят водоустойчивостта при превишаване на дозата. При системите, подходящи за повторно нанасяне, обикновено предпочитам по-меките акрилни или нейонични видове пред силните силиконови или флуорирани продукти.
В крайна сметка, овлажняващите агенти остават едни от добавките с най-голямо въздействие във формулата, когато повърхността не е идеална. Заводите и формулаторите, които ги вземат на сериозно — провеждайки подходящи сравнителни изпитвания върху реални детайли, измервайки повърхностното напрежение и ъгъла на контакт, където е възможно, и проверявайки дългосрочните характеристики на филма — са тези, които престават да се борят с дефектите във външния вид и започват да осигуряват постоянни и надеждни покрития. Когато правилните овлажняващи агенти са на правилното място и в правилното количество, покритието просто прави това, което трябва: разстила се, прилепва и предпазва, без да привлича вниманието към себе си.