在印刷和涂料領(lǐng)域，當(dāng)諸如油墨、漆或清漆之類的薄水性涂層施加到諸如聚烯烴或聚酯薄膜之類的疏水表面時(shí)，通常在涂布材料中加入表面活性劑以降低其表面張力并使表面較容易潤(rùn)濕和涂布得光滑。表面活性劑的適用性及其需要量通常通過測(cè)定加入表面活性劑以后涂料的表面張力來確定。

如果此種測(cè)定是在平衡狀態(tài)下完成的，那么它們對(duì)于高速涂布應(yīng)用而言可能極具誤導(dǎo)性，此時(shí)，新表面或界面因涂料在基材上的展布或者因如噴涂之類的氣力手段而迅速產(chǎn)生。于是，就可能出現(xiàn)這樣的情況表面活性劑沒有足夠時(shí)間在涂料-表面界面達(dá)到充分?jǐn)U散、吸附和分子取向以便達(dá)到平衡狀態(tài)。此種場(chǎng)合，在動(dòng)態(tài)下測(cè)定表面張力可能更有意義。

在高速印刷和涂布領(lǐng)域，如果涂料的表面張力不足以在數(shù)秒鐘后潤(rùn)濕基材，則涂層，特別是薄涂層將“去-潤(rùn)濕”，從而導(dǎo)致不希望的表面缺陷。就是說，一個(gè)初始光滑的涂層可能從表面上“爬回”或“縮回”，并造成不平整和皺紋的表面外觀。在此種情況下，平衡表面張力的測(cè)定也變得重要。

水性溶液表面張力的迅速降低在其他領(lǐng)域可能也很重要。例如，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，葉子表面的迅速潤(rùn)濕對(duì)于留住施涂到植物上的農(nóng)用噴灑液就很重要。于是，此種噴灑的高效利用可能在很大程度上依賴于噴灑液表面張力隨時(shí)間變化的規(guī)律。許多烴類表面活性劑被用于涂料工業(yè)中促進(jìn)良好的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，也就是，提供低初始表面張力。然而，此類表面活性劑通常不提供為保證與許多基材均一潤(rùn)濕所需要的低平衡表面張力下降作用。另外，由于在水基配制物中溶解度較低，它們可能導(dǎo)致涂層中出現(xiàn)表面缺陷。聚合物膜可能要求進(jìn)行諸如電暈處理、火焰電離或在基材上預(yù)施涂“銜接層”(tie-layer)或底漆之類的表面改性預(yù)處理。

雖然碳氟化合物表面活性劑提供卓越平衡表面張力，但它們?cè)诖祟惛咚兕I(lǐng)域并未得到廣泛應(yīng)用，原因除了成本高之外，還在于它們通常不能產(chǎn)生低的初始表面張力，又可能導(dǎo)致起泡。

Hirt等人發(fā)表在《膠體與表面》(1990)，44，pp.101～117，題為“采用最大氣泡壓力法的烴類和碳氟化合物表面活性劑溶液的動(dòng)態(tài)表面張力”的文章公開，非離子烴類表面活性劑與非離子碳氟化合物表面活性劑的等摩爾和3/1摩爾比混合物，能協(xié)同地改善總表面活性劑濃度為30mmol/L(mM)條件下水溶液的動(dòng)態(tài)表面張力。在總濃度為3mM的情況下，此種協(xié)同效應(yīng)在較低氣泡頻率下可以觀察到，但在高速施涂所要求的較高頻率下則看不到。在總濃度為0.3mM和0.03mM條件下，看不到任何協(xié)同效應(yīng)。因此，有用的協(xié)同效應(yīng)僅在30mM的較高總表面活性劑濃度——在等摩爾混合物中碳氟化合物表面活性劑代表15mM，而在3/1摩爾混合物中代表7.5mM——的條件下可以觀察到。以這樣的濃度使用，碳氟化合物表面活性劑費(fèi)用將太高，還可能造成泡沫。

目前需要一種涂布和印刷組合物用表面活性劑組合物，它能以較低碳氟化合物表面活性劑濃度降低初始或“動(dòng)態(tài)”表面張力以及平衡表面張力。一種用于涂布或印刷組合物中、當(dāng)涂布或印刷組合物施加到基材表面時(shí)能迅速和顯著降低其表面張力的組合物。該組合物包含烴類表面活性劑和碳氟化合物表面活性劑，其中烴類表面活性劑的濃度介于約0.01～約0.5wt％，而碳氟化合物表面活性劑的濃度介于約0.0001％～約0.3wt％，條件是，當(dāng)碳氟化合物表面活性劑的濃度大于或等于0.1wt％時(shí)，烴類表面活性劑的濃度小于或等于0.08wt％。該組合物降低加入了它的涂布或印刷組合物的表面張力。在新表面/界面生成之后，此種表面張力的降低既既具初始性又具快速性(例如，數(shù)秒鐘內(nèi))。優(yōu)選的碳氟化合物表面活性劑的濃度介于約0.0005％～約0.3wt％。更優(yōu)選的是，碳氟化合物表面活性劑的濃度介于約0.001％～約0.1wt％。

降低涂布或印刷組合物當(dāng)施加到基材表面時(shí)的表面張力的方法，包括將上述表面活性劑組合物加入到涂布或印刷組合物中。另一種降低涂布或印刷組合物當(dāng)施加到基材表面時(shí)的表面張力的方法，包括在涂布或印刷組合物中加入包含約0.0001％～約0.3wt％碳氟化合物表面活性劑的組合物，條件是，涂布或印刷組合物包含烴類表面活性劑，且當(dāng)碳氟化合物表面活性劑以大于或等于0.1wt％存在時(shí)所述烴類表面活性劑以小于或等于0.08wt％存在。

一種低泡水性表面活性劑組合物，用于加入到涂布或印刷組合物中以迅速降低其施涂到基材表面時(shí)的表面張力。該組合物包含一種以烴類為基礎(chǔ)的表面活性劑和碳氟化合物表面活性劑。該碳氟化合物表面活性劑為非離子、陰離子、陽離子或兩性的，且可包含全鹵代或全氟代烷基端基。碳氟化合物表面活性劑具有通式(Rf)a(Q)bZ，其中Rf是氟代脂族基團(tuán)，且a是1或2。Rf通常是氟化的，優(yōu)選飽和、單價(jià)、非芳族基團(tuán)，具有至少3個(gè)碳原子。該氟代脂族基團(tuán)是直鏈、支化的或，足夠大的話，是環(huán)狀的。全氟化基團(tuán)是優(yōu)選的，但氫或氯原子也可存在于該基團(tuán)中，只要對(duì)于每?jī)蓚€(gè)碳原子而言，存在不多于1個(gè)氫或氯原子。包含約1～12個(gè)碳原子的氟代脂族基團(tuán)是最優(yōu)選的。

Q是連接基，且b是0或1。應(yīng)指出的是，當(dāng)b是0時(shí)，Q則不存在，于是Rf與Z由共價(jià)鍵連接。Q是多價(jià)連接基，例如亞烷基(例如，亞甲基、亞乙基、亞環(huán)己基、亞芳基等)，或者這類組分部分與含雜原子基團(tuán)(例如，氧基、硫基、羰基、磺酰、亞磺酰、氨磺酰基、酰氨基、亞脲基、氨基甲酰、亞氨基等)的結(jié)合，及組合，如氨磺酰基亞烷基、酰氨基亞烷基、氧聯(lián)二亞烷基(例如，-C2H4OC2H4-)、硫聯(lián)二亞烷基(例如，-C2H4SC2H4-)、亞烷基氨基甲酰等。Q基團(tuán)，對(duì)于特定組合物來說，將取決于該表面活性劑制備中具體使用的反應(yīng)物。

Z是水增溶(water solubilizing)極性基團(tuán)或部分，例如，磺酸根或硫酸根及其金屬鹽、胺基(例如，-NH2或NHR，其中R是低級(jí)烷基如甲基、乙基或丁基)、磺銨(sulfoammonium)和羧銨(carboxyammonium)基團(tuán)、聚氧乙烯、聚氧丙烯、羧酸根、烷氧基化物(alkyloxylates)、磷酸根等。

優(yōu)選的碳氟化合物表面活性劑是全氟烷基的乙氧基化物，具有通式Rf-CH2CH2-O(CH2CH2O)x-H其中x介于2～約20，Rf是結(jié)構(gòu)為CF3-(CF2CF2)n的全氟代烴，其中n是2～約6。此種全氟烷基的乙氧基化物易在市場(chǎng)購得，并且包括諸如ZONYL FSO、ZONYL FSN和ZONYL FS 300等產(chǎn)品，由杜邦公司(Wilmington，DE)供應(yīng)。其他合適的碳氟化合物表面活性劑包括，特別是，表面活性劑如ZONYL FSK，一種杜邦公司供應(yīng)的兩性含氟表面活性劑；ZONYL FS-62，一種杜邦公司供應(yīng)的陰離子(磺酸鹽)表面活性劑；FLUORAD FC 170，一種3M公司(明尼阿波利斯，MN，(3M))供應(yīng)的非離子含氟表面活性劑；以及FC 129，一種3M的陰離子(羧酸鹽)含氟表面活性劑。

碳氟化合物表面活性劑的濃度介于0.0001％～0.3wt％。優(yōu)選的是，碳氟化合物表面活性劑的濃度介于約0.0005％～約0.3wt％。更優(yōu)選碳氟化合物表面活性劑濃度為約0.001%至約0.1wt％。與現(xiàn)有技術(shù)，例如前面提到的Hirt的文章相比，令人驚奇的是，如此低濃度的含氟烷基乙氧基化物竟顯著改善與以烴為基礎(chǔ)表面活性劑溶液的混合物的表面張力。用量低于0.0001wt％，則只能勉強(qiáng)顯現(xiàn)改善與以烴為基礎(chǔ)表面活性劑的混合物的表面張力的效果。用量高于0.3wt％，則成本高，且可能造成起泡問題。

適合用于烴類表面活性劑是任何可用于在水體系中達(dá)到低表面張力，特別是可用于達(dá)到低“動(dòng)態(tài)”表面張力的那些。“動(dòng)態(tài)表面張力”在這里用來指隨著時(shí)間推移而降低的表面張力。此種表面活性劑的例子包括非離子、陰離子、陽離子和兩性表面活性劑。它們中許多有市售供應(yīng)，例如道(Dow)化學(xué)公司(Midland，MI)的TRITONX-100，為一種辛基苯氧基聚乙氧基乙醇；CYTEC工業(yè)公司(WestPaterson，NJ)的Aerosol OT，為一種二辛基磺基琥珀酸鈉；CK Witco公司(Houston，TX)的WITCONATE P-1059，為一種烷芳基磺酸異丙胺鹽；Internationl Specialty公司(Wayne，NJ)的SURFADONE LP-100，為一種N-辛基-2-吡咯烷酮(pyrarolidone)；Air Products andChemicals公司(Allentown，PA)的SURFYNOL 104，為一種四甲基-5-癸炔-4，7-二醇，2，4，7，9-；Air Products and Chemicals公司(Allentown，PA)的DYNOL 604，為一種乙氧基化乙炔二醇(ethoxylated acetylenic diol)混合物；Stepan公司(Northfield，IL)的MERPOL SE，為一種非離子表面活性劑(三癸基醇的5EO加成物)；以及Stepan公司(Northfield，IL)的MERPOL SH(三癸基醇的8EO加成物)。

烴類表面活性劑的濃度介于約0.01～約0.5wt％，條件是，當(dāng)碳氟化合物表面活性劑大于或等于0.1wt％時(shí)，烴類表面活性劑的濃度小于或等于0.08wt％。優(yōu)選的是，烴類表面活性劑的濃度低于約0.3wt％。更大的用量可以采用，但一般不必要。

以烴為基礎(chǔ)的表面活性劑與碳氟化合物表面活性劑的重量比優(yōu)選至少是2。以烴為基礎(chǔ)的表面活性劑與碳氟化合物表面活性劑的重量比若低于2，則表明較多地使用了貴得多的碳氟化合物表面活性劑。該重量比更優(yōu)選至少是5，進(jìn)一步優(yōu)選至少是10。當(dāng)烴的濃度即便是碳氟化合物表面活性劑濃度的25倍時(shí)，仍展示一種隨時(shí)間改變表面張力的顯著改善。

表面活性劑組合物是通過烴類表面活性劑與碳氟化合物表面活性劑的物理混合制成的。優(yōu)選的是，該組合物呈水溶液形式。

一種迅速降低涂布或印刷組合物的動(dòng)態(tài)表面張力的方法，包括在涂布或印刷組合物中加入如上所述表面活性劑組合物，然后再將其施涂到基材表面。該表面活性劑組合物與涂布或印刷組合物進(jìn)行物理混合。其優(yōu)選的混入量使得烴類表面活性劑在涂布或印刷組合物中的濃度介于約0.01％～約0.5wt％，且碳氟化合物表面活性劑在涂布或印刷組合物中的濃度介于約0.001％～約0.3wt％，條件是，當(dāng)碳氟化合物表面活性劑的濃度大于或等于0.1wt％時(shí)，烴類表面活性劑的濃度小于或等于0.08wt％。優(yōu)選的是，烴類表面活性劑的濃度低于約0.3wt％，且碳氟化合物表面活性劑的濃度介于約0.001％～約0.1wt％。烴類表面活性劑與碳氟化合物表面活性劑在涂布或印刷組合物中的重量比至少是2，優(yōu)選至少5，更優(yōu)選至少10。

替代地，一種降低涂布或印刷組合物當(dāng)施涂到基材表面時(shí)的表面張力的方法，包括在涂布或印刷組合物中加入含約0.0001％～約0.3wt％碳氟化合物表面活性劑的組合物，條件是，涂布或印刷組合物包含烴類表面活性劑，且當(dāng)碳氟化合物表面活性劑以大于或等于0.1wt％存在時(shí)，所述烴類表面活性劑以小于或等于0.08wt％存在。優(yōu)選的是，已經(jīng)存在于涂布或印刷組合物中的烴類表面活性劑以約0.01％～約0.5wt％存在。

表面活性劑組合物的涂布或印刷組合物施涂到表面10秒內(nèi)的表面張力對(duì)時(shí)間的變化特征。該組合物施涂到表面上的方法包括噴涂、噴墨印刷、狹縫涂布、簾涂或其他如技術(shù)上熟知的印刷和涂布方法。降低表面張力的方法適合多種多樣基材表面。這些表面包括有機(jī)聚合物；金屬；紙張；紙產(chǎn)品；天然及合成紡織品，包括織物和非織造布材料，如毛、絲、尼龍、聚烯烴等；皮革；建筑材料如木材，石頭、混凝土、磚、陶瓷、面磚、玻璃、裝飾灰泥、石膏干墻板、刨花板(particle board)、粗紙板(chip board)、花崗巖、大理石、石板和沙巖；層合物；粘合劑；薄膜；以及天然農(nóng)產(chǎn)品，如植物及其部分，如葉子、草之類。該方法在那些要求基材表面在數(shù)秒鐘內(nèi)，優(yōu)選10s(秒)或更短時(shí)間內(nèi)完成涂布的情況最為有用。優(yōu)點(diǎn)包括避免表面的去-潤(rùn)濕，從而避免諸如涂布不均勻或涂層回縮之類的缺陷。

制備了幾種烴類表面活性劑在去離子水中的溶液。所選烴類表面活性劑是那些制造商宣稱作為達(dá)到低動(dòng)態(tài)表面張力表現(xiàn)良好的那些表面活性劑，每種情況的烴類表面活性劑的濃度保持恒定在0.025％～0.5wt％，按活性成分計(jì)。為了與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行比較，下面列出按毫摩爾濃度(mM)為單位的可比濃度

烴類表面活性劑來源濃度，wt％濃度，mMWITCONATE CK Witco Corp.0.025 1.30P-1059Houston，TXSURFYNOL Air Products and Chemicals 0.025 1.25104 Allentown，PASURFADONE International Specialty 0.025 1.28LP-100Wayne，NJAerosol OTCYTEC Industries 0.025 0.57West Paterson，NJTRITONDow Chemical Co.0.025 0.39X-100 Midland，MITERGITOL Union Carbide Corp.0.025 0.38NP-10 Danbury，CT.