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技術資訊

流平劑作用機理及使用方法總結

摘要:流平劑是一種常用的涂料助劑,它能促使涂料在干燥成膜過程中形成一個平整、光滑、均勻的涂膜。流平劑種類很多, 不同涂料所用的流平劑種類也不盡相同。

流平劑是一種常用的涂料助劑,它能促使涂料在干燥成膜過程中形成一個平整、光滑、均勻的涂膜。流平劑種類很多, 不同涂料所用的流平劑種類也不盡相同。 

流平劑概述

  涂料施工后,有一個流動及干燥成膜過程,然后逐步形成一個平整、光滑、均勻的涂膜。涂膜能否達到平整光滑的特性,稱為流平性??s孔是涂料在流平與成膜過程中產生的特性缺陷之一。在實際施工過程中,由于流平性不好,刷涂時出現刷痕,滾涂時產生滾痕、噴涂時出現桔皮,在干燥過程中相伴出現縮孔、針孔、流掛等現象、都稱之為流平性不良,這些現象的產生降低了涂料的裝飾和保護功能。 

  影響涂料流平性的因素很多,溶劑的揮發梯度和溶解性能、涂料的表面張力、濕膜厚度和表面張力梯度、涂料的流變性、施工工藝和環境等,其中最重要的因素是涂料的表面張力、成膜過程中濕膜產生的表面張力梯度和濕膜表層的表面張力均勻化能力。改善涂料的流平性需要考慮調整配方和加入合適的助劑,使涂料具有合適的表面張力和降低表面張力梯度的能力。 

流平劑機理

  涂料干燥成膜過常見的缺陷有縮孔、桔皮、刷痕、滾痕、流掛等。 

  縮孔是指涂膜上形成的不規則的,有如碗狀的小凹陷,使涂膜失去平整性,常以一滴或一小塊雜質為中心,周圍形成一個環形的棱。從流平性的角度而言,它是一種特殊的“點式”的流不平,產生于涂膜表面,其形狀從表現可分為平面式,火山口式,點式,露底式,氣泡式等。 

常用的防縮孔流平劑

  溶劑類流平劑主要是高沸點溶劑混合物。溶劑型涂料僅借助增加溶劑以降低粘度來改善流平性,將使涂料固體分下降并導致流掛等弊??;或者保持溶劑含量,只加入高沸點溶劑以圖調整揮發速度來改善流平,干燥時間也相應延長。故此兩方案均不理想。只有加入高沸點溶劑混合物,顯示各種遞增特性(揮發指數、蒸餾曲線、溶解能力)較為理想。溶劑類流平劑主要成分是各種高沸點的混合溶劑,具有良好的溶解性,也是顏料良好的潤濕劑。常溫固化涂料由于溶劑揮發太快,涂料粘度提高過快妨礙流動而造成刷痕,溶劑揮發導致基料的溶解性變差而產生的縮孔,或在烘烤型涂料中產生沸痕、起泡等弊病采用這類助劑是很有效的。另外采用高沸點流平劑調整揮發速度,還可克服泛白弊病。 

  相容性受限制的長鏈樹脂常用的有聚丙烯酸類、醋丁纖維素等。它們的表面張力較低,可以降低涂料與基材之間的表面張力而提高提高涂料對基材的潤濕性,排除被涂固體表面所吸附的氣體分子,防止被吸附的氣體分子排除過遲而在固化涂膜表面形成凹穴、縮孔、桔皮等缺陷;此外它們與樹脂不完全相混容,可以迅速遷移到表面形成單分子層,以保證在表面的表面張力均勻化,增加抗縮孔效應,從而改善涂膜表面的光滑平整性。聚丙烯酸酯類流平劑又可分為純聚丙烯酸酯、改性聚丙烯酸酯(或與硅酮拼合)、丙烯酸堿容樹脂等,純聚丙烯酸酯流 

  平劑與普通環氧樹脂、聚酯樹脂或聚氨酯等涂料用樹脂相容性很差,應用時會形成有霧狀的涂膜。為了提高其相容性,通常用有較好混容性的共聚物。 

  相容性受限制的長鏈硅樹脂常用的有聚二甲基硅氧烷,聚甲基苯基硅氧烷, 有機基改性聚硅氧烷等。這類物質可以提高對基材的潤濕性而且控制表面流動,起到改善流平效果的作用,當溶劑揮發后,硅樹脂在涂膜表面形成單分子層,改善涂膜的光澤。改性聚硅氧烷又可分為聚醚改性有機硅,聚酯改性有機硅,反應性有機硅,引入有機基團有助于改善聚硅氧烷和涂料樹脂的相容性,即使濃度提高也不會產生不相容和副作用,改性聚硅氧烷能夠降低涂料與基材的界面張力,提高對基材的潤濕性,改善附著力,防止發花,桔皮,減少縮孔,針眼等涂膜表面病態。 

  氟系表面活性劑,其主要成分為多氟化多烯烴,對很多樹脂和溶劑也有很好的相容性和表面活性,有助于改善潤濕性、分散性和流平性,、還可以在溶劑型漆中調整溶劑揮發速度。

涂料配方中為何要使用流平劑 

  涂料的主要要功能是裝飾和防護,如果出現流動和流平缺陷,不僅影響外觀,同時也有損防護功能。如形成縮孔造成漆膜厚度不夠、形成針孔會導致漆膜的不連續性,這些都會降低漆膜的防護性。 

  涂料在施工和成膜過程中,會發生一些物理、化學變化,這些變化及涂料本身的性質,將顯著影響涂料的流動和流平。 

  涂料施工后,會出現新的界面,一般情況下為涂料與底材之間的液/固界面和涂料與空氣之間的液/氣界面。如果涂料與底材之間的液/固界面的界面張力高于底材的臨界表面張力,涂料就無法在底材上鋪展,自然就會產生魚眼、縮孔等流平缺陷。 

  漆膜干燥過程中溶劑的揮發會導致在漆膜表面與內部之間產生溫度、密度和表面張力差,這些差異進而導致產生漆膜內部的湍流運動,形成所謂Benard旋渦。Benard旋渦會導致產生桔皮;在含不止一種顏料的體系,如果顏料粒子的運動性存在一定差異,Benard旋渦還很可能導致浮色和發花,垂直面施工會導致絲紋。 

  漆膜的干燥過程中有時會產生一些不溶性的膠粒,不溶性膠粒的產生會導致形成表面張力梯度,在漆膜中經常導致縮孔的產生。例如,在交聯固化型體系中,配方含有不止一種樹脂,在漆膜的干燥過程中,隨著溶劑的揮發,溶解性較差的樹脂就可能形成不溶性膠粒。另外,在含有表面活性劑的配方中,如果表面活性劑與體系不相容,或在干燥過程中隨著溶劑的揮發,其濃度發生變化導致溶解性發生變化,形成不相容的液滴,也會形成表面張力差。這些都可能會導致縮孔的產生。 

  涂料在施工和成膜過程中,如果存在外界的污染物,也可能會導致縮孔、魚眼等流平缺陷。這些污染物通常是來自空氣、施工工具和底材的油污、塵埃、漆霧、水汽等。 

  涂料本身的性質,如施工粘度、干燥時間等,也會對漆膜的最終流平產生顯著影響。過高的施工粘度和過短的干燥時間,通常會產生流平不良的表面。 

  因此,必須通過添加流平劑,通過對涂料在施工和成膜過程中發生一些變化及涂料性質進行調整,幫助涂料獲得一個良好的流平。 

  流平劑的種類 

  流平劑大致分為兩大類。 

  一種是通過調整漆膜粘度和流平時間來起作用的,這類流平劑大多是一些高沸點的有機溶劑或其混合物,如異佛爾酮、二丙酮醇、Solvesso150等。 

  另一種是通過調整漆膜表面性質來起作用的,一般人們所說的流平劑大多是指這一類流平劑。這類流平劑通過有限的相容性遷移至漆膜表面,影響漆膜界面張力等表面性質,使漆膜獲得良好的流平。根據化學結構的不同,這類流平劑目前主要有三大類:丙烯酸類、有機硅類和氟碳化合物類。 

  ●丙烯酸流平劑 

  丙烯酸流平劑包括純丙烯酸流平劑和改性丙烯酸流平劑。 

  純丙烯酸流平劑包括傳統的非反應性丙烯酸流平劑和新型含管能團的反應性丙烯酸流平劑。這是一類分子量不等的丙烯酸均聚物或共聚物,這類流平劑僅輕微降低涂料的表面張力,但能夠平衡漆膜表面張力差異,獲得真正平整的、類似鏡面的漆膜表面。如果分子量足夠高,這類流平劑還具有脫氣和消泡的作用。傳統的非反應性丙烯酸流平劑的缺點是高分子量產品,可能會在漆膜中產生霧影,低分子量產品,又有可能降低漆膜表面硬度。含反應性官能團的丙烯酸流平劑能很好的解決這一矛盾,提供良好流平性的同時,不會產生霧影也不降低表面硬度,有時還會提高表面硬度。 

  改性丙烯酸流平劑主要的品種為氟改性丙烯酸流平劑和磷酸酯改性丙烯酸流平劑。與純丙烯酸流平劑不同,改性丙烯酸流平劑可以顯著降低涂料的表面張力,這樣就會在具有流平性的同時具有良好的底材潤濕性。 

  ●有機硅流平劑 

  有機硅流平劑有兩個顯著特性。一是可以做到顯著降低涂料的表面張力,提高涂料的底材潤施能力和漆膜的流動性、消除Benard旋渦從而防止發花。降低表面張力的能力取決于其化學結構。另一個顯著特性是能改善涂層的平滑性、抗掛傷性和抗粘連性。這類流平劑的缺點是存在穩定泡沫、影響層間附著力的傾向,有些還對施工環境如烘爐產生污染。其結構目前主要有三類:聚二甲基硅氧烷、聚甲基烷基硅氧烷、有機改性聚硅氧烷,以有機改性聚硅氧烷最為重要,純聚二甲基硅氧烷由于與涂料體系的相容性差,現已很少使用。 

  ●氟碳化合物類流平劑 

  氟碳化合物類流平劑的特點是高效,但價格昂貴,一般在丙烯酸流平劑和有機硅流平劑難以發揮作用的時候使用,然而也存在穩定泡沫、影響層間附著力的傾向。 

  流平劑的應用 

  對于一個確定的配方體系,應根據配方的性質和希望流平劑所達到的性能,來選擇合適的流平劑品種。 

  1、溶劑性涂料體系 

  在底漆和中層漆配方中,通常采用丙烯酸流平劑。如果需要脫氣性和底材潤濕性,宜選 

  擇中等分子量或高分子量丙烯酸流平劑。在底漆中,如果需要更強的底材潤濕性,可考慮選用能顯著降低表面張力的有機硅流平劑和改性丙烯酸流平劑(如氟改性丙烯酸流平劑和磷酸酯改性丙烯酸流平劑),如果有機硅流平劑和氟改性丙烯酸流平劑出現穩泡、影響層間附著力等副作用,應采用磷酸酯改性丙烯酸流平劑。 

  在面漆和透明漆配方中,對漆膜外觀要求相對較高,一般可選用低分子量丙烯酸流平劑,這樣將獲得良好的流平性,在漆膜中也不易產生霧影。在交聯固化型體系,選用含反應性官能團的丙烯酸流平劑常常獲得更好的流平性,同時提高漆膜的物理化學性能。如果需要漆膜具有更好的流動性或需要滑爽性和抗刮傷性,有機硅流平劑是必需的,這種情況下最好是有機硅流平劑和丙烯酸流平劑配伍使用。 

  應當指出的是,在垂直面施工時,有機硅流平劑提供流平性能的同時,可有效降低涂層的流掛傾向。另外,在金屬閃光漆配方中,應慎用有機硅流平劑,因為可能導致片狀鋁顏料的不均勻排列而出現漆膜顏色不均。 

  2、粉末涂料體系 

  粉末涂料的流平過程分為兩個階段。第一個階段是粉末粒子的熔化,第二個階段粉末粒子熔化后流動成為平整的漆膜。粉末涂料不含溶劑,在成膜過程不會產生表面張力梯度,流平更多的是與底材潤濕有關。 

  粉末涂料常采用丙烯酸流平劑。如果流平劑呈液態,一般要預先制成母料才能使用。也有制成粉體的丙烯酸流平劑,專門用于粉末涂料,這類產品是將液態的丙烯酸流平劑吸附在二氧化硅粉體上,一些低檔流平劑用碳酸鈣吸附。 

  如果粉末涂料需要滑爽性和抗掛傷性,就要采用有機硅流平劑,已有制成粉體的專門用于粉末涂料的有機硅流平劑。使用有機硅流平劑要留意避免形成縮孔。 

  3、水性涂料體系 

  水性涂料體系分為水溶性體系和乳膠體系。 

  在水溶性體系中,需要強烈降低體系的表面張力,最常用的是有機硅流平劑和氟碳化合 

  物類流平劑,所起作用與它們應用于溶劑型涂料體系相同。當然如果需要真正平整的表面,用于水性體系的丙烯酸流平劑是必需的。 

  而對于乳膠體系,成膜機理則完全不同,粘度也不隨溶劑的揮發而改變。配方中采用流平劑會可能提高涂料的底材潤濕性,丙烯酸流平劑可以提高漆膜平整度,但涂料的主要流動性能,更多的是通過添加流變控制劑來進行控制和調整。


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