基本介紹
- 中文名：流平劑
- 外文名：Leveling agent
- 用途：塗料助劑
- 功能：裝飾和防護
簡介,分類,有機矽型,丙烯酸酯型,主要作用,用途,
簡介
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，這類流平劑主要有三大類：丙烯酸類、有機矽類和氟碳化合物類。
分類
有機矽型
矽油
聚二甲基矽氧烷
雖然具備良好的表面狀態控制能力，但有許多缺點，相容性不好，會影響塗膜的光澤，還會經常出現縮孔、層間附著力問題等。聚二甲基矽氧烷分子量不同，其相容性和用途也不同。有機改性聚二甲基矽氧烷與矽油相比有明顯的優越性，既保留了矽氧烷的優點，又用改性物克服了它的缺點，發揮了許多特殊功能效應。改性矽氧烷的性能及用途，關鍵是矽氧烷的分子量、類型、改性化合物的類別及在分子中的位置，改性的途徑是很多的。
聚醚聚酯改性有機矽氧烷
屬於梳狀結構的有機聚矽氧烷。 n+m約為50-250，分子量控制在1000-150000之間。其相容性是依靠聚醚和聚酯來調整的，鏈越長相容性越好。這類中聚醚改性的最多，通常使用環氧乙烷和環氧丙烷。隨乙氧基含量的增加，其與水的相容性也隨之提高，因此也完全可以合成水溶性的矽氧烷類的流平劑。環氧乙烷和環氧丙烷可以單獨使用，也可以混合使用，用其來控制親水、親油性。如果同時含有乙氧基和丙氧基，就製成了水油兩用的矽氧烷類的流平劑，例如：摩能化工的1080、1090系列產品。
分子量越大，其表面狀態控制能力就越強，增滑性、抗粘連性就越好，例如：摩能化工的1070、1071系列產品。
用聚醚、聚酯改性矽氧烷與樹脂的相容性得到了很大的改善，降低表面張力，控制表面流動的能力、增滑性、抗縮孔、抗粘連的效果也都很好，個別產品還有層間附著力問題。尤其是聚醚改性的聚矽氧烷，熱穩定性不好，容易穩泡。在套用時一定要注意這些產品的負面影響。
烷基改性有機矽氧烷
前面提到了聚醚改性的聚矽氧烷有些不足之處；烷基改性的聚矽氧烷恰恰具備了這些方面的優點。
這一系列聚矽氧烷產品也屬於梳狀結構。這類產品的分子量比較小，在10000左右， n+m約為30-50.用烷基改性的目的主要為了提高熱穩定性、相容性和不穩泡性，甚至有消泡功能。但隨改性烷基鏈的增長，其降低表面張力的能力也隨之下降。烷基鏈長度與表面張力的關係見表1-1
表1-1 烷基鏈長度與表面張力的關係
改性的烷基鏈 | ——CH3 | ——CH2——CH3 | ——（CH2）9 CH3 |
表面張力/（mN/m) | 20.6 | 26.2 | 31.4 |
一般碳鏈控制在C1-C14之間，所以分子量不太大。
上面介紹了聚二甲基矽氧烷的三種改性方法，改性方法不同，改性劑的用量和結構不同，其產品的性能也不同，三種不同改性方法生產的流平劑，其耐熱性也截然不同。摩能化工的1060有機矽改性聚矽氧烷具有很好的耐熱性，耐熱溫度200-220℃的溫度範圍內使用。
端基改性有機矽
賦予優異滑爽性的端基改性有機矽 為了賦予塗膜良好的滑爽性，摩能化工推出了一些終端改性的有機矽。
反應型的流平劑
在輻射固化的塗料、油墨體系中，存在基材潤濕不良、不夠滑爽、易刮傷、流平性差的缺陷。針對這些問題，摩能化工公司提供了一系列的反應性的有機改性聚矽氧烷丙烯酸型流平劑，有摩能化工的1073、1074等產品，前者相容性好，滑爽性差。後者相容差，滑爽性好。
丙烯酸酯型
產品介紹
樹脂型的表面流動控制劑，多數是線型樹脂聚合物，主要有丙烯酸樹脂，脲醛樹脂及三聚氰胺甲醛樹脂。在通用體系中這些樹脂的相容性是受限的，它們會積聚至表面形成一層新的樹脂膜成，使塗膜的表面張力趨於平衡，但它們不會降低表面張力，所以不影響塗料的流動，多被稱為流動促進劑。這類流平劑中丙烯酸樹脂為主體。
丙烯酸酯類流平劑不僅可以促進塗膜的流動和流平，還不會影響塗膜的層間附著力，並且還有消泡的作用。
流平原理
丙烯酸酯類流平劑的相容性是其控制塗膜表面狀態能力的一項重要指標。相容性太好，溶在塗膜中，不會在塗膜表面形成新的界面，提供不了流平作用；相容性太差，不可能均勻的分布在塗膜表面，會相互聚集在一起，容易產生縮孔狀的缺陷。會使塗膜光澤下降，產生霧影等不良的副作用。只有理想的受控相容性，才會在塗膜表面形成新的界面層，起到流平的作用。
產品分類
丙烯酸酯類流平劑的受控性是通過改變分子量和極性來實現的。均聚物的相容性就不如共聚物的好，如均聚的丙烯酸通常與環氧、聚酯、聚氨酯等塗料所用的樹脂相容性較差，若將其以物理方法混合則將形成表面狀態不良的無光塗膜，所以丙烯酸均聚物不太適合作流平劑。理想的流平劑多採用共聚物，可以是三元共聚物，也可以是改性共聚物，只有共聚物才能通過不同的單體改變聚合物的極性合玻璃花溫度。
通常丙烯酸酯類流平劑的數均分子量被控制在6000-20000之間，分子量分布比較窄，玻璃花溫度控制在-20℃以下，表面張力25-26mN/m以下。這種相容性受限的丙烯酸共聚物被認為是良好的流平劑。
丙烯酸酯類流平劑可以是均聚物，也可以是共聚物；可以是線型結構的，也可以是帶支鏈的；也可以是無規共聚的，也可以是嵌段共聚的。
1）氟改性的丙烯酸酯類流平劑 這類流平劑套用得比較廣泛，用氟改性丙烯酸使氟和丙烯酸的優缺點互補，使這類流平劑更趨於完美。丙烯酸和氟類流平劑的優缺點見表1-1
表1-1 丙烯酸和氟類流平劑的優缺點
流平劑 | 優點 | 缺點 |
丙烯酸類流平劑 | 強的流平性，更具有消泡能力，不影響層間附著力 | 基材潤濕性差，不能消除縮孔 |
氟類流平劑 | 基材潤濕性良好，防縮孔能力強 | 穩泡，層間附著力差，無法重塗，價格貴 |
通過改性的流平劑，具有較好的表面控制能力，不穩泡，可以重塗，具有良好的抗縮孔和基材潤濕能力。代表性的產品有 摩能化工的1154。
2）丙烯酸酯類流平劑的套用 純丙烯酸酯類流平劑因其對表面張力影響不大所以多將其用於流動和流平助劑，特別是印鐵塗料，卷材塗料，對消除輥痕是有益的。還有刷塗的木器漆對消除刷痕也是有幫助的。
套用時要特別注意與塗料的相容性，一般情況是分子量大的相容性差，但流動與流平性好；分子量小的相容性好，但流動與流平性要差些。
丙烯酸酯類流平劑不僅可以用於油性塗料，水性塗料，也是粉末塗料中常用的流平劑，這類產品有摩能化工的1153。
主要作用
塗料的主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。塗料在施工和成膜過程中，會發生一些物理、化學變化，這些變化及塗料本身的性質，將顯著影響塗料的流動和流平。
塗料施工後，會出現新的界面，一般情況下為塗料與底材之間的液/固界面和塗料與空氣之間的液/氣界面。如果塗料與底材之間的液/固界面的界面張力高於底材的臨界表面張力，塗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。
漆膜乾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。
漆膜的乾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，在漆膜的乾燥過程中，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，或在乾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。
塗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。
塗料本身的性質，如施工粘度、乾燥時間等，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乾燥時間，通常會產生流平不良的表面。
因此，必須通過添加流平劑，通過對塗料在施工和成膜過程中發生一些變化及塗料性質進行調整，幫助塗料獲得一個良好的流平。
用途
對於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、溶劑性塗料體系
在底漆和中層漆配方中，通常採用丙烯酸流平劑。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矽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），如果有機矽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，應採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，有機矽流平劑是必需的，這種情況下最好是有機矽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，有機矽流平劑提供流平性能的同時，可有效降低塗層的流掛傾向。另外，在金屬閃光漆配方中，應慎用有機矽流平劑，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、粉末塗料體系
粉末塗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後流動成為平整的漆膜。粉末塗料不含溶劑，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。
粉末塗料常採用丙烯酸流平劑。如果流平劑呈液態，一般要預先製成母料才能使用。也有製成粉體的丙烯酸流平劑，專門用於粉末塗料，這類產品是將液態的丙烯酸流平劑吸附在二氧化矽粉體上，一些低檔流平劑用碳酸鈣吸附。
如果粉末塗料需要滑爽性和抗掛傷性，就要採用有機矽流平劑，已有製成粉體的專門用於粉末塗料的有機矽流平劑。使用有機矽流平劑要留意避免形成縮孔。
3、水性塗料體系
水性塗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，最常用的是有機矽流平劑和氟碳化合
物類流平劑，所起作用與它們套用於溶劑型塗料體系相同。當然如果需要真正平整的表面，用於水性體系的丙烯酸流平劑是必需的。
而對於乳膠體系，成膜機理則完全不同，粘度也不隨溶劑的揮發而改變。配方中採用流平劑會可能提高塗料的底材潤濕性，丙烯酸流平劑可以提高漆膜平整度，但塗料的主要流動性能，更多的是通過添加流變控制劑來進行控制和調整。
