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流平剂作用原理、种类、应用性能及与表面张力的关系

来源:黄杰勇-先创化学、高分子学习研究院 浏览 112 次 发布时间:2024-05-31

01、前言


流平效果在涂料各项性能中是一项非常重要的指标能,直接关系到漆膜的外观以及涂装效果。


一个好的流平剂能为漆膜带来较好的平整度,提高漆膜表面效果。


02、流平剂的作用原理


流平剂主要是通过影响涂层的液态膜的表面张力来达到流平效果。不同的化学成分的流平剂的作用机理不尽相同、或者各有侧重,但基本都是通过影响膜表面张力来达到作用效果。


流平效果的产生离不开润湿,润湿就牵涉到一个最基本的概念:表面张力。表面张力一般可以通过接触角或者达因值来描述。


2.1表面张力

润湿的简单示意图


Q:接触角


只有液态涂层的表面张力低于基材的表面张力方可能获得接触角为0的可能性:


只有液相的表面张力低于基材的表面张力才能获得连续延展的漆膜。液相的表面张力越高,越容易出现表面缺陷。没有足够的润湿效果就无从谈起流平效果。


2.2流平剂的作用


流平剂在施工完成后,都会向漆膜表面迁移,然后对漆膜表面产生影响。

03、常见的流平剂种类


常见的流平剂种类有以下几种:


1)氟类化合物或者混合物


2)有机硅类以及其改性物


3)丙烯酸酯类


4)聚酯类


5)其他化学成分(磷酸酯类,炔二醇类等)


3.1各类流平剂的基本作用原理以及特性


氟类以及有机硅类流平剂都是通过自身的低表面张力与底材或者环境相对表面张力差来形成流动,从而获得平整效果。因此,用更贴切的说法来说,硅氟类应该是“流动剂”。


丙烯酸酯类或者聚酯类流平剂则是通过均衡湿膜表面的表面张力来获得均匀一致的表面张力分布,从而达到真正流平效果。


氟改性的流平剂一般是小分子聚丙烯酸和全氟磺酸的复配物。磺酸基团和树脂亲和相容,全氟段向外舒展。从而强烈干扰液膜表面的表面张力来获得优异的流动性。


有机硅类流平剂一般都是聚醚改性的聚硅氧烷。主要是通过改性端与体系的相容而硅链向外舒展来干扰漆膜表面的表面张力来获得良好的流动性。

硅类流平剂在漆膜内的分布示意图

氟硅类流平剂的干燥过程剖面示意图


在液相涂层,在漆膜干燥过程中存在着微观湍流。先干区域往往更多表现为树脂本身的表面张力,液相部分还是保持有机硅或者氟添加剂的表面张力。低表面张力的液态部分会有强烈的向高表面张力的区域迁移的倾向,这样的效果累积起来就会容易出现橘皮或者波浪纹!


硅氟类流平剂最终流平效果示意图

丙烯酸酯流平剂以及聚酯流平剂的效果示意图


3.2氟硅类流平剂的应用特性


氟硅类流平剂的一些典型应用特性:

3.3非硅非氟流平剂的应用特性


常见的丙烯酸酯类和聚酯类流平剂的一些典型应用特性:

3.4其他成分的非硅非氟流平剂


除了丙烯酸酯或者聚酯类非硅非氟流平剂之外,我们还可以发现一些比如炔二醇类,磷酸酯类或者聚氨酯类的“流平剂”。


然而:


--炔二醇类产品是利用其铺展性来获得较好的“流平性”,但漆膜表面的平整度未必会很理想;


--磷酸酯类产品主要是通过其良好的润湿性来获得较快的铺展速度,对于较薄的涂层润湿铺展性好了流平一般也可以达到要求;


--水性体系的聚氨酯类增稠剂有一定的帮助流平的功能,但是往往对体系的溶剂,电解质以及pH都比较敏感,因此容易出现流平效果波动。


丙烯酸酯流平剂的特点

此类产品是一种经过润湿能力提升的丙烯酸酯流平剂。通过组合非硅非氟类强润湿效果的组分来显著改善流平剂的润湿能力。在普遍要求兼顾润湿和流平的体系里都能广泛应用。


与绝大多数溶剂型体系都能有优异的相容性,其高分子聚丙烯酸酯结构有助于明显提高漆膜表面硬度以及消泡破泡效果。


丙烯酸酯流平剂应用场合:


--卷材涂料:有效替代含氟流平剂,避免氟材料污染生产设备,施工设备以及烘道;


--木器PE底:优异的润湿消泡效果,优异的相容性,避免发浑、避免氟类材料的稳泡,避免污染;


--金属以及玻璃自干以及烤漆:优异的润湿消泡效果,保持漆膜的硬度;


--PCB印刷油墨:优异的润湿流平效果,优异的消泡抑泡效果;避免有机硅类产品带来的稳泡以及缩孔问题,避免污染生产,施工环境与生产线。


--感光涂层:优异的润湿性,可以获得均匀无气泡无缩孔的均匀感光涂层。


羟基的聚丙烯酸酯小分子流平剂应用


MODAREZ MF AOH是一种带羟基的聚丙烯酸酯小分子流平剂,能与常见的热固型树脂体系匹配用于提高漆膜的硬度。


MODAREZ MF AOH的实际应用案例:


--钢琴漆,首饰盒用高光泽高丰满度木器打磨涂层:不饱和聚酯体系,添加1-2%MF AOH。硬度从2H提高到4H。


--汽车修补漆:羟丙体系:添加0.3-0.5%MFAOH。硬度从HB提高到H。


--无溶剂UV体系:添加量:0.6%,易添加无需预稀释;漆膜通透无雾影;储存无沉淀;无漆膜缺陷;兼有消泡效果。


--罩光清漆:脂肪酸醇酸PU体系:添加量0.5%,漆膜透明度鲜影性优异;60°光泽98以上,重涂性能优异。


水性体系专用丙烯酸酯流平剂应用特性


由于水性树脂除水溶性树脂外,无论水性乳液或者分散体在成膜之前分子链几乎都是处于卷曲状态,因此其成膜机理与溶剂型树脂完全不同。


作为一个水性体系用的丙烯酸酯流平剂,必须充分考虑成膜过程的分子链舒展的过程。基于这个关键的成膜过程的模型,我们专门设计了专门的水性体系丙烯酸酯流平剂。


MODAREZ PW 336:中等分子量,能有效延长漆膜的开放时间,均衡表面张力以提高平整度与光泽,有效脱气帮助消泡。


MODAREZ PW 363:中等分子量,更长漆膜的开放时间,均衡表面张力以提高平整度与光泽,有效脱气帮助消泡。


MODAREZ PW 677:有机硅改性。在PW 336基础上显著提升润湿能力。


MODAREZ AX 50 W:专门设计用于水溶性树脂体系。优异的润湿,流平效果,显著减少橘皮。同时具有优异的消泡效果。


如何判定流平剂的好坏


一般来说,我们可以采用以下目测的方法来粗略判断涂料流平剂的好坏。


涂料按照指定的涂刷方法施工干燥后,如果看到涂料表面没有缩孔、针孔。橘皮、丝纹、刷痕、雾影等缺陷,就可以判定这个涂料流平剂的的流平性是较好的。


但是以上这种方法是无定量指标的,很容易引起分歧。所以在国内和国际的涂料工业界中,人们制定了专门的标准来评定涂料流平剂的流平性。


如:①GB/T l750-1979涂料流平性测定法:该方法是测定按一定方法刷涂/喷涂涂料于一定底材上,达到流平所需的时间。


②GB-Sl07水平流动性测定法:该方法是测定环氧粉末涂层试片在一定温度下熔化后的直径大小。


③ASTM D2801流平性测定法:该方法使用纽约涂料协会(NYPC)的流平性刮刀,以成对的两条漆条流到一起的能力来确定流平性等级。


结论


流平剂作为涂料添加剂中一个重要的助剂,需根据实际要求而选择。


另外,由于2025年欧盟地区将对PFA,PFAS等氟类化合物实施全面禁用,建议对流动性、防浮色或者手感有要求的体系选用有机硅类流平剂与丙烯酸酯类或者聚酯类流平剂搭配使用。如果可以,建议单独选用丙烯酸酯、聚酯或者其他非硅非氟类流平剂即可。