涂料助剂：流平剂

文章出处：网责任编辑：作者：人气：-发表时间：2023-07-24 14:48:00

第三节流平剂

一、概述

涂料施工后，有一个流动及干燥成膜过程，然后逐步形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。涂膜能否达到平整光滑的特性，称为流平性。缩孔是涂料在流平与成膜过程中产生的特性缺陷之一。在实际施工过程中，由于流平性不好，刷涂时出现刷痕，滚涂时产生滚痕、喷涂时出现桔皮，在干燥过程中相伴出现缩孔、针孔、流挂等现象、都称之为流平性不良，这些现象的产生降低了涂料的装饰和保护功能。

影响涂料流平性的因素很多，溶剂的挥发梯度和溶解性能、涂料的表面张力、湿膜厚度和表面张力梯度、涂料的流变性、施工工艺和环境等，其中最重要的因素是涂料的表面张力、成膜过程中湿膜产生的表面张力梯度和湿膜表层的表面张力均匀化能力。改善涂料的流平性需要考虑调整配方和加入合适的助剂，使涂料具有合适的表面张力和降低表面张力梯度的能力。

二、流平机理

涂料干燥成膜过常见的缺陷有缩孔、桔皮、刷痕、滚痕、流挂等。

缩孔是指涂膜上形成的不规则的，有如碗状的小凹陷，使涂膜失去平整性，常以一滴或一小块杂质为中心，周围形成一个环形的棱。从流平性的角度而言，它是一种特殊的“点式”的流不平，产生于涂膜表面，其形状从表现可分为平面式，火山口式，点式，露底式，气泡式等。

导致缩孔的原因是多方面的，既有涂料配方的内在因素，如涂料组分中不溶性胶粒的产生，又有施工环境等外界因素，如施工过程中空气的污染。

涂料贮存过程中，少量树脂从溶剂中沉淀形成颗粒，固化过程中，随着溶剂的挥发部分溶解性差的树脂变成不溶于溶剂的颗粒等均会导致缩孔，主要是点式。涂料组分中表面活性物质与涂料不相容，或者干燥过程中浓度升高超过其溶解度，生成少量不相容的液滴，易导致缩孔，表现为露底。

施工过程中空气的污染，如空气表面有活性粒子、漆雾、尘埃、水汽等。或施工过程带来的油污、尘埃、水汽等，均可导致缩孔。油污、水分主要造成火山口式缩孔。底材处理不净，有油污、水分、尘埃等污染物，由于不能被涂料所润湿，导致露底时缩孔。湿涂膜中气泡破裂，随后未经涂膜流平就固化成膜，易导致气泡式缩孔。

缩孔形成的关键是涂膜表面产生表面张力梯度，一方面由于涂料干燥过程溶剂的蒸发产生表面张力梯度；另一方面是涂膜中颗粒，液滴等低表面的张力物质的存在导致表面张力梯度。如果涂膜周围及内部有粒子或液滴等污染物存在，当它们流动到涂膜表层时，污染物的表面张力低，就会造成表面张力梯度，涂料中各组成物质分散不均匀也会造成表面张力梯度。由于表面张力梯度的形成，粒子或液滴的表面张力比湿涂膜低，所以涂料在表面上径向地向外流动。由于湿涂膜粘度高，被污染物首先要克服粘度的阻滞作用，拖动表层以下的涂料。若湿膜较厚，里层的涂料会移动到表面补充而消除缩孔，若湿膜较薄，里层的涂料量不足以补充，就形成了缩孔。缩孔的形成还取决于涂料本身的流动性，当涂膜上形成表面张力梯度时，流体由一点到另一点流动，若流动量大，就会形成露底缩孔。要减少缩孔，就应使涂料流动性减小，要求涂膜薄、粘度高以及透当的横面截而后表面张力的梯度，尽量使表面张力均匀。

涂料在干燥过程中，随着溶剂的蒸发，在涂膜表面形成较高的表面张力，并且粘度增大，同时，溶剂的蒸发吸收热量导致温度下降，造成内外表面之间的温差及表面张力、粘度不同。当表面张力不同时，将产生一种推动力，使涂料从底层上层运动。当上层溶剂含量降低时，较多溶剂的底层就往表面散开。随着溶剂蒸发，粘度增大，流动速度缓慢。流动的涂料在重力作用下向下沉。同时，又由于里、表层之间表面张力的不同，再一次使流动的涂料向上。当表面再一次散开时，物质将再一次受到重力的影响并下沉。这种下沉、向上、散开的流动运动将反复进行，直到其粘度增长到足以阻止其流动时为止，此时里、表层的表面张力差也趋于消失。这种流动运动的反复进行，造成局部涡流。按照Helmholtz流动分配理论，这种流动，形成边与边相接触的不规则六角形的网络，称之贝纳尔旋流窝(Benard Cells), 旋涡状小格中心稍稍隆起. 如果涂料的流动性差，干燥后就留下不均匀的网纹或条纹,称为桔皮现象。

涂膜流平过程中常出现的弊病还有刷痕与滚痕，这是由于施工过程中涂料的粘度发生了变化，表面涂料不能及时流平所致。

涂料施工后，不可避免地产生条痕，如果流平得很快，条痕就能够消失，如在涂膜干燥前不能充分流平，则条痕不能完全消失，就得不到光滑的表面。流平过程的推动力是涂料的表面张力，它使涂层表面有收缩成最低表面积的形状，从而使涂层从凹槽、刷痕或皱纹变成平滑表面。关于涂料流平性的讨论，主要是基于条痕模型理论。下图为条痕模型示意图。

涂层平均厚度为h，刷痕幅度为a，控制刷痕的线性尺寸为波长y，刷痕剖面的周边曲线按正弦波剖面处理。按Rhodes和Orchaed关系式表示如下：

式中：a0—初始振幅，cm； at—经过时间t后的振幅，cm；

t — 时间，s； h—涂层平均厚度，cm；

λ— 波长，cm； γ—涂料的表面张力，dyn（×10-5N/m）

η—涂料的粘度，P（×0.1Pa·s）

假定γ、η在流运过程中不变（随时间变化不大），且时间间隔很小，可按每一份时间间隔数缩减，进行数学处理，上式转变如下：

该式的物理意义是，流平时间与流平次数成正比。式中，就是振幅每发生一次减小的变化值，如果a0 、at 差值越大，流得越平，值也越大，相当于流平次数越多。

涂料表面张力一般在（2.5~5.5）×10-2N/m，改变表面张力对流平无明显效果，而且会带来不利影响。涂层厚度和波长对流平效果有显著影响，而涂层厚度和波长受涂装工艺所控制。另外，在施工后的干燥过程中，随着溶剂的挥发，涂料粘度升高，涂层由液态逐渐转变为固态，可在涂料配方中添加少量高沸点溶剂，延长涂料表面开放时间，从而提高涂膜的流平性。

涂料在垂直面上施工时，由于重力作用导致流挂，涂料粘度低，涂层厚，表面张力高则流平性能佳但容易导致流挂。如涂料具有触变性。就可以适当缓和二者的矛盾，在涂刷时受剪切力作用涂料粘度降低，呈现较好的流动性及流平性，便于施工，涂刷停止后，剪切力逐渐降低，涂料粘度随之增高，可防止流挂及颜料沉降。因此，常在涂料中添加触变助剂，使涂料具有适当的触变性。

根据上述分析，为改善涂料的流平性，应考虑：降低涂料与基材之间的表面张力，使涂料与基材具有良好的润湿性，并且不致与引起缩孔的物质之间形成表面张力梯度；调整溶剂蒸发速度，降低粘度，改善涂料的流动性，延长流平时间；在涂膜表面形成极薄的单分子层，以提供均匀的表面张力，使表面张力趋于平衡，避免因表面张力梯度造成表面缺陷。

借助流平剂的加入，就能全部或部分满足以上3个条件，从而得到更佳的流平效果，使涂膜表面平整光滑。

三、常用流平剂

常用类型的防缩孔、流平剂有溶剂类、相容性受限制的长链树脂、相容性受限制的长链硅树脂等。

溶剂类流平剂主要是高沸点溶剂混合物。溶剂型涂料仅借助增加溶剂以降低粘度来改善流平性，将使涂料固体分下降并导致流挂等弊病；或者保持溶剂含量，只加入高沸点溶剂以图调整挥发速度来改善流平，干燥时间也相应延长。故此两方案均不理想。只有加入高沸点溶剂混合物，显示各种递增特性（挥发指数、蒸馏曲线、溶解能力）较为理想。溶剂类流平剂主要成分是各种高沸点的混合溶剂，具有良好的溶解性，也是颜料良好的润湿剂。常温固化涂料由于溶剂挥发太快，涂料粘度提高过快妨碍流动而造成刷痕，溶剂挥发导致基料的溶解性变差而产生的缩孔，或在烘烤型涂料中产生沸痕、起泡等弊病采用这类助剂是很有效的。另外采用高沸点流平剂调整挥发速度，还可克服泛白弊病。

相容性受限制的长链树脂常用的有聚丙烯酸类、醋丁纤维素等。它们的表面张力较低，可以降低涂料与基材之间的表面张力而提高提高涂料对基材的润湿性，排除被涂固体表面所吸附的气体分子，防止被吸附的气体分子排除过迟而在固化涂膜表面形成凹穴、缩孔、桔皮等缺陷；此外它们与树脂不完全相混容，可以迅速迁移到表面形成单分子层，以保证在表面的表面张力均匀化，增加抗缩孔效应，从而改善涂膜表面的光滑平整性。聚丙烯酸酯类流平剂又可分为纯聚丙烯酸酯、改性聚丙烯酸酯（或与硅酮拼合）、丙烯酸碱容树脂等，纯聚丙烯酸酯流平剂与普通环氧树脂、聚酯树脂或聚氨酯等涂料用树脂相容性很差，应用时会形成有雾状的涂膜。为了提高其相容性，通常用有较好混容性的共聚物。

相容性受限制的长链硅树脂常用的有聚二甲基硅氧烷，聚甲基苯基硅氧烷，有机基改性聚硅氧烷等。这类物质可以提高对基材的润湿性而且控制表面流动，起到改善流平效果的作用，当溶剂挥发后，硅树脂在涂膜表面形成单分子层，改善涂膜的光泽。改性聚硅氧烷又可分为聚醚改性有机硅，聚酯改性有机硅，反应性有机硅，引入有机基团有助于改善聚硅氧烷和涂料树脂的相容性，即使浓度提高也不会产生不相容和副作用，改性聚硅氧烷能够降低涂料与基材的界面张力，提高对基材的润湿性，改善附着力，防止发花，桔皮，减少缩孔，针眼等涂膜表面病态。

氟系表面活性剂，其主要成分为多氟化多烯烃，对很多树脂和溶剂也有很好的相容性和表面活性，有助于改善润湿性、分散性和流平性，、还可以在溶剂型漆中调整溶剂挥发速度。

常用流平剂见下表：

商品名称	组成	应用	生产商
BYK-300	聚醚改性有机硅	中等程度降低表面张力，溶剂型涂料中防止缩孔，改善流平，增光，增滑，抗划伤，抗粘连	德国BYK公司
BYK-306	聚醚改性有机硅	强烈降低表面张力，溶剂型涂料中增进底材润湿，防止缩孔，改善流平，增光，增滑；增进消光粉定向效果，改善抗流挂性	德国BYK公司
BYK-330	聚醚改性有机硅	强烈降低表面张力，溶剂型涂料中防止缩孔，浮色，发花，改善流动和流平，增光，增滑，抗划伤；增进消光粉定向效果，改善抗流挂性	德国BYK公司
Tego Glide406	聚醚改性有机硅	溶剂型涂料中防止缩孔，改善流动流平，增滑；重涂性好	德国de-gussa公司
Tego Glide410	聚醚改性有机硅	溶剂，无溶剂型和水性涂料中强烈地增进表面滑爽，抗划伤，抗粘连，防缩孔，增进消光粉定向效果	德国de-gussa公司
EFKA-3033	聚醚改性有机硅	强烈降低表面张力，溶剂型涂料中增进底材润湿，防止缩孔，浮色，改善流平，增光，增滑，抗划伤，抗粘喧哗	德国de-gussa公司
EFKA-3232	聚醚改性有机硅	强烈降低表面张力，溶剂型和无溶剂型涂料中增进底材润湿，防止缩孔，浮色，改善流平，增光，增滑，抗划伤，抗粘连	荷兰EF-KA公司
DC-431	聚醚改性有机硅	溶剂型涂料中改善流平，增光，增滑，抗划伤，抗粘，连，增进铝粉定向效果	德谦（上海）化学有限公司
DC-433	聚醚改性有机硅	强烈降低表面张力，溶剂型涂料中增进底材润湿，防止缩孔，减少发花，改善流平和流平，增光，增滑，抗划伤，抗粘连	德谦（上海）化学有限公司
DC-836	聚醚改性有机硅	溶剂型涂料中改善流平，增光，增滑，抗划伤，抗粘连，得含沙射影性好，改善铝粉，消光粉的定向效果	德谦（上海）化学有限公司

商品名称	组成	应用	生产商
BYK-310	聚醚改性有机硅	强烈降低表面张力，在溶剂型自干漆和烘烤漆中增进底材润湿，防止缩孔，改善流平，增光，增滑，耐热达230C，烘烤漆重涂时不影响层间附着力，不产生表面缺陷	德国BYK公司
BYK-323	聚酯改性含羟基有机硅	在溶剂型及无溶剂型自干漆和烘烤漆中改善流动和流平，增进表面滑爽，淋涂时可稳定帘幕，具有消泡作用	德国BYK公司
EFKA-86	异氰酸酯改性有机硅	与含羟基本羧基官能团的溶剂型涂料进行交联反应，提供持久的滑爽性和抗划伤性，改善流平，防止缩孔，浮色。	荷兰EF-KA公司
EFKA-LA8835	异氰酸酯改性有机硅	与含羟基可羧基官能团的溶剂涂料进行交联反应，改善流平，提供持久的滑爽性和抗粘连性	荷兰EF-KA公司
EFKA-3600	氟改性丙烯酸酯共聚物	显著地降低各类溶剂型和无溶剂型自干漆及烘烤漆的表面张力，增进底材材有效地防止缩孔，改善流动和流平，不影响重涂性和层间附着力	荷兰EF-KA公司
BYK-352	聚丙烯酸酯	溶剂型自干漆及烘烤漆中防止缩孔，改善流平，提高光泽，不影响重涂性和层间附着力，耐热性好	德国BYK公司
BYK-357	丙烯酸酯共聚物	溶剂型自干漆及烘烤漆中防止缩孔，改善流平和光泽，不影响重涂性和层间附着力；耐热性好，有消泡作用	德国BYK公司
BYK-390	聚甲基丙烯酸酯	溶剂型自干漆及烘烤漆中防止缩孔，改善流平和光泽，不影响重涂性和层间附着力；耐热性好，烘烤漆中的供优良的防爆泡性及消泡作用	德国BYK公司

流平剂是改进涂装效果的一类重要助剂，品种较多、应用广泛，尤其用于高性能涂料。使用时需要注意其应用范围、用量以及和其它助剂的配伍性，使用前，应对不同的品种、用量进行筛选试验，以求得最佳品种及最宜用量。另外，对添加方式，也应该通过试验选择最佳工艺。

流平剂加入后，对于涂料流平性能的提高一般采用目测判断，也可以采用间接法取得定量的数据如测试涂膜光泽度。

四、发展趋势

随着高性能涂料的开发应用，流平剂在国内已得到应有的重视，一方面借鉴国外品种开发应用的经验，开发了部分新产品，另一方面从结构-性能关系角度，进行必要的理论研究，同时结合涂料组成和实际应用开发新产品，进入分子结构与功能效应的设计阶段，开发新结构、多功能的流平剂已成为趋势。

反应活性流平剂发既能起到流平作用，又能与固化剂、树脂起交联作用形成三维网状结构的大分子，它不仅起流平作用，而且可提高涂膜的光泽及物理机械性能，如环氧粉末涂料用的丙烯酸酯聚合物引进少量环氧基的丙烯酸共聚物，既能对环氧粉末起到流平作用，又能与固化剂、环氧树脂起交联作用形成三维网状结构的大分子，它不仅起流平作用，而且可提高涂膜的光泽及物理机械性能。

超支化聚合物具有端基数目多、粘度低的特点，在流平剂中有潜在的应用前景。可控聚合有利于控制分子链的结构和分子量，近年来已经应用于流平剂制备，以此制备的流平剂展现出良好的性能。

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