各類(lèi)流平劑作用原理及流平性的判斷方法

一.流平的概述
?● 涂料施工后，有一個(gè)流動(dòng)及干燥成膜過(guò)程，然后逐步形成一個(gè)平整、光滑、均勻的涂膜。涂膜能否達(dá)到平整光滑的特性，稱(chēng)為流平性。在涂料實(shí)際施工過(guò)程中，常出現(xiàn)的涂膜缺陷有橘皮,魚(yú)眼,縮孔,針孔,縮邊,貝納得漩渦,氣流敏感及由于流平性不好，刷涂時(shí)出現(xiàn)刷痕，輥涂時(shí)產(chǎn)生輥痕都稱(chēng)之為流平性不良，這些現(xiàn)象的產(chǎn)生降低了涂料的裝飾和保護(hù)功能。影響涂料流平性的因素很多，溶劑的揮發(fā)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(huán)境等，其中最重要的因素是涂料的表面張力、成膜過(guò)程中濕膜產(chǎn)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(diào)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。
?二.流平劑的作用
?● 涂料的主要功能是裝飾和防護(hù)，如果出現(xiàn)流動(dòng)和流平缺陷，不僅影響外觀，同時(shí)也有損防護(hù)功能。如形成縮孔造成漆膜厚度不夠、形成針孔會(huì)導(dǎo)致漆膜的不連續(xù)性，這些都會(huì)降低漆膜的防護(hù)性。涂料在施工和成膜過(guò)程中，會(huì)發(fā)生一些物理、化學(xué)變化，這些變化及涂料本身的性質(zhì)，將顯著影響涂料的流動(dòng)和流平。
?涂料施工后，會(huì)出現(xiàn)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(wú)法在底材上鋪展，就會(huì)產(chǎn)生魚(yú)眼、縮孔等流平缺陷。
?漆膜干燥過(guò)程中溶劑的揮發(fā)會(huì)導(dǎo)致在漆膜表面與內(nèi)部之間產(chǎn)生溫度、密度和表面張力差，這些差異進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)生漆膜內(nèi)部的湍流運(yùn)動(dòng)，形成所謂Benard旋渦。Benard旋渦會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生桔皮；在含不止一種顏料的體系，如果顏料粒子的運(yùn)動(dòng)性存在一定差異，Benard旋渦還可能導(dǎo)致浮色和發(fā)花，垂直面施工會(huì)導(dǎo)致絲紋。
?漆膜的干燥過(guò)程中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些不溶性的膠粒，不溶性膠粒的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致形成表面張力梯度，在漆膜中經(jīng)常導(dǎo)致縮孔的產(chǎn)生。例如，在交聯(lián)固化型體系中，配方含有不止一種樹(shù)脂，在漆膜的干燥過(guò)程中，隨著溶劑的揮發(fā)，溶解性較差的樹(shù)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(guò)程中隨著溶劑的揮發(fā)，其濃度發(fā)生變化導(dǎo)致溶解性發(fā)生變化，形成不相容的液滴，也會(huì)形成表面張力差。這些都可能會(huì)導(dǎo)致縮孔的產(chǎn)生。
?涂料在施工和成膜過(guò)程中，如果存在外界的污染物，也可能會(huì)導(dǎo)致縮孔、魚(yú)眼等流平缺陷。這些污染物通常是來(lái)自施工工具和底材的油污、塵埃、漆霧、水汽等。
?涂料本身的性質(zhì)，如施工粘度、干燥時(shí)間等，也會(huì)對(duì)漆膜的最終流平產(chǎn)生顯著影響。過(guò)高的施工粘度和過(guò)短的干燥時(shí)間，通常會(huì)產(chǎn)生流平不良的表面。
?因此，必須通過(guò)添加流平劑，通過(guò)對(duì)涂料在施工和成膜過(guò)程中發(fā)生一些變化及涂料性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，幫助涂料獲得一個(gè)良好的流平。
?三.流平的主要影響因素

1.表面張力梯度——液——?dú)饨缑?br>?●?里層和表層的表面張力梯度導(dǎo)致紊流
?●?消除表面張力梯度是獲得平整表面的要素
?2.表面張力——液——固界面
?比底材低的表面張力,使涂料擁有更好的底材潤(rùn)濕力
?●?降低涂料的表面張力，降低處于分子之間的吸引力，從而促使更好的流動(dòng)。?
?四.流平速度的影響因素
?●?粘度越大，流平越慢
?●?涂膜越厚，流平越快
?●?表面張力越大，流平越快?
?五.不同流平劑的作用機(jī)理及特性
?1)?消除表面張力梯度
?2）降低體系表面張力
?●?有機(jī)硅類(lèi):
?--明顯降低表面張力
?--良好的遷移性能消除表面張力梯度
?●?丙烯酸酯類(lèi):
?--不明顯降低表面張力
?--不向表面遷移
?--在涂層內(nèi)部定向，調(diào)整局部表面張力同一性?
?有機(jī)硅流平劑有兩個(gè)顯著特性。
?●有機(jī)硅流平劑
?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(rùn)濕能力和漆膜的流動(dòng)

性、消除Benard旋渦從而防止發(fā)花。降低表面張力的能力取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu),另一個(gè)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(lèi)流平劑的缺點(diǎn)是存在穩(wěn)定泡沫、影響層間附著力的傾向，有些還對(duì)施工環(huán)境如烘爐產(chǎn)生污染。
?其結(jié)構(gòu)目前主要有三類(lèi)：聚二甲基硅氧烷、聚甲基烷基硅氧烷、有機(jī)改性聚硅氧烷，以有機(jī)改性聚硅氧烷最為重要，短鏈有機(jī)硅不影響重涂。
?●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(tǒng)的非反應(yīng)性丙烯酸流平劑和新型含官能團(tuán)的反應(yīng)性丙烯酸流劑。這是一類(lèi)分子量不等的丙烯酸均聚物或共聚物，這類(lèi)流平劑僅輕微降低涂料的表面張力，能夠平衡漆膜表面張力差異，獲得真正平整的、類(lèi)似鏡面的漆膜表面。如果分子量足夠高，這類(lèi)流平劑還具有脫氣和消泡的作用。傳統(tǒng)的非反應(yīng)性丙烯酸流平劑的缺點(diǎn)是高分子量產(chǎn)品，可能會(huì)在漆膜中產(chǎn)生霧影，低分子量產(chǎn)品，又有可能降低漆膜表面硬度。含反應(yīng)性官能團(tuán)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(shí)，不會(huì)產(chǎn)生霧影也不降低表面硬度，有時(shí)還會(huì)提高表面硬度。
?●氟碳化合物類(lèi)流平劑
?氟碳化合物類(lèi)流平劑的特點(diǎn)是高效，但價(jià)格昂貴，一般在丙烯酸流平劑和有機(jī)硅流平劑難以發(fā)揮作用的時(shí)候使用，然而也存在穩(wěn)定泡沫、影響層間附著力的傾向。
?六.流平劑的應(yīng)用及選擇
?對(duì)于一個(gè)確定的配方體系，應(yīng)根據(jù)配方的性質(zhì)和希望流平劑所達(dá)到的性能，來(lái)?yè)窈线m的流平劑品種。
?1.?確定水性配方時(shí)，常常先選擇潤(rùn)濕劑，再選擇流平劑。有的助劑既可以起到潤(rùn)濕劑，也可以起到流平劑的作用。
?2.?不要大量使用強(qiáng)烈降低表面張力的潤(rùn)濕劑，因?yàn)樗鼤?huì)使流平時(shí)間延長(zhǎng)。
?●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。如果需脫氣性和底材潤(rùn)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(qiáng)的底材潤(rùn)濕性，可考慮選用能顯著降低表面張力的有機(jī)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(jī)硅流平劑和氟改性丙烯酸流平劑出現(xiàn)穩(wěn)泡、影響層間附著力等副作用，應(yīng)采用磷酸酯改性丙烯酸流平劑。在面漆和透明漆配方中，對(duì)漆膜外觀要求相對(duì)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，在漆膜中不易產(chǎn)生霧影。在交聯(lián)固化型體系，選用含反應(yīng)性官能團(tuán)的丙烯酸流平劑常常獲得更好的流平性，同時(shí)提高漆膜的物理化學(xué)性能。如果需要漆膜具有更好的流動(dòng)性或需要滑爽性和抗刮傷性，有機(jī)硅流平劑是必需的，這種情況下最好是有機(jī)硅流平劑和丙烯酸流平劑配伍使用。應(yīng)當(dāng)指出的是，在垂直面施工時(shí)，有機(jī)硅流平劑提供流平性能的同時(shí)，可有效降低涂層的流掛傾向。另外，在金屬閃光漆配方中，應(yīng)慎用有機(jī)硅流平劑，因?yàn)榭赡軐?dǎo)致片狀鋁顏料的不均勻排列而出現(xiàn)漆膜顏色不均
?●粉末涂料體系
?粉末涂料的流平過(guò)程分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段是粉末粒子的熔化，第二個(gè)階段粉末粒子熔化后流動(dòng)成為平整的漆膜。粉末涂料不含溶劑，在成膜過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生表面張力梯度，流平更多的是與底材潤(rùn)濕有關(guān)。粉末涂料常采用丙烯酸流平劑。如果流平劑呈液態(tài)，一般要預(yù)先制成母料才能使用。也有制成粉體的丙烯酸流平劑，專(zhuān)門(mén)用于粉末涂料，這類(lèi)產(chǎn)品是將液態(tài)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抗掛傷性，就要采用有機(jī)硅流平劑，已有制成粉體的專(zhuān)門(mén)用于粉末涂料的有機(jī)硅流平劑。使用有機(jī)硅流平劑要留意避免形成縮孔。
?●?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(qiáng)烈降低體系的表面張力，最常用的是有機(jī)硅流平劑和氟碳化合物類(lèi)流平劑，所起作用與它們應(yīng)用于溶劑型涂料體系相同。當(dāng)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(duì)于乳膠體系，成膜機(jī)理則完全不同，粘度也不隨溶劑的揮發(fā)而改變。配方中采用流平劑會(huì)可能提高涂料的底材潤(rùn)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(dòng)性能，更多的是通過(guò)添加流變控制劑來(lái)進(jìn)行控制和調(diào)整。?
?七.如何判定流平劑的好壞
?一般來(lái)說(shuō)，我們可以采用以下目測(cè)的方法來(lái)粗略判斷涂料流平劑的好壞。
?●涂料按照指定的涂刷方法施工干燥后，如果看到涂料表面沒(méi)有縮孔、針孔。橘皮、絲紋、刷痕、霧影等缺陷，就可以判定這個(gè)涂料流平劑的的流平性是較好的。
?●但是以上這種方法是無(wú)定量指標(biāo)的，很容易引起分歧。所以在國(guó)內(nèi)和國(guó)際的涂料工業(yè)界中，人們制定了專(zhuān)門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)定涂料流平劑的流平性。如：
?①GB／T l750-1979涂料流平性測(cè)定法：該方法是測(cè)定按一定方法刷涂／噴涂涂料于一定底材上，達(dá)到流平所需的時(shí)間。
?②GB-Sl07水平流動(dòng)性測(cè)定法：該方法是測(cè)定環(huán)氧粉末涂層試片在一定溫度下熔化后的直徑大小。
?③ASTM D2801流平性測(cè)定法：該方法使用紐約涂料協(xié)會(huì)(NYPC)的流平性刮刀，以成對(duì)的兩條漆條流到一起的能力來(lái)確定流平性等級(jí)。