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,辊涂时产生辊痕、喷涂时出现橘皮,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。别再只顾着收藏啦,今天就来和涂涂一起速通流平剂关卡,下一个涂料达人就是你。
影响涂料流平性的因素
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。
流平剂(Leveling agent),是一种常用的涂料助剂,它能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。流平剂种类很多,不同涂料所用的流平剂种类也不尽相同。
流平剂的作用就是改善涂层的平整性,包括防缩孔、防橘皮及流挂等现象。不同类型的涂料和同一类型的涂料因成膜物质不同,其流平机理不一样,使用的流平剂的化学结构也不一样。但其作用机制都是从以下三个方面进行考虑和设计的:
作用机制的考虑设计
降低涂料与底材之间的表面张力,使涂料对底材具有良好的润湿性;
调整溶剂挥发速度,降低黏度,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。
溶剂型涂料用流平剂
溶剂型涂料成膜机理是靠溶剂的挥发,因此常使用含高沸点的混合溶剂来调整其稀料的挥发速度,延长流平时间来控制涂膜的平整度和致密性。在此情况下,高沸点的溶剂则是流平剂。溶剂型涂料仅借助增加溶剂以降低黏度来改善流平性,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,涂料黏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、橘皮等缺陷;此外它们与树脂不完全相混溶,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(或与聚硅氧烷拼合)、丙烯酸碱溶树脂等,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、橘皮、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的挥发速度。
流平剂的分类
流平剂一般可分为有机硅、丙烯酸、氟碳化合物三类:
有机硅类: 明显降低表面张力;良好的迁移性能消除表面张力梯度;
丙烯酸类: 不能明显降低表面张力;不向表面迁移 ;在涂层内部定向,调整局部表面张力同一性;
氟碳化合物类流平剂:高效但价格昂贵,一般在丙烯酸流平剂和有机硅流平剂难以发挥作用的时候使用。不过也存在稳定泡沫、影响层间附着力的倾向。
水性涂料用流平剂
水性涂料分为水溶性涂料和水分散涂料。水溶性涂料的成膜机理与溶剂性涂料一样,是靠水或水/醇的挥发成膜,因此溶剂的挥发速度可通过高沸点的醇的使用或加水性增稠剂两种方法来控制,从而达到流平的目的。水溶性涂料多以水和醇(乙二醇单丁醚)的混合物为溶剂。
水分散涂料主要以乳胶涂料为主,因乳液成膜机制是乳胶粒子的堆积,因此涂膜的平整度取决于乳胶粒表面聚合物的Tg值,因此乳胶涂料均有一个施工时的最低成膜温度(minimumfilm temperature,MFT),为提高漆膜的流平,常用有机溶剂 (200号溶剂油、甲苯、丁醇)、水溶性醚酯、乙二醇单丁醚来增塑(溶解)乳胶粒子表面的聚合物,降低其T值。乳胶涂料最常用的流平剂是乙二醇单丁醚和3,3-二甲基-1,3-二羟基戊酯(Tex-anol)。但应注意的是,在乳胶涂料中这些具有流平功能的助剂则称为成膜助剂,乳胶涂料的流平性不仅受聚合物的Tg值的影响,和溶剂型涂料一样,也受溶剂水的挥发速度、固体含量的影响,因此在乳胶涂料中,增稠剂也起到漆膜的流平作用。
粉末涂料用流平剂
粉末涂料有聚酯型、丙烯酸酯型、环氧树脂型粉末涂料。因此成膜机制是在静电喷涂后烘烤下成膜的,不涉及溶剂和水的挥发问题,其流平性主要决定于成膜物质对基材的润湿性,其流平剂的加入主要是提高成膜物质对基材的润湿性。
粉末涂料常用的流平剂有两类:
高级丙烯酸酯与低级丙烯酸酯的共聚物或它们的嵌段共聚物;
环氧化豆油和氢化松香醇。
写在最后
一般来说,溶剂型涂料体系、粉末涂料体系和乳胶体系通常采用丙烯酸流平剂;水溶性涂料体系一般采用有机硅类和氟碳化合物类流平剂。
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