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流平剂

水性涂料不管用何种涂装方法经施工后,都有一个流平及干燥成膜过程,然后逐渐形成一个平整、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。在涂料工业中,获得平整的漆膜常常是涂料配方工程师追求的目标,滚膜表面平整无缺陷,良好的外观是衡量涂料性能的一个重要指标。

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流平剂

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产品描述

水性涂料不管用何种涂装方法经施工后,都有一个流平及干燥成膜过程,然后逐渐形成一个平整、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。在涂料工业中,获得平整的漆膜常常是涂料配方工程师追求的目标,滚膜表面平整无缺陷,良好的外观是衡量涂料性能的一个重要指标。

流平性不好会:

  • 降低涂料的遮盖效率使成本上升;
  • 降低漆膜的平滑度影响外观造成漆膜缺陷,降低漆膜对基体的保护作用。

通常能够促进漆膜流动,帮助获得平整表面的助剂称为表面控制助剂,又称为流平剂,大多数表面控制助剂都是通过影响漆膜表面张力以及表面张力梯度分布和提高流动性来达到相应作用的。

涂层成膜与流平过程可以用以下模型来描述并进行理论推导。

(1)初期固液界面,涂膜在基材上的润湿展布-接触角模型(杨氏润湿方)

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γsv=基材的表面张力,液体流动铺展的主要动力。
γlv=液体的表面张力,总是趋于收缩液体,是润湿展布流动的阻力和液体收缩的动力。
γls=液固界面的表面张力,总是液体运动的阻力,不论液体是趋于展布,还是趋于收缩,它总是一个必须克服的作用力。即便在 γsl时,液滴的接触角<90°,液体能够润湿固体表面但是不一定能充分自行展布;只有在 γsv> γlvlscosθ时,液体才能充分展布。表面活性剂迁移到液固界面,并且表面活性剂非极性疏水基团朝向非极性的基材,以亲水性基团朝向水溶性体系,使 γls大大降低。

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(2)在垂直方向的贝纳德漩涡

湿膜前期的流亚因为有底材润湿而且初期体系黏度较低,所以初期的表面很快流平。 但是随着溶剂挥发、树脂体系(胺中和体系和双组份交联体系)、消泡剂等自身的原因,表面张力的梯度必然不可避免,这个中间剧烈运动的过程如图所示,即Bénard Cell(贝纳德漩涡),它不同于水平流动,而是垂直方向的运动。

(3)表面流平的正弦波模型流动方程(牛顿液体)

t=kλ4η/γd3

流动方程(牛顿液体)式中: k-常数;t一流动时间;λ一正弦波形的波长;η一液体的黏度; γ一液体的表面张力;d一涂膜的厚度。
流动方程公式是解释湿膜从波纹起伏状态趋向平整状态的流动过程中的重要模型。 此流动模型有预设的假定,包括假定液体是牛顿流体,
没有触变性:假定液体的表面张力是各处均一的:也没有考虑溶剂挥发的动态因素等。波谷部分受液体表面张力驱动而趋向于收缩界面成为流平动力。表面张力越高,驱动能力越大。
前述三个模型正好可以对应湿膜润湿流平的3个主要的阶段,其中表面张力、剪切力、触变行为、黏度变化、溶剂挥发等因素均在各阶段起着重要作用。它们之间相互影响,起着综合作用。基材润湿剂和流平剂就是影响上述不同阶段里错综复杂的平衡而添加的助剂,以求得到需要的理想表面控制效果。

 

从化学结构分类,流平剂主要有聚硅氧烷类、非硅类聚合物以及高沸点溶剂类。
聚硅氧烷类可以分为聚醚改性硅氧烷、聚醋改性硅氧烷、芳烷基改性硅氧烷。非硅聚合物类可以分为聚酷型、聚丙烯酸酷型、氟改性聚丙烯酸醋型等。聚硅氧烷类流平剂由于其硅氧烷链段的表面张力很低以及与树脂体系的相溶性有限,往往能够比非硅类流平剂以更快的速度迁移至涂层表面,从而表现出更快的流平速度,其效果更多体现在早期流平方面,有助于消除涂层成膜初期由于助溶剂挥发引起的贝纳尔漩涡。而聚合物非硅类流平剂更多体现在后期流平方面,由于其表面张力相对较高,具有较大的流平动力,故常在配方中硅氧烷类与非硅聚合物类协同配合使用。聚硅氧烷类流平剂有以下几个方面的使用性能:流平速度、润湿能力、重涂性、相溶性、滑度、稳泡性、抗缩孔性以及防粘连性。这些都与其化学结构密切相关,可以通过调整硅氧烷链段,亲水链段及封端基团等来实现性能最优化,避免带来的些副作用。

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