流平剂作用机理及使用方法总结

流平剂简介

   流平剂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。

流平剂机理

  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。

常用的防缩孔流平剂

  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。

涂料配方中为何要使用流平剂

  涂料的主要要功能是装饰和防护，如果出现流动和流平缺陷，不仅影响外观，同时也有损防护功能。如形成缩孔造成漆膜厚度不够、形成针孔会导致漆膜的不连续性，这些都会降低漆膜的防护性。

  涂料在施工和成膜过程中，会发生一些物理、化学变化，这些变化及涂料本身的性质，将显著影响涂料的流动和流平。

  涂料施工后，会出现新的界面，一般情况下为涂料与底材之间的液/固界面和涂料与空气之间的液/气界面。如果涂料与底材之间的液/固界面的界面张力高于底材的临界表面张力，涂料就无法在底材上铺展，自然就会产生鱼眼、缩孔等流平缺陷。

  漆膜干燥过程中溶剂的挥发会导致在漆膜表面与内部之间产生温度、密度和表面张力差，这些差异进而导致产生漆膜内部的湍流运动，形成所谓Benard旋涡。Benard旋涡会导致产生桔皮；在含不止一种颜料的体系，如果颜料粒子的运动性存在一定差异，Benard旋涡还很可能导致浮色和发花，垂直面施工会导致丝纹。

  漆膜的干燥过程中有时会产生一些不溶性的胶粒，不溶性胶粒的产生会导致形成表面张力梯度，在漆膜中经常导致缩孔的产生。例如，在交联固化型体系中，配方含有不止一种树脂，在漆膜的干燥过程中，随着溶剂的挥发，溶解性较差的树脂就可能形成不溶性胶粒。另外，在含有表面活性剂的配方中，如果表面活性剂与体系不相容，或在干燥过程中随着溶剂的挥发，其浓度发生变化导致溶解性发生变化，形成不相容的液滴，也会形成表面张力差。这些都可能会导致缩孔的产生。

  涂料在施工和成膜过程中，如果存在外界的污染物，也可能会导致缩孔、鱼眼等流平缺陷。这些污染物通常是来自空气、施工工具和底材的油污、尘埃、漆雾、水汽等。

  涂料本身的性质，如施工粘度、干燥时间等，也会对漆膜的最终流平产生显著影响。过高的施工粘度和过短的干燥时间，通常会产生流平不良的表面。

  因此，必须通过添加流平剂，通过对涂料在施工和成膜过程中发生一些变化及涂料性质进行调整，帮助涂料获得一个良好的流平。

流平剂的种类

流平剂大致分为两大类。

  一种是通过调整漆膜粘度和流平时间来起作用的，这类流平剂大多是一些高沸点的有机溶剂或其混合物，如异佛尔酮、二丙酮醇、Solvesso150等。

  另一种是通过调整漆膜表面性质来起作用的，一般人们所说的流平剂大多是指这一类流平剂。

  这类流平剂通过有限的相容性迁移至漆膜表面，影响漆膜界面张力等表面性质，使漆膜获得良好的流平。

  根据化学结构的不同，这类流平剂目前主要有三大类：

丙烯酸类、有机硅类和氟碳化合物类。

●丙烯酸流平剂

丙烯酸流平剂包括纯丙烯酸流平剂和改性丙烯酸流平剂。

纯丙烯酸流平剂包括传统的非反应性丙烯酸流平剂和新型含管能团的反应性丙烯酸流平剂。

这是一类分子量不等的丙烯酸均聚物或共聚物，这类流平剂仅轻微降低涂料的表面张力，但能够平衡漆膜表面张力差异，获得真正平整的、类似镜面的漆膜表面。

如果分子量足够高，这类流平剂还具有脱气和消泡的作用。

传统的非反应性丙烯酸流平剂的缺点是高分子量产品，可能会在漆膜中产生雾影，低分子量产品，又有可能降低漆膜表面硬度。

含反应性官能团的丙烯酸流平剂能很好的解决这一矛盾，提供良好流平性的同时，不会产生雾影也不降低表面硬度，有时还会提高表面硬度。

改性丙烯酸流平剂主要的品种为氟改性丙烯酸流平剂和磷酸酯改性丙烯酸流平剂。

与纯丙烯酸流平剂不同，改性丙烯酸流平剂可以显著降低涂料的表面张力，这样就会在具有流平性的同时具有良好的底材润湿性。

●有机硅流平剂

有机硅流平剂有两个显著特性。

一是可以做到显著降低涂料的表面张力，提高涂料的底材润施能力和漆膜的流动性、消除Benard旋涡从而防止发花。

降低表面张力的能力取决于其化学结构。

另一个显著特性是能改善涂层的平滑性、抗挂伤性和抗粘连性。

这类流平剂的缺点是存在稳定泡沫、影响层间附着力的倾向，有些还对施工环境如烘炉产生污染。

其结构目前主要有三类：

聚二甲基硅氧烷、聚甲基烷基硅氧烷、有机改性聚硅氧烷，以有机改性聚硅氧烷最为重要，纯聚二甲基硅氧烷由于与涂料体系的相容性差，现已很少使用。

●氟碳化合物类流平剂

氟碳化合物类流平剂的特点是高效，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，然而也存在稳定泡沫、影响层间附着力的倾向。

流平剂的应用

   对于一个确定的配方体系，应根据配方的性质和希望流平剂所达到的性能，来选择合适的流平剂品种。

1、溶剂性涂料体系

在底漆和中层漆配方中，通常采用丙烯酸流平剂。

如果需要脱气性和底材润湿性，宜选择中等分子量或高分子量丙烯酸流平剂。在底漆中，如果需要更强的底材润湿性，可考虑选用能显著降低表面张力的有机硅流平剂和改性丙烯酸流平剂（如氟改性丙烯酸流平剂和磷酸酯改性丙烯酸流平剂），如果有机硅流平剂和氟改性丙烯酸流平剂出现稳泡、影响层间附着力等副作用，应采用磷酸酯改性丙烯酸流平剂。在面漆和透明漆配方中，对漆膜外观要求相对较高，一般可选用低分子量丙烯酸流平剂，这样将获得良好的流平性，在漆膜中也不易产生雾影。在交联固化型体系，选用含反应性官能团的丙烯酸流平剂常常获得更好的流平性，同时提高漆膜的物理化学性能。

  如果需要漆膜具有更好的流动性或需要滑爽性和抗刮伤性，有机硅流平剂是必需的，这种情况下最好是有机硅流平剂和丙烯酸流平剂配伍使用。应当指出的是，在垂直面施工时，有机硅流平剂提供流平性能的同时，可有效降低涂层的流挂倾向。另外，在金属闪光漆配方中，应慎用有机硅流平剂，因为可能导致片状铝颜料的不均匀排列而出现漆膜颜色不均。

2、粉末涂料体系

   粉末涂料的流平过程分为两个阶段。

第一个阶段是粉末粒子的熔化，第二个阶段粉末粒子熔化后流动成为平整的漆膜。粉末涂料不含溶剂，在成膜过程不会产生表面张力梯度，流平更多的是与底材润湿有关。粉末涂料常采用丙烯酸流平剂。如果流平剂呈液态，一般要预先制成母料才能使用。也有制成粉体的丙烯酸流平剂，专门用于粉末涂料，这类产品是将液态的丙烯酸流平剂吸附在二氧化硅粉体上，一些低档流平剂用碳酸钙吸附。如果粉末涂料需要滑爽性和抗挂伤性，就要采用有机硅流平剂，已有制成粉体的专门用于粉末涂料的有机硅流平剂。使用有机硅流平剂要留意避免形成缩孔。

3、水性涂料体系

  水性涂料体系分为水溶性体系和乳胶体系。

  在水溶性体系中，需要强烈降低体系的表面张力，最常用的是有机硅流平剂和氟碳化合物类流平剂，所起作用与它们应用于溶剂型涂料体系相同。

  当然如果需要真正平整的表面，用于水性体系的丙烯酸流平剂是必需的。而对于乳胶体系，成膜机理则完全不同，粘度也不随溶剂的挥发而改变。

  配方中采用流平剂会可能提高涂料的底材润湿性，丙烯酸流平剂可以提高漆膜平整度，但涂料的主要流动性能，更多的是通过添加流变控制剂来进行控制和调整。