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涂料的流动、流平与相关助剂的应用
刘会元 （西安捷德贸易有限公司 710082）
牛广轶 （西北大学化工学院，陕西西安 710069）
盛荣良 （浙江临安福盛涂料助剂有限公司 311301）
0 引言
涂料的成膜性能在很大程度上取决于成膜过程中的流动、流平性能。流平性不良的涂料往往在成膜过程中会产生一些缺陷，如缩孔、鱼眼、桔皮、针孔、厚边、浮色及发花等现象，这些缺陷不
仅影响涂膜的装饰效果，而且会降低涂膜的保护性能。
影响涂料成膜过程中的流动及流平性能的因素比较多，主要影响因素有以下几点：
（1） 涂料的表面张力；
（2） 被涂底材的临界表面张力；
（3） 涂料的施工粘度及涂料所用溶剂的溶解力、挥发速度和湿膜厚度；
（4） 涂料的施工环境及施工方式，涂料的粘度以及被涂表面的处理程度等。
其中最重要的影响因素是涂料的表面张力和在成膜过程中湿膜产生的表面张力梯度以及湿膜表层的表面张力均匀化能力。
为了克服以上缺陷，最有效的方法就是在涂料中使用表面流动控制剂，即流平剂。当然其他助剂，如润湿分散剂、消泡剂等也有助于成膜过程中改善漆膜的状态，本文重点阐述流平助剂在这方面的作用。
1 涂料流动及流平问题的发展认识
助剂的应用取决于涂料用树脂的发展或者说涂料用树脂的发展促进了助剂应用的进步。有些涂料品种，如硝基漆与流动、流平的关系不大，硝基漆出现的这些缺陷，可以通过表面抛光来解决，对于以植物油为主的涂料来说，可添加少量的溶剂，如：松节油、双戊烯或丁醇来消除缺陷。环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂（无油及不饱和聚酯）比以油为基础的树脂：硝化棉、丙烯酸树脂等更容易出现表面缺陷。在涂料配方中使用这些树脂制成的涂料明显感到漆膜的流平是一个重要问题。
20 世纪出现的硅油，有些人称为硅酮，确切地讲应称为聚硅氧烷，特别是聚甲基硅氧烷被用来改善涂料的流平及润湿问题，可以消除成膜过程中产生的缩孔、针孔、桔皮等现象。但后来在使用过程中发现其一些副作用，主要是会引起被涂物表面的污染而影响层间附着力，因而需要改进。另外，20 世纪60 年代涂料研究者发现表面张力的重要性及其对涂料成膜性能的影响，以及关于颜料的润湿分散和临界表面张力等问题。这些研究成果促进了涂料助剂的技术发展及应用。
2 流平剂的种类及应用
按照涂料用流平剂的结构及作用原理，一般将流平剂分类如下：
● 溶剂类流平剂
● 有机硅氧烷或改性有机硅氧烷流平剂
● 聚丙烯酸酯类流平剂
● 氟流平剂或含氟改性流平剂
2.1 溶剂型流平剂
这类流平剂以高沸点溶剂为主要成分，如：芳烃、酯、酮、醇醚等，有些品种还添加少量的其它表面活性剂。这类流平剂可以调节溶剂对树脂的溶解性及挥发速度，避免因粘度大，溶剂挥发过快而影响漆膜流动所造成的流平问题，在烘烤型涂料中还可以防止气泡、针孔现象的产生。属于这类流平剂的有：TSP 流平剂、T-HN 流平剂，德谦（上海）化学有限公司；BYKETOL-OK，BYK 公司；EFKA-3037、3038，汽巴精化公司。
2.2 聚二甲基硅氧烷及改性聚二甲基硅氧烷流平剂
这类流平剂是目前应用较多的一类，其最大的优点是具有良好的流平性和手感。早期多使用未改性的硅油（聚二甲基硅氧烷），但由于其相对分子质量难于控制导致与涂料相容性存在问题，另外未改性的硅油也会影响到涂层间的附着力。现在大多使用一些改性的聚二甲基硅氧烷作为流平剂，纯聚二甲基硅氧烷结构如下：
根据在聚二甲基硅氧烷主链上引入基团的不同，可以将这类流平剂分为以下4 种。
（1） 聚醚改性：在聚二甲基硅氧烷主链上引入醚键来改善其对涂料体系的相容性，同时仍保持高的迁移性，在进行上层涂装后迅速迁移至上层漆膜表面而对层间附着力影响较小。聚醚改性聚二甲基硅氧烷的结构如下：
国内外许多公司都有此类流平剂，如：BYK 公司：BYK-300、306、325、330 等；EFKA 公司：EFKA-3033、3030、3232 等；AFCONA 公司：3030、3031、3034 等；DEUCHEM 公司：432、466、455 等；浙江临安福盛涂料助剂公司：3306、3030、3033、3018 等。这类流平剂的缺点是热稳定性不好，在烘烤温度高于150℃时会产生分解而失去应有的特性，引起涂层附着力下降及层间附着力问题。
（2） 聚酯改性：聚酯改性聚二甲基硅氧烷流平剂，主要用于烘烤漆中，其结构如下：
（3） 有机硅改性：通过在主链的侧基上引入有机基团，如苯基或烷基来改性，可以改善与涂料的混溶性、耐热性等。如DEUCHEM 公司的DC56AD 就属于这类流平剂，其结构如下：
（4） 反应性官能团改性：通过在主链的侧基接入带有反应性的官能团进行改性，这些反应基团指可以与树脂或固化剂进行交联反应的基团，如羟基、氨基、羧基、环氧基、异氰酸酯类等。
属于这类流平剂的有：BYK 公司：BYK-370、371；EFKA 公司：EFKA-86；DEUCHEM 公司：435、PA#30、PA#31。其结构如下：
2.3 聚丙烯酸酯类流平剂
理想的聚丙烯酸酯类流平剂应具有：较窄的相对分子质量分布；较低的表面张力；较低的玻璃化温度；适当的相对分子质量以及与成膜物有限的相容性。这种流平剂由于比涂料的表面张力低以及不完全混溶性而部分迁移到涂层表面，在湿膜表面形成单分子膜，减少了表层流动，促进涂膜表面张力均匀化，抑制溶剂挥发速度，给予湿膜更多的流平时间，因而起到减轻或消除桔皮、刷痕、针孔、缩孔、浮色、发花等表面缺陷的作用。这类流平剂与成膜树脂的相容性非常重要，如果相容性太好则不会在涂膜表面形成单分子层而影响流平作用。但是相容性过差的流平剂又会导致涂膜发雾，光泽降低，失光等不良现象。与改性的聚二甲基硅氧烷流平剂相比，聚丙烯酸酯类流平剂相对安全，即使添加过量也不会影响重涂性和层间附着力，随着其用量增加，表面张力下降，缩孔减少，光泽、鲜映性提高，但过量会带来副作用，如：漆膜发雾、失光等。通常其最高用量不超过涂料总量的2%。国内外许多公司都有此类流平剂：CYTEC 公司：MODAFLOW2100、9200RESIN、ADDITOL XL425、480、490 等；BYK 公司：BYK-352、354、357、358 等；TEGO 公司：flow 300；CIBA 公司：EFKA-3778、EFKA-S022 等；DEUCHEM 公司：491、495、835 等。
3 涂料用流平剂的新进展——氟碳聚合物及氟碳改性聚合物助剂
氟碳助剂有较高的表面活性，高的热稳定性，高的化学稳定性及憎水油特性，即所谓的三高二憎。在涂料中加入少量的氟碳助剂可以提高涂料的流平性并增加涂层的光洁度，实验表明：氟碳助剂
比聚硅氧烷流平剂用于涂料的效果更好。推广应用氟碳助剂面临2 个问题：一是合成氟碳助剂在技术上仍有一定的难度，所以价格比较高，一般用户还难以接受；二是安全性问题，即制备氟碳助剂的起始原料——全氟磺酸的毒性问题。尽管氟碳助剂的成本较高，但由于其添加量少而且有些性能是含硅或碳氢助剂（如聚丙烯酸酯）不能达到的或者说要达到这个性能需要加入大量的助剂。
近年来一些公司已推出在涂料、油墨、粘合剂中应用的一些氟碳助剂或氟碳改性聚合物助剂：3M 公司：FC4430、FC4432、FC4434 等，特别是FC4434 颜色已接近水白色。Dupont 公司：用于水性涂料的品种有FS-610、FSO、9361，用于溶剂型涂料的品种有FSO-100 和FSG。Dynax 公司：有DX4000、DX4005 以及DX4010等。氟碳改性聚合物流平剂，特别是氟碳改性聚丙烯酸酯流平剂在烘烤型涂料，如卷材涂料以及汽车原厂漆、修补漆等领域中获得了广泛的应用。如：CIBA 公司：EFKA-3777、3277、3772 等；CYTEC 公司：VXL6230 及VXW6396；DEUCHEM 公司：837 等都属于氟碳改性聚丙烯酸酯类流平剂。它们在涂料中的应用中都显示了良好的性能。
