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流平剂在UV涂料中的作用及机理


料施工过程中或施工后,由于流平性不良,通常会出现如橘皮、辊痕、缩孔、麻点、针眼等表面缺陷,不仅影响涂膜外观,而且会降低或损坏其保护功能。流平剂是常用的涂料助剂,它能够促使涂料在干燥成膜过程中形成平整、光滑、均匀的涂膜。
在涂装中,涂料对底材的润湿性及湿膜的流平性等均与表面张力密切相关。当涂料的表面张力低于底材的临界表面张力时,才能润湿底材并驱动涂料在底材上展布成平整光滑的涂料。
另一个关于表面张力的概念就是表面张力的梯度。由于涂料作为一个复杂的混合物,即便在绝对均匀的底材上,由于溶剂挥发和湿膜的流动、固化反应,其表面张力的分布是不均的。伯纳德漩涡、缩边等众多现象均与这个概念相关。添加流平剂之后,流平剂的相容性、迁移行为也直接影响着表面张力梯度。合适的流平剂不仅能降低界面的表面张力,而且能帮助均匀表面张力;而某些具有很低表面张力的流平剂有时却不能消除桔皮,也是因为它对平衡表面张力梯度不力。相反一些不降低表面张力或反而提高表面张力的树脂能充当平衡表面张力梯度的助剂。所以在许多情况下不是仅仅降低表面张力就能解决问题,而需努力均匀表面张力。
丙烯酸酯类流平剂是分子量不等的丙烯酸酯类均聚物或共聚物。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,利用可控的不相容性,迁移到漆膜表面形成单分子层,抑制溶剂挥发速度,改善表层流动性,消除橘皮、刷痕等缺陷,使漆膜获得平整的、类似镜面的效果。
氟碳改性的丙烯酸酯类聚合物由于具有很低的表面张力,因此在降低涂料表面张力、防止漆膜缩孔以及改善流动、流平性等方面有着很强的优势,是综合性能优秀的非硅类树脂型流平剂。但是其价格相对较昂贵,并且存在一定稳泡性及影响重涂性的倾向,一般可以搭配丙烯酸酯类流平剂、有机硅流平剂使用。
有机硅类流平剂一般分为聚甲基烷基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、有机改性聚硅氧烷。此类流平剂大多数都可以强烈地降低涂料的表面张力,提高涂料对底材的润湿性,防止产生缩孔;能够减少湿膜表面因溶剂挥发而产生的表面张力差,改善表面流动状态,缩短涂膜流平时间。该类流平剂还能在涂膜表面形成一层极薄且光滑的膜,从而提升涂膜表面爽滑性。

聚二甲基硅氧烷与涂料的相容性差,因此现在涂料中基本不使用。聚醚改性的聚二甲基硅氧烷是目前最常用且品种最多的流平剂。其结构式可用下式表示: 
—(SiO(CH3)2)m—(SiOCH3 (CH2CH2O)x(CH2CHCH3O)y)nR
其中m链段二甲基硅氧烷部分,属于相容性受到限制的链段;
n链段是改性部分,属于相容链段;
x为聚醚改性链段中的聚环氧乙烷部分;
y为聚醚基团中的聚环氧丙烷部分;
m,n,x,y四个值决定了流平剂所表现的性能,这四个数值的不同大小决定了流平剂的不同性能。
相容性:有机硅流平剂的相容性主要取决于m/n的数值,m /n的数值越小(也就是不相容链段含量越低),则相容性越好,在m/n数值固定的情况下,x/y的数值越大,则相容性越好,这是因为聚环氧乙烷的相容性超过聚环氧丙烷的原因。
手感:在x,y值固定的情况下,有机硅流平剂的手感同样主要取决于m/n空间的数值,m/n的数值越大,手感越好;m/n数值一样的情况下,m的绝对数值越大,手感越好;从这一点可以看出,对于有机硅流平剂,追求好的相容性和好的手感经常是一对矛盾,为了达到两者兼顾,通常m/n只能在一个不大的范围内选择。
流平能力:m,n,x,y的数值对流平效果的影响比较复杂,一般而言,m/n的数值在1到2 之间的时候有比较好的流平效果,而对于固定的m/n数值的情况下,x+y的数值越大,流平效果越好。
稳泡性:一般而言,在通常的x,y的数值下,m/n>3或者m/n< 1/4都可以得到基本上不稳泡的效果,通俗的说就是当硅含量很高或者很低的时候,所得到的流平剂都是不稳泡的,而如果做成硅含量很高的品种,就能得到手感出色、不稳泡的效果,然而相容性略差的流平剂,如果做成硅含量很低的品种,则所得到的流平剂相容性很好且不稳泡,但是手感会有欠缺。
重涂性:一般来说,m+n的数值越大且m/n的数值越高,越容易出现重涂性的问题,另外聚醚端基R基团的种类也会对重涂性产生影响。
消光粉的定向能力:根据试验,消光粉定向的能力受m/n的数值和m的绝对值的影响很大,m的绝对值越大,有越好的消光粉定向能力。
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