流平剂

使涂料形成平整涂膜的涂料助剂

英文专业名称：Leveling agent，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。能有效降低涂饰液表面张力，提高其流平性和均匀性的一类物质。可改善涂饰液的渗透性，能减少刷涂时产生斑点和斑痕的可能性，增加覆盖性，使成膜均匀、自然。主要是表面活性剂，有机溶剂等。流平剂种类很多，不同涂料所用的流平剂种类也不尽相同。在溶剂型涂饰剂中可用高沸点溶剂或丁基纤维素。在水基型涂饰剂中则用表面活性剂或聚丙烯酸、羧甲基纤维素等。

简介

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，这类流平剂主要有三大类：丙烯酸类、有机硅类和氟碳化合物类。

分类

有机硅型

硅油

通常使用的硅油有聚二甲基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷。涂料、油墨中应用的是聚二甲基硅氧烷。聚甲基苯基硅氧烷虽然相容性好，但不具备表面状态控制能力，所以在流平剂中基本不使用，多用于耐高温方面。

聚二甲基硅氧烷

虽然具备良好的表面状态控制能力，但有许多缺点，相容性不好，会影响涂膜的光泽，还会经常出现缩孔、层间附着力问题等。聚二甲基硅氧烷分子量不同，其相容性和用途也不同。有机改性聚二甲基硅氧烷与硅油相比有明显的优越性，既保留了硅氧烷的优点，又用改性物克服了它的缺点，发挥了许多特殊功能效应。改性硅氧烷的性能及用途，关键是硅氧烷的分子量、类型、改性化合物的类别及在分子中的位置，改性的途径是很多的。

聚醚聚酯改性有机硅氧烷

属于梳状结构的有机聚硅氧烷。 n+m约为50-250，分子量控制在1000-150000之间。其相容性是依靠聚醚和聚酯来调整的，链越长相容性越好。这类中聚醚改性的最多，通常使用环氧乙烷和环氧丙烷。随乙氧基含量的增加，其与水的相容性也随之提高，因此也完全可以合成水溶性的硅氧烷类的流平剂。环氧乙烷和环氧丙烷可以单独使用，也可以混合使用，用其来控制亲水、亲油性。如果同时含有乙氧基和丙氧基，就制成了水油两用的硅氧烷类的流平剂，例如：摩能化工的1080、1090系列产品。

分子量越大，其表面状态控制能力就越强，增滑性、抗粘连性就越好，例如：摩能化工的1070、1071系列产品。

改性用的聚酯或聚醚与硅氧烷联结有两种方法：一种硅氧键；另一种是硅碳链，一般来讲，前者的热稳定性和耐水性不如后者好。

用聚醚、聚酯改性硅氧烷与树脂的相容性得到了很大的改善，降低表面张力，控制表面流动的能力、增滑性、抗缩孔、抗粘连的效果也都很好，个别产品还有层间附着力问题。尤其是聚醚改性的聚硅氧烷，热稳定性不好，容易稳泡。在应用时一定要注意这些产品的负面影响。

烷基改性有机硅氧烷

前面提到了聚醚改性的聚硅氧烷有些不足之处；烷基改性的聚硅氧烷恰恰具备了这些方面的优点。

这一系列聚硅氧烷产品也属于梳状结构。这类产品的分子量比较小，在10000左右， n+m约为30-50.用烷基改性的目的主要为了提高热稳定性、相容性和不稳泡性，甚至有消泡功能。但随改性烷基链的增长，其降低表面张力的能力也随之下降。烷基链长度与表面张力的关系见表1-1

表1-1 烷基链长度与表面张力的关系

一般碳链控制在C1-C14之间，所以分子量不太大。

上面介绍了聚二甲基硅氧烷的三种改性方法，改性方法不同，改性剂的用量和结构不同，其产品的性能也不同，三种不同改性方法生产的流平剂，其耐热性也截然不同。摩能化工的1060有机硅改性聚硅氧烷具有很好的耐热性，耐热温度200-220℃的温度范围内使用。

端基改性有机硅

赋予优异滑爽性的端基改性有机硅为了赋予涂膜良好的滑爽性，摩能化工推出了一些终端改性的有机硅。

反应型的流平剂

在辐射固化的涂料、油墨体系中，存在基材润湿不良、不够滑爽、易刮伤、流平性差的缺陷。针对这些问题，摩能化工公司提供了一系列的反应性的有机改性聚硅氧烷丙烯酸型流平剂，有摩能化工的1073、1074等产品，前者相容性好，滑爽性差。后者相容差，滑爽性好。

由结构式中可见改性的有机物是丙烯酸酯，用其调整它的流动性和相容性，她的滑爽性是由硅氧烷来决定的。丙烯酸基团的双键可以参加游离基的聚合反应，与树脂一起形成涂膜牢固的锚定在涂膜的表面上。

丙烯酸酯型

产品介绍

树脂型的表面流动控制剂，多数是线型树脂聚合物，主要有丙烯酸树脂，脲醛树脂及三聚氰胺甲醛树脂。在通用体系中这些树脂的相容性是受限的，它们会积聚至表面形成一层新的树脂膜成，使涂膜的表面张力趋于平衡，但它们不会降低表面张力，所以不影响涂料的流动，多被称为流动促进剂。这类流平剂中丙烯酸树脂为主体。

丙烯酸酯类流平剂不仅可以促进涂膜的流动和流平，还不会影响涂膜的层间附着力，并且还有消泡的作用。

流平原理

丙烯酸酯类流平剂的相容性是其控制涂膜表面状态能力的一项重要指标。相容性太好，溶在涂膜中，不会在涂膜表面形成新的界面，提供不了流平作用；相容性太差，不可能均匀的分布在涂膜表面，会相互聚集在一起，容易产生缩孔状的缺陷。会使涂膜光泽下降，产生雾影等不良的副作用。只有理想的受控相容性，才会在涂膜表面形成新的界面层，起到流平的作用。

产品分类

丙烯酸酯类流平剂的受控性是通过改变分子量和极性来实现的。均聚物的相容性就不如共聚物的好，如均聚的丙烯酸通常与环氧、聚酯、聚氨酯等涂料所用的树脂相容性较差，若将其以物理方法混合则将形成表面状态不良的无光涂膜，所以丙烯酸均聚物不太适合作流平剂。理想的流平剂多采用共聚物，可以是三元共聚物，也可以是改性共聚物，只有共聚物才能通过不同的单体改变聚合物的极性合玻璃花温度。

通常丙烯酸酯类流平剂的数均分子量被控制在6000-20000之间，分子量分布比较窄，玻璃花温度控制在-20℃以下，表面张力25-26mN/m以下。这种相容性受限的丙烯酸共聚物被认为是良好的流平剂。

丙烯酸酯类流平剂可以是均聚物，也可以是共聚物；可以是线型结构的，也可以是带支链的；也可以是无规共聚的，也可以是嵌段共聚的。

1）氟改性的丙烯酸酯类流平剂这类流平剂应用得比较广泛，用氟改性丙烯酸使氟和丙烯酸的优缺点互补，使这类流平剂更趋于完美。丙烯酸和氟类流平剂的优缺点见表1-1

表1-1 丙烯酸和氟类流平剂的优缺点

通过改性的流平剂，具有较好的表面控制能力，不稳泡，可以重涂，具有良好的抗缩孔和基材润湿能力。代表性的产品有摩能化工的1154。

2）丙烯酸酯类流平剂的应用纯丙烯酸酯类流平剂因其对表面张力影响不大所以多将其用于流动和流平助剂，特别是印铁涂料，卷材涂料，对消除辊痕是有益的。还有刷涂的木器漆对消除刷痕也是有帮助的。

应用时要特别注意与涂料的相容性，一般情况是分子量大的相容性差，但流动与流平性好；分子量小的相容性好，但流动与流平性要差些。

丙烯酸酯类流平剂不仅可以用于油性涂料，水性涂料，也是粉末涂料中常用的流平剂，这类产品有摩能化工的1153。

主要作用

涂料的主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。

用途

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。

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