流平劑的流平原理及作用機理

2020-12-06 聚合貓

一、流平劑定義

流平劑是一種常用的塗料助劑,它能促使塗料在乾燥成膜過程中形成一個平整、光滑、均勻的塗膜,不同種類的塗料所適用的流平劑不同。

二、流平的作用原理(遷移機理)

作為流平劑,一般需要滿足以下兩點:

1、與體系具有一定的相溶性。

2、表面張力需低於體系。

這兩點都影響著流平劑的遷移,只有流平劑自發遷移到漆膜的表面,才能稱為發生流平作用。遷移原理在其他的助劑遷移方面也同樣適用。

遷移原理

流平劑的遷移取向遵循物理學中的「能量最低原理」,即從能量高的地方自發流向能量低的地方。當塗料塗布到底材表面以後,形成兩個界面,分別是「底材-漆膜界面」和「漆膜-空氣界面」。

因此,體系總能量=(底材表面張力-漆膜表面張力)+(漆膜表面張力-空氣表面張力)。

當體系中加入流平劑以後,假如流平劑遷移到「漆膜-空氣界面」,那麼,體系總能量=(底材表面張力-漆膜表面張力)+(流平劑表面張力-空氣表面張力),由於流平劑表面張力<漆膜表面張力,因此體系總能量降低了,該過程可以自發進行。

但假如流平劑遷移到「底材-漆膜界面」,體系總能量=(底材表面張力-流平劑表面張力)+(漆膜表面張力-空氣表面張力),由於流平劑表面張力<漆膜表面張力,因此體系總能量是升高的,該過程是不可能自發進行的。

當然從分子運動理論的角度分析,當流平劑加入到體系中後,由於分子的無規則的運動,會有一部分流平劑分子運動到「底材-漆膜界面」,但這部分流平劑的量非常少,與加入總量比起來可以忽略不計。

三、有機矽類流平劑的原理

有機矽類流平劑的結構以最常見的聚醚改性矽油為主,其結構式可用下式表示:

—(SiO(CH3)2)m—(SiOCH3 (CH2CH2O)x(CH2CHCH3O)y)nR

其中m鏈段表示矽油的未改性部分,屬於相容性受到限制的鏈段; n鏈段是改性部分,屬於相容鏈段; x為聚醚改性鏈段中的聚環氧乙烷部分; y為聚醚基團中的聚環氧丙烷部分; m,n,x,y四個值決定了流平劑所表現的性能。

1、相容性:有機矽流平劑的相容性主要取決於m/n的數值,m /n的數值越小(也就是不相容鏈段含量越低),則相容性越好,在m/n數值固定的情況下,x/y的數值越大,則相容性越好,這是因為聚環氧乙烷的相容性超過聚環氧丙烷的原因。

2、手感:在xy值固定的情況下,有機矽流平劑的手感同樣主要取決於m/n的數值,m/n的數值越大,手感越好;m/n數值一樣的情況下,m的絕對數值越大,手感越好;從這一點可以看出,對於有機矽流平劑,追求好的相容性和好的手感經常是一對矛盾,為了達到兩者兼顧,通常m/n只能在一個不大的範圍內選擇。

3、流平能力:m,n,x,y的數值對流平效果的影響比較複雜,一般而言,m/n的數值在1到2之間的時候有比較好的流平效果,而對於固定的m/n數值的情況下,x+y的數值越大,流平效果越好。

4、 穩泡性:一般而言,在通常的x,y的數值下,m/n>3或者m/n< 1/4都可以得到基本上不穩泡的效果,通俗的說就是當矽含量很高或者很低的時候,所得到的流平劑都是不穩泡的,而如果做成矽含量很高的品種,就能得到手感出色,不穩泡,但是相容性略差的流平劑,如果做成矽含量很低的品種,則所得到的流平劑的性能就是相容性很好,不穩泡但是手感不足的有機矽流平劑。

5. 重塗性:一般來說,m+n的數值越大且m/n的數值越高,越容易出現重塗性的問題,另外聚醚端基R基團的種類也會對重塗性產生影響。

6、消光粉的定向能力:根據試驗,消光粉定向的能力受m/n的數值和m的絕對值的影響很大,m的絕對值越大,有越好的消光粉定向能力。

來源:貓化工(ID:mhuagong),全國建材化工原料服務平臺。

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