涂料流平劑的機理及其應用概述

  涂料是一種流動狀態或粉末狀態的有機物,能均勻覆蓋在物體表面上,并且牢固地附著在物體表面,統稱為涂料。涂料不僅能起防護、裝飾作用,而且還具有絕緣、導電、防靜電、示溫、防霉、殺菌等特殊功能,涂料技術的發展反映了一個國家的工業化程度、科技的發展、人民生活水平以及國防力量等綜合因素,它{TodayHot}在國民經濟發展中正發揮著愈來愈突出的作用。粉末涂料以其100%的固體分,生產與施工中無ＶＯＣ排放,有利于環境保護,同時由于其利用率高達90%～95%,涂裝周期短,生產效率高等優越性能而廣泛應用于家電、機械、電子、建筑、化工、航天航空、礦山冶金等各個領域。

  我國自80年代以來,已大量研究應用,現已初步形成了一個較完整的體系,但涂料不管采取何種涂裝手段,經施工后,均存在溶劑蒸發、聚合物流動的成膜過程,由于溶劑蒸發、聚合物與基材的潤濕程度不同往往造成漆膜出現張力梯度,從而導致漆膜出現皺紋和縮孔,一旦出現這種現象,則漆膜的裝飾性及漆膜的耐水性、耐溶劑性均會下降。國內外較多地進行了縮孔形成機理的研究,研究認為:涂膜縮孔的形成與其自身的流平性關系甚大。通過大量的實踐,在電子顯微鏡下觀察,不難發現涂膜的縮孔,可以看到絕大多數的縮孔都是由很少部分未被充分潤濕的顆粒與周圍{HotTag}不相容的樹脂所形成的旋渦狀結構。

  Ｃ.Ｐａｔｔｏｎ先生對此現象的解釋為:涂料在熔融流平,在局部地方形成了表面張力梯度,即縮孔部分為低表面張力物質,由于低表面張力物質總是呈現伸展擴展趨勢,使得它從中心向四周擴散,而四周緊近相觸的高表面張力部分又呈收縮趨勢,在二者相互作用下,永久性縮孔就得以形成。對如何控制涂料縮孔現象也有較多的報道,集中在兩個方面:

(1)改進涂料的涂裝技術如:靜電噴涂法、流化床涂裝法、靜電流化床涂裝法與粉末電泳涂裝法等;
(2)對粉末涂料本身進行控制,如原材料的控制,選擇流平劑。兩種辦法對比起來,添加防縮孔的流平劑是克服這些弊病的有效方法。

  流平劑是一種涂料助劑,它能促使涂料在干燥成膜過程中形成一個平整、光滑、均勻的涂膜。目前流平劑的設計應保證具有下面三個功能:

(1)降低涂料與基材之間的表面張力,使涂料與基材具有最佳的潤濕性,即減小因溶劑揮發導致的張力梯度,以相溶性受限制的長鏈樹脂為主要組成物,常用的有聚丙烯酸脂類、醋丁纖維素類,其產品主要有:ＥＡＳＴＭＡＮ的ＣＡＢ-551-0.01和ＣＡＢ-551-0.2,其加入量一般為涂料總量的0.1%～0.2%等;

(2)能調整溶劑的揮發速度,降低粘度、提高涂料的流動性,在溶劑型涂料中常以芳烴、酮類、酯類或多官能團的優良溶劑———高沸點溶劑混合物為主要組成,它調整了溶劑的揮發速度,使涂料在干燥過程中具有平均的揮發速度及溶解力,主要產品有:德謙公司的411、433、455、466等,加入量一般在0.1%～1.0%之間(按涂料總量計);

(3)在漆膜表面能形成單分子層,以提供均一的表面張力,以相容性受限制的長鏈硅材脂為主要組成,常用的有二苯基聚硅氧烷,甲基苯基聚硅氧烷、有機基改性硅氧烷、氟化硅氧烷等,其主要產品有ＢＹＫ-300,ＢＹＫ-306,ＢＹＫ-323等。另外含氟表面活性劑對于廣大范圍的樹脂及溶劑具有優良的相容性和表面活性,能有效地改善浸潤性、分散性、流平性。其在熱固型水溶性環氧、氨基樹脂白色面涂料中有很好的應用。

  Ｈａｊａｓ,Ｊａｎｏ等研究了以化學組成和分子量不同的各種聚丙烯酸為基礎的不同種類的流平劑在粉末涂料中的應用技術,通過激光光波測定表征了粉末涂膜的流動性隨添加劑濃度的變化。以前,對涂料流平劑的研究基本上處在憑實踐經驗摸索的水平上,隨著涂料流變性測量技術的發展,人們開始了對流平劑改善涂料流平性機理的研究如:ｓｔｒｉｖｅｎｓ討論了流變添加劑控制涂料流動性,產生流變性結構的基本原理,添加劑的類型及如何測定流變性結構的方法,陳義芳研究了熱固性丙烯酸粉末涂料的流變性,作者采用國產擠出式毛細管流變儀,考察了丙烯酸樹脂分子量、粘度,流平劑等因素對丙烯酸粘度的影響。

  石秀強、陶婉蓉等用Ｉｎｓｔｒｏｎ321型毛細管流變儀討論了醋酸鋅、苯甲酸衍生物及硅砂對聚丙烯酸酯熔體粘度(η)的影響。結果表明聚丙烯酸酯熔體是非牛頓流體,其流動活化能隨著剪切速率的增大而減小。加入醋酸鋅后,η有明顯的提高;而同時加入等摩爾的醋酸鋅和苯甲酸衍生物后,η保持不變,加入硅砂后,η有明顯提高。胡曉川、舒紅鳳、劉亞康等以威森伯格流變儀和擠出式毛細管流變儀,對影響甲基丙烯酸縮水甘油酯(ＧＭＡ)類丙烯酸粉末涂料流變性能的諸多因素,如基體樹脂的分子量、流平劑用量、固化劑用量等流平劑的用量對涂料的影響進行了較多的研究。

  目前,涂料用流平劑種類較多,我們按其使用的場合大致可分為三類,一是粉末涂料用流平劑,二是溶劑型涂料用流平劑,三是乳膠涂料流平劑。表1列出了近幾年來主要報道研究的產品。近幾年來,國內外對水性涂料用流平劑進行了大量的研究。由于環保型涂料如:水性涂料、粉末涂料等的研發,帶動了與其相關的流平劑的發展。流平劑的制備工藝流程如圖3所示,主要包括溶解、聚合、過濾、相變、成品包裝等5個步驟。

  丙烯酸系流平劑的合成一般用丙烯酸丁酯與胺、烷基酯聚合,聚合引發劑一般用ＢＰＯ、ＡＩＢＮ,聚合溫度控制在80～90℃,溶劑用甲苯、二甲苯、環己烷等,聚合物的相對分子量控制在4000～10000,分子量分布越窄,流平效果越好。目前流平劑聚合的方法有乳液聚合、離子聚合、自由基聚合等方式。流平劑自70年代末開始研究以來,原來單一功能的涂料流平劑已經不能滿足社會的要求,無毒、無污染、多功能的涂料流平劑才能滿足人們的需要。同時從提高經濟效益與社會效益的角度考慮,應注重原料的選擇、生產技術路線的優化,改良現有產品。如吳克讓等人用酰胺改性得到多功能流平劑ＨＴ105Ｂ,有效地解決了“相溶性”的問題。