涂料流平劑的機(jī)理及其應(yīng)用概述

  涂料是一種流動(dòng)狀態(tài)或粉末狀態(tài)的有機(jī)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(tǒng)稱(chēng)為涂料。涂料不僅能起防護(hù)、裝飾作用,而且還具有絕緣、導(dǎo)電、防靜電、示溫、防霉、殺菌等特殊功能,涂料技術(shù)的發(fā)展反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)化程度、科技的發(fā)展、人民生活水平以及國(guó)防力量等綜合因素,它{TodayHot}在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中正發(fā)揮著愈來(lái)愈突出的作用。粉末涂料以其100%的固體分,生產(chǎn)與施工中無(wú)ＶＯＣ排放,有利于環(huán)境保護(hù),同時(shí)由于其利用率高達(dá)90%～95%,涂裝周期短,生產(chǎn)效率高等優(yōu)越性能而廣泛應(yīng)用于家電、機(jī)械、電子、建筑、化工、航天航空、礦山冶金等各個(gè)領(lǐng)域。

  我國(guó)自80年代以來(lái),已大量研究應(yīng)用,現(xiàn)已初步形成了一個(gè)較完整的體系,但涂料不管采取何種涂裝手段,經(jīng)施工后,均存在溶劑蒸發(fā)、聚合物流動(dòng)的成膜過(guò)程,由于溶劑蒸發(fā)、聚合物與基材的潤(rùn)濕程度不同往往造成漆膜出現(xiàn)張力梯度,從而導(dǎo)致漆膜出現(xiàn)皺紋和縮孔,一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象,則漆膜的裝飾性及漆膜的耐水性、耐溶劑性均會(huì)下降。國(guó)內(nèi)外較多地進(jìn)行了縮孔形成機(jī)理的研究,研究認(rèn)為:涂膜縮孔的形成與其自身的流平性關(guān)系甚大。通過(guò)大量的實(shí)踐,在電子顯微鏡下觀察,不難發(fā)現(xiàn)涂膜的縮孔,可以看到絕大多數(shù)的縮孔都是由很少部分未被充分潤(rùn)濕的顆粒與周?chē)鷞HotTag}不相容的樹(shù)脂所形成的旋渦狀結(jié)構(gòu)。

  Ｃ.Ｐａｔｔｏｎ先生對(duì)此現(xiàn)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(zhì),由于低表面張力物質(zhì)總是呈現(xiàn)伸展擴(kuò)展趨勢(shì),使得它從中心向四周擴(kuò)散,而四周緊近相觸的高表面張力部分又呈收縮趨勢(shì),在二者相互作用下,永久性縮孔就得以形成。對(duì)如何控制涂料縮孔現(xiàn)象也有較多的報(bào)道,集中在兩個(gè)方面:

(1)改進(jìn)涂料的涂裝技術(shù)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(duì)粉末涂料本身進(jìn)行控制,如原材料的控制,選擇流平劑。兩種辦法對(duì)比起來(lái),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(guò)程中形成一個(gè)平整、光滑、均勻的涂膜。目前流平劑的設(shè)計(jì)應(yīng)保證具有下面三個(gè)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(rùn)濕性,即減小因溶劑揮發(fā)導(dǎo)致的張力梯度,以相溶性受限制的長(zhǎng)鏈樹(shù)脂為主要組成物,常用的有聚丙烯酸脂類(lèi)、醋丁纖維素類(lèi),其產(chǎn)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(diào)整溶劑的揮發(fā)速度,降低粘度、提高涂料的流動(dòng)性,在溶劑型涂料中常以芳烴、酮類(lèi)、酯類(lèi)或多官能團(tuán)的優(yōu)良溶劑———高沸點(diǎn)溶劑混合物為主要組成,它調(diào)整了溶劑的揮發(fā)速度,使涂料在干燥過(guò)程中具有平均的揮發(fā)速度及溶解力,主要產(chǎn)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(jì));

(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(zhǎng)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(jī)基改性硅氧烷、氟化硅氧烷等,其主要產(chǎn)品有ＢＹＫ-300,ＢＹＫ-306,ＢＹＫ-323等。另外含氟表面活性劑對(duì)于廣大范圍的樹(shù)脂及溶劑具有優(yōu)良的相容性和表面活性,能有效地改善浸潤(rùn)性、分散性、流平性。其在熱固型水溶性環(huán)氧、氨基樹(shù)脂白色面涂料中有很好的應(yīng)用。

  Ｈａｊａｓ,Ｊａｎｏ等研究了以化學(xué)組成和分子量不同的各種聚丙烯酸為基礎(chǔ)的不同種類(lèi)的流平劑在粉末涂料中的應(yīng)用技術(shù),通過(guò)激光光波測(cè)定表征了粉末涂膜的流動(dòng)性隨添加劑濃度的變化。以前,對(duì)涂料流平劑的研究基本上處在憑實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)摸索的水平上,隨著涂料流變性測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,人們開(kāi)始了對(duì)流平劑改善涂料流平性機(jī)理的研究如:ｓｔｒｉｖｅｎｓ討論了流變添加劑控制涂料流動(dòng)性,產(chǎn)生流變性結(jié)構(gòu)的基本原理,添加劑的類(lèi)型及如何測(cè)定流變性結(jié)構(gòu)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(guó)產(chǎn)擠出式毛細(xì)管流變儀,考察了丙烯酸樹(shù)脂分子量、粘度,流平劑等因素對(duì)丙烯酸粘度的影響。

  石秀強(qiáng)、陶婉蓉等用Ｉｎｓｔｒｏｎ321型毛細(xì)管流變儀討論了醋酸鋅、苯甲酸衍生物及硅砂對(duì)聚丙烯酸酯熔體粘度(η)的影響。結(jié)果表明聚丙烯酸酯熔體是非牛頓流體,其流動(dòng)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(shí)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(xì)管流變儀,對(duì)影響甲基丙烯酸縮水甘油酯(ＧＭＡ)類(lèi)丙烯酸粉末涂料流變性能的諸多因素,如基體樹(shù)脂的分子量、流平劑用量、固化劑用量等流平劑的用量對(duì)涂料的影響進(jìn)行了較多的研究。

  目前,涂料用流平劑種類(lèi)較多,我們按其使用的場(chǎng)合大致可分為三類(lèi),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(lái)主要報(bào)道研究的產(chǎn)品。近幾年來(lái),國(guó)內(nèi)外對(duì)水性涂料用流平劑進(jìn)行了大量的研究。由于環(huán)保型涂料如:水性涂料、粉末涂料等的研發(fā),帶動(dòng)了與其相關(guān)的流平劑的發(fā)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(guò)濾、相變、成品包裝等5個(gè)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(fā)劑一般用ＢＰＯ、ＡＩＢＮ,聚合溫度控制在80～90℃,溶劑用甲苯、二甲苯、環(huán)己烷等,聚合物的相對(duì)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(kāi)始研究以來(lái),原來(lái)單一功能的涂料流平劑已經(jīng)不能滿(mǎn)足社會(huì)的要求,無(wú)毒、無(wú)污染、多功能的涂料流平劑才能滿(mǎn)足人們的需要。同時(shí)從提高經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的角度考慮,應(yīng)注重原料的選擇、生產(chǎn)技術(shù)路線的優(yōu)化,改良現(xiàn)有產(chǎn)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(wèn)題。