涂料助剂 作用说明书

possible 可能的
- OH reactive groups 反应基团： - COOH
流平缺陷原因
（一）桔皮和发花
涂料经涂布后，当溶剂从涂膜中挥发时，由于在温度、表面或界 面张力以及密度上存在的差异，会形成涡动液流。在涂膜表面上的溶 剂的挥发，使其粘度增加，表面温度降低。表面处得物质的比重和表 面张力增加，表面处得物质因而会下沉到涂膜底部。涂膜的吓层富集 溶剂，表面张力低，会突破上面的涂膜而扩展到其表面上，于是溶剂 得以挥发。这一上升、扩展、下沉的程序是连续不断地重复着。因为 涂膜总是力求恢复上层和下层之间的平衡的，这便导致这便导致局部 的涡动液流。
抑泡剂：
抑泡剂极易吸附在气泡膜壁上，它排除了稳定气泡的表 面活性剂，使得气泡膜的表面张力降低，泡沫壁变薄， 不均匀的气泡表面自由能造成了气泡的不稳定，在气泡 上浮的过程中就会被破坏掉。好的抑泡剂可抑制涂料在 搅动过程中产生过量的气泡。一种好的消泡剂其实也具 有好的抑泡效果
相溶性与消泡性
消泡 Optimum
两种不同的消泡机理
消泡剂液滴
消泡剂液滴 进入气泡液 膜
消泡剂分子 在气泡液膜 中铺展
当排液过程 使泡沫厚度 达到临界值 时，破泡就 会发生。 有机硅/聚合物/矿物油的消泡机理
消泡剂分子与液 体体系不相溶， 液体从消泡剂分 子中排开，并流 向表面张力高的 起泡体系
疏水颗粒进入 气泡液膜
气泡液体 不能润湿 疏水颗粒
表面活性剂通常是一头带极性或电荷亲水基团，另外 一头是疏水基团，其在体系中的指向如上图所示。当 排液过程发生时，带极性/电荷的一头相互靠近，由于 极性/电荷相同，相互排斥，使得液体向顶部回流，二 力达到平衡时使气泡稳定。
消泡原理
作为有效的消泡剂，必须满足以下条件：
必须能够降低体系的表面张力，即比体系的表面张力更低。 必须不溶于体系（至少部分不溶），而且应该具有耐久性。 消泡剂的液滴大小应该在于泡沫薄层厚度的范围内 消泡剂在体系中分散性好
消泡剂
泡沫
一般来说，采用泡沫的气体含量参数ψ来区分不同的泡沫类型
气体体积 气体体积 液体体积
对液体施加一定的外力可以产生气泡，气泡的稳定受很多的物理和 化学因素影响。气泡的稳定由液膜弹性决定，根据Gibbs弹性系数
公式计算其弹性系数。
要想气泡具有弹性，液体的表面张力必须随气泡表面积变 化，即dγ/dA >0
聚酯改性有机硅
1）相容性广泛 2）比聚醚更加耐高温 3）更低的稳泡行为 4）更小的重涂问题 5）滑度一般 6）比聚醚改性型的后期流动控制能力更好
聚丙烯酸酯共聚改性的有机硅聚合物
a 结构优势在： 1）性能可以自由调节，有大量的丙烯酸单体可以用来调整性能 2）与丙烯酸树脂，无论水性或溶剂型都能设计得到极好匹配的产品 3）有机硅的负作用更加容易回避 b 特点在： 1）轻微的滑度 2）很好的相容性 3）很强的抗缩孔能力 4）低稳泡性 5）低重涂性问题 6）很强的后期流动控制能力，这点远超聚醚改性有机硅 7）更多样的改性后性能，如聚醚、有机氟、乙烯基醚等的引入。
消泡剂的消泡过程可以采用进入系数E和铺展系数S来描述
E l ld d
E＞0，消泡剂能够进入气泡液膜中
γl：发泡液体表面张力 γd：消泡剂表面张力
S l ld d
γld：发泡液体和消泡剂之间的界面张力
S＞0，消泡剂可以在整个气泡液膜中铺展
为了保证S为足够大的正值，不仅要求γd要小， γld也要小，即 泡沫介质和消泡剂之间的界面张力要低，使其既不溶于体系中， 又能很好地在气泡壁展布。
漆膜缺陷 相容/溶解 气泡 不相容/不溶解
稳泡
消泡剂的选择
作为一种特殊化学品，消泡剂类型的选择非常重要。在选择产品
前，需要明确以下问题：
应用工艺是什么，在哪里产生泡沫？
起泡体系是什么？
体系为水性还是非水性？（如果是水性，pH值是多少？） 起泡体系的温度是多少？
消泡剂在具体发泡环境下性能不同，应用时应全面测试，以便在
γ S〈γ L 〉90°
光滑
粗糙
光滑
粗糙
是 是 b
是 是 c
是 是 否
是 是 d
是 否 否
a 否 否
a i·cosθ〈-1.00 是；i·cosθ〉-1.00否 b （γS-γI）〉γL是；（γS-γI）〉γL否 c i（γS-γI）〉γL是；i（γS-γI）〉γL否 d i·cosθ〉1.00 是；i·cosθ〈1.00否
(CH3)3 Si O
Si O
Si O
Si (CH3)3
-Polyether 聚醚 (EO / PO) - Aralkyl 芳烷基 - Polyester 聚酯 -Reactive 反应基团 - Acryl - COOH - OH
Alkyl 烷基 mN/m CH3 CH2CH3 (CH2)9CH3 21 26 32
y
x
流平剂结构
Chemistry of Acrylates 丙烯酸酯的化学结构
homopolymeres 齐聚物 statistical or blockpolymers 嵌段聚合物
R1
C CH2 C=O O n R
2
R1 = - H (Acrylate 丙烯酸酯) - CH3 (Methacrylate 甲基丙烯酸酯) R2 = - Alkyl 烷基 - Polyester 聚酯 - Polyether 聚醚 - Salt 盐
进入市场前实现最佳性能。
消泡剂的分类

有机硅消泡剂 不含有机硅聚合物型消泡剂
有机硅/聚合物型消泡剂
消泡剂的评价方法
• 相容性
目测法和透明度仪法
• 抑泡、消泡性
粘度低的鼓泡法，粘度高的比重法
• 漆膜外观
不会对漆膜产生各种不良
• 稳定性
常见消泡剂选择不当产生的问题
缩孔
针孔
橘皮
微泡
展色性下降
这种液流会导致不规则的，边缘相接的六角形网络的 形成，称之为贝纳得漩涡。清漆和色漆均会发生涡流流动， 当涂料粘度低并且涂膜比较厚时特别明显，而粘度增加和 涂膜厚度减少时就不太明显，在清漆和单色色漆中，因贝 纳德漩涡结构造成的弊病以橘皮现象显现；而在由一种以 上颜料组成的色漆中，粒度大（或解絮凝程度小）和密度 大的颜料在漩涡中央富集，而粒度小（或解絮凝程度大） 和密度小的颜料在富集在漩涡之间的边界处。
流平剂的作用原理
加入流平剂后，由于其较低的表面张力与树脂的相容性有限，在漆膜干 燥前期或后期迁移至漆膜的表面，在表面形成一个表面张力不随涂料成 膜而变化具有非常均匀表面张力的单分子膜，从而漆膜由不平整转为平 整的表面。
流平剂的分类及特点
• 有机改性聚二甲基硅氧烷
概述：此类流平剂是用聚醚，聚酯，丙烯酸酯，长链烷基或芳烷基改性的聚 二甲基硅氧烷，随改性基团结构，数量的不同，以及聚硅氧烷分子量的差异 而在用途上有所区别，但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，避免出现橘皮，刷痕， 辊痕，浮色等弊病；该类流平剂还能在涂膜表面形成一层极薄且光滑的膜， 从而提高涂膜滑爽性及光泽。
（二）缩孔
缩孔的形成是由于低表面张力的物质和体系不相溶所引起的。于 液体从低表面张力区域流向高表面张力区域，形成了缩孔。随着流平 的发生，因污染的程度不同而会发生缩边、鱼眼、蠕变、直至缩珠等 现象。
（三）厚边和画框效应
流平缺陷原因
（三）厚边和画框效应
（四）打电报和鬼影
当一涂层施工在另外一具有不均衡表面张力的涂层表面时，会出 现“鬼影”这一特别现象。当第一道涂层含有聚硅氧烷添加剂并由于 一些原因必 须部分打磨，就会出现这种漆膜缺陷。打磨后，表面会用 溶剂清洗。打磨和清洗会全部或部分地将聚硅氧烷从漆膜表面清除， 从而形成表面张力差异。在第一道涂层采用丙烯酸流平剂而不是聚硅 氧烷，可防止这种漆膜缺陷。
泡沫破裂
气泡液体与疏 水颗粒接触角 Φ>90°
疏水颗粒消泡机理
消泡、脱泡与抑泡
消泡剂：
消泡剂能显著降低气泡膜壁的表面张力，使存在于液 面上的泡沫壁变薄，导致膜的破裂，达到消泡的目的 。
脱泡剂：
脱泡剂是分散于液体介质中的低极性物质，脱泡剂分 子与液体介质之间的作用较弱，一旦两个这样的气泡 相互靠近它们就会融合成一个大泡，融合后的大泡上 升速度大大加快，一旦到达液面，气泡破裂后泡沫消 除。非硅消泡剂相比硅类消泡剂同体系相容性更好， 迁移到表面需要更长的时间，从而可以更好地帮助体 系内部泡沫的融合，即非硅消泡剂偏重于脱泡。但一 个好的脱泡剂并不代表是一个好的消泡剂。
附着力丧失
鱼眼
流平剂
流平剂原理
作为有效的流平剂，必须满足以下条件：
能够降低体系的表面张力，即表面张力低于体系，并且能够帮助均匀表面 张力。 与体系有限相容

接触角模型
引起自发润湿条件总结
表面张力体系
固体表面接 触角表面性 质
自发润湿类 型 附着 浸透 展布
γ S〉γ L 光滑 粗糙 〈90°
CH3 (CH3)3 Si O Si CH3 x
Compatible 相容
O
Si (CH3)3
incompatible 不相容
2 - 27
Leveling 流平
45 - 230
Slip 滑爽
380 - 1500
Defoaming 消泡
1800 - 2900
Hammertone 锤纹
流平剂结构
Organically modified polysiloxanes 有机改性聚硅氧烷 CH3 CH3
非硅聚合物消泡剂
聚丙烯酸酯聚合物
堆积模型：临界相容的聚丙烯酸酯流平剂在表面前期不会均匀展布，而是 在先迁移到界面，而后在波谷堆积。假如这时流平剂是改性有机硅，那么基 于极低的表面张力，这个波谷就会被稳定住。而聚丙烯酸酯的表面张力并无 如此大的优势，然后其聚合物链聚集于此形成一个高的表面能态，如果表面 张力足够大，这会形成周边的树脂往此处流动的驱动力。 特点在： 1）强的流平性 2）在许多体系能表现消泡能力和抑泡能力 3）层间附着力 4） 差的底材润湿能力 5）抗缩孔能力差
聚醚改性有机硅的特点
1）调节聚醚链段和有机硅链段比例、各链段的分子量、EO/PO不同比例的聚醚 的变化及线性改性硅和梳妆改性有机硅众多的变化可以得到各种特点的聚醚 改性有机硅，如稳泡性、滑度、底材润湿性，防缩孔性、流平性、重涂性等。 2）不耐高温
烷基和其他侧基改性的聚有机硅氧烷
1）较不相容，会导致体系外观浑浊； 2）很低的极性，一般不会溶解于酮类，但能很好地溶解于脂肪烃、芳烃； 3）迁移迅速，降低表面张力能力显著，强而快速的消泡作用，以致常常作为消 泡剂使用 4）比聚醚更加耐热 5）由于分支数量较多，且相容性差，所以滑度表现不佳 6）低相对分子质量的级别在极性差异较大的系统具有快速的迁移能力，对重涂 的影响反而较聚醚类的小 7）实际应用中对粉体表现出帮助排布的效果。
d E 2A dA
E = 弹性系数 A = 气泡表面积 γ= 液体表面张力
纯液体dγ=0，E=0，因 此，纯液体不能稳定气
涂料体系，含表面活性 剂， dγ/dA >0，稳定 气泡。
泡。
泡沫不稳定因素
重力
Step1：液膜液体在 重力作用下流向液 体百度文库系。
Step2：气泡顶部液 膜厚度变薄。
Step3：没有相反的作用力阻 止这种排液过程，当液膜厚 度达到临界厚度时，任何的 液体分子运动都能促使气泡 破裂。
（五）过喷漆雾
•
如果第一层涂层的表面张力比第二层喷雾要高的话，第二层喷漆 就会在第一层上附着显色（这在某些领域是要避免的，如工业铁桶的 喷涂）；但是如果在第一层涂料中加入低表面张力的助剂，使其体系 的表面张力低于第二层喷涂，则第二层喷涂难以在第一层中附着，或 者容易被打磨去掉。
氟碳改性聚丙烯酸酯流平剂
与聚丙烯酸酯流平剂相比，氟碳的引入最大的优势在于消除缩孔，前期的底 材润湿，一些氟含量不高的类型还具有更好的脱泡能力。
氟碳聚合物流平剂
典型牌号3M的FC4430 1）优异的底材润湿能力 2）抗缩孔 3）稳泡 4）无层间附着力
流平剂结构
Poly-dimethyl-siloxanes 聚二甲基硅氧烷
泡沫稳定因素 Marangoni 效应
Step1：液膜液体在 重力作用下流向液 体体系。
Step2：由于排液过程， 液膜顶部变薄，表面活性 剂含量减少。
Step4：排液与回流 达到平衡，泡沫稳 定。
Step3：表面张力梯度显示 顶部具有更高表面张力， 液体将从表面张力低的底 部回流至顶部。
静电效应