水性聚氨酯用流平剂概述.doc

chinaPu27第二届水性聚氨酯技术与应用研讨会论文集水性聚氨酯用流平剂概述何英伦上海纳宝摘要：阐述了水性聚氧酯在使用过程中表面产生水性聚氨酯配方、组成等内在因素产生缩孔。当存 缺陷不流平的现象，形成原因；介绍了常用流平荆的种在不相容或相容性差的组分时往往会产生点状的缩 类。以及各自的特点，以反流平效果的评价方法。 孔，特别是添加一些手感剂、蜡感剂时，这种现象尤其 明显。其次，在使用过程中，有于受到污染或操作工具关键词：水性聚氨酯流平剂不干净而带入杂质，如灰尘、油污等，均可导致缩孔现象，油污和杂质主要造成火山口式缩孔；底材处理不干1前言 净，有油污、灰尘等杂质时，由于未能被充分润湿，而水性聚氨酯在使用和施工之后有一流动及干燥成导致露底式缩孔。膜过程然后逐渐形成一个平整均匀的膜，涂膜能否达这种缩孔的形成可以用表面张力现象来解释，当 到光滑平整并充分润湿基材，称为流平性。缩孔是水性 水性聚氨酯涂布到工作面上时，水性聚氨酯的表面张力聚氨酯在干燥过程中的一个缺陷之一 为Yl，底材的表面张力为Y 2，此时，如果Y 2Y L，在实际施工过程中，由于流平性不好，水性聚氨酯 则易润湿，表面平整，如果Y 2Y 1，但随着水分的挥发， 得表面不平整；当用做粘合剂时，不能成分掺透到边涂层的表面张力会发生变化，逐渐提高，当等于Y 2时， 角，影响粘舍力；产生这些现象的原因和施工环境、和 就会出现缩边或缩孔，但如果此时涂层的黏度已经很 使用状况、以及材料本身的缺陷有关。在众多的水性聚 大，表面张力不足以使涂层产生收缩，那么就不会出现 氨酯助剂中，流平剂的开发的比较晚，但由于最近水性 缩孔和表面缺陷。 聚氨酯逐渐被应用于木器涂料、合成革干法层、纺织面 液相中的每个分子都受到周边相邻分子的作用力， 料的涂层等，在这些领域的应用要求水性聚氨酯必须具 这些力均匀分布在各个方向如果一个分子处在液体和 有良好的表面流平性，因此对流平剂的使用和性能提出 空气的界面上，那么该分子只受到来自液体内部的吸引 了更高的要求。力，因此该分子具有较高的自由能，所有的体系都有达到低自由能的趋向，对于均一相的液体它的自由能是最2表面缺陷及形成的原因 低的。表l列出了常见溶剂的表面张力。缩孔和不流平是涂层最为常见的表面缺陷，又称火表l常见溶剂的表面张力山口、坑口，是指涂膜上形成不规则的、有如碗状的、溶剂名称 表面张力，10小的凹陷，使涂膜失去平整性。其形状从表观上可分为水73平面式、火山口式、点式、露底式、气泡式等。如图l丁二醇 32二甲葶30200f溶剂汽油26图1各种不流平现象示意图一正己瘫 一1r一醋酸丁酯 25缩孔的形成有几个方面的原因chinaPu2007第二届水性聚氨酯技术与应用研讨会表2列出了各种底材的表面张力，总的来说涂料的 式中表面张力必须小于或等于底材的表面张力，否则无法润 a0一初始振幅，c：湿底材。氐一经过时间t时的振幅，c 表2各种底材的表面张力h一涂层平均厚度，c：底材名称 表面张山 一波长，cm：玻璃70Y一涂料的表面张力。dyn(105Nc)：磷化钢板 45q一粘度，(01Pas)：PVC3942t一时间，S。聚苯乙烯 3642 假设时间间隔很小可按照每一分时间间隔数缩聚乙烯 3239减，则上式可变换为：铝板 3335聚丙烯 28 甜-杀击k普聚四氟乙烯 lO该方程式的意义是，流平的时间和流平的次数成正 玻璃的表面张力是晟大的，比较容易涂装，而聚四比如果吼差值越大，表示流得越平，起1n值也越氟乙烯的表面张力非常低，一般的涂料很难涂装，而这大，相当于流平次数越多。表面张力是流动中的推动真是聚四氟乙烯材料具有优良的防水防油性能的原因。力，当配方确定之后，这是个定值，因此在上式中Y是 除了表面张力本身，表面张力的差异也会影响涂膜个常数；此时涂层的厚度和波长的影响就比较大，厚度的性能，如果低表面张力的颗粒落到高表面张力的液膜的影响是3次方，波长为4次方，相当于涂层的厚度增加上，就会形成表面张力剃度；如果两中表面张力不同的一倍，则流平时间削减18，反之，涂层的厚度减半则液体混合在一起，则表面张力低的液体就会迁移到表面要增加流平时间8倍，波长的影响为：波长增加一倍，则 上这种趋向也会造成缩空。流平时间增加16倍。3流平作用4常用流平剂当水性聚氮酯涂布到底材上时，不可避免的会产生根据以上的分析，为改善流平性，应从以下几方面 刷痕如果流平性好的话，则过一段时间后刷痕会消加以考虑：失，但如果涂层成膜之前没有流平的话则这些刷痕就会(1)降低浆料的表面张力，使浆料和底材具有良 一直保留在上面。影响外观，流平的推动力是表面张好的润湿性，并且不致引起表面张力梯度。力，它有使表面积缩小到最小的趋势，使刷痕消失成为(2)调整溶剂的蒸发速度，降低黏度改善浆料 光滑平整的表面。如图2盛的流动性，延长流动时间。(3)在浆料表面形成极薄的单分子曾、层，以提 供均匀的表面张力。苎弋夕Q乙互王1皿水性聚氨酯常用的流平剂有：(1)长链树脂类，如：丙烯酸酯类、醋丁纤维素类、硝化纤维素类等其作用是降低浆料和底材之间的 图2流平过程表面张力而提高润湿性，其相对分子量不高，同浆料并 图2是以横截面表示刷痕流平现象，图层的平均厚不完全混容，因其表面张力较低可以从树脂中渗出 度为h，刷痕幅度为a，控制刷痕的线性尺寸为，刷痕剖使得被处理表面润湿，排除被固体表面吸附的气体分 面的周边曲线按照正弦波处理，按照Rhodes和0rchaed关子如果这种被吸附的气体分子若被排除的时间过迟， 系表示如下：涂料的黏度会迅速上升阻碍气体的排除，这样就会在暗：一种：寺m固化涂膜表面形成凹穴、缩孔和结皮等缺陷。常用的有EAsntAN的CAB一38卜01、CAB-55卜00l、CAB一38卜20等。(2)有机硅类，如二苯基聚硅氧烷、甲基苯基聚硅47chinaPu2007第二届水性聚氨酯技术与应用研讨会论文集氧烷、有机基改性聚硅氧烷等可在浆料的表面形成均 平性的测定”该标准采用刷痕法或喷涂法，简单、方 一的单分子层降低浆料的表面张力，使浆料的表面张 便但不能评出流平的等级，采用该方法涂刷时涂刷 力小于底材的表面张力，这样底材就容易被浆料所润时间不多于23分钟，然后在样板中部由一边到另一边涂 湿，起到防缩孔、流平作用。通常这类流平剂的黏度较刷一道，自刷子离开样板的同时，启动秒表记录完全形 低大概在01Pas，有利于促进流动性、流平和增光 成完全平滑表面所需时间。 性，如果分子量继续增加，黏度变大，表面张力会变1999年颁发的“JB3998一1999涂料流平性涂刮测定 化，使得与浆料的相容性变差，反而会出现缩孔现象。法”，该方法简单、经济、实用，而且可以评出等级，聚醚有机硅是目前使用最为广泛的防缩孔流平剂，具体操作为：将试验表面平放于玻璃扳上，涂刮导板放由于硅的连接方法不同又可分为si廿c型，其结构在试验表面一侧，并平行于试验表面长边，刮刀槽口向-为：P，甲e、，me，叮峙 下，开口向操作者，紧靠导板放在试验表面远端。然 me一争一013io七【8一。七8lme后，把10 mL调到工作粘度的均匀涂料试样置于刮刀内 南e6 而eme沿。一手压紧导板，另一手持刮刀沿着导板由远向近匀速涂刮至试验表面近端。将刮好的试验表面水平放置进cH2cH2cH20(Eo：(Po)hH行干燥。干燥条件按涂料产品标准或施工条件规定。如其有机硅长链和聚醚部分是通过si_o吒结构来连接图3。 的，这类有机硅具有良好的润湿性，能改善流平、增进 光泽等作用，但在一定条件下，遇水会发生水解反应， 使得聚醚部分和有机硅部分发生断裂并产生不利的副作用。另外一类是si-c型。起结构为：甲，叩，叩8，me mesI018lo七I 8io靠8|-”e 南eI南emecH2cH2cH20(Eo二(Po)bHII薯毫盈，-蠢平刀-翻簟其有机硅长链和聚醚部分是通过sic结构来连接的，具有优良的耐水解性；在上面的结构中，n值越小，图3操作示意图 m值越大，平滑效果越好，但n不能太小，否则和浆料的 统计试验表面上已流在一起的平行带对数量，对照 相容性就差。总的来说n值和m值必须在适当的范围内才流平等级图(图4)定出流平等级。“10”级表示流平性 能发挥其最佳的效果，BYK一30l、B1兀(一346、BYK一306、最好，“0”级表示流平性最差。具体评定如下： Dc7213、A_1120、NB一77、NB一79等都是该类产品。(3)有机氟类表面流平剂： 通常是一些和树脂 具有良好相容性的有机氟表面活性剂，对改善闰湿、分 散、和流平性特别有效，但这类流平剂的价格比较昂 贵，一般在特殊的场合才会用常用的有Dimond sha皿rock的sN一904、905；Troykyd Q148水性放缩孔剂 等。5检测评价方法 当水性聚氨酯加入流平剂后，流平效果一般采用目测判断，通常为了得到准确的数据也有采用间接法，通过涂膜光泽度的提高来说明。在我国对于涂料类产品椰雌，珊m。瓤m耵耵H耵的流平性，已发布了国家标准“GBl75079(89)涂料流圈4藏平等拯田ChinaPU2007第二届水性聚氨酯技术与应用研讨会如果涂膜的平行带对只是大部分流在一起，则评定 出奇数等级，例如，已经有两对平行带全部流在一起， 则后者定为1级再加上已流在一起的两对所定出的4 级，便定为5级。如此类推。另外也可参考国外的标准“ANsIAsTM2801涂料流 平性涂刮测定法”，“RocT2182376涂料流平性测定 法”等。以上这些方法都可以根据实际情况用来评价水 性聚氨酯的流平性。6结束语 总的来说，流平剂是水性聚氯酯在应用过程中一个重要的助剂，其选择和应用必须结合实际的情况采用不 同的产品，如水性聚氨酯的类型、接触面的材质、使用 场台、成膜情况、相容性等。但目前这类产品主要被国 外公司垄断，国内这方面相对研究的比较少，着也是发 展我国高性能的水性聚氮酯产品必须突破的瓶劲，为此 本公司加大了这方面的开发力度。并取得了一些进展， 最新开发的产品NB一77经多家厂家的试用