不再有起伏:掌握水性涂料平整| 2021-06-02 | PCI杂志

水性涂料在干燥过程中，特别是经过喷涂等高速涂装后，表面光洁度会出现一些不规则或明显的纹理。这包括表面涂层缺陷，如陨石坑，鱼眼，针孔和波浪效应。良好的基材润湿性和液体涂层的流平性使其具有良好的表面形貌。这些特性在干燥过程中提供了连续均匀的薄膜，从而实现了更好的机械性能。这些特性与表面张力问题直接相关，特别是在两个界面——液体-空气和液体-基质。

掌握表面张力现象

表面缺陷

表面缺陷通常是由液体-空气界面表面张力的不均匀性引起的，在那里液体倾向于减少其表面积以减少能量。例如，由于这些非均质性和在干燥阶段，水蒸发，从而在挥发性成分所在的地方激活局部表面张力的上升。流体倾向于这些区域，造成波浪和不规则。这也可能发生在具有低表面能的污染物的界面上(图1和图2)。

最常见的表面缺陷是坑洞或鱼眼。在表面张力较高的区域，这些缺陷表现为小的圆形缺陷(弹坑为1 - 5毫米，鱼眼为20毫米)，并使表面外观恶化。此外，如果液体没有形成均匀的层，溶剂分子在干燥阶段后会残留，形成压力锅。这些被称为针孔(或爆孔)，并在干燥表面出现小点(小于1毫米)。也有橘皮效应-作为一个结构和波状的表面地形。橘皮可能会导致图像清晰度(DOI)不恰当，它表示由涂层表面反映的图像质量。该数据是对光泽度测量的有用补充，以表征表面的平滑度和外观。液体的浑浊也会使其恶化。

水准测量

我们的表面添加剂是类似表面活性剂的聚合物。由于它们的化学结构，它们在液-气界面上迁移并定位。这些聚合物可以在必要时进行有机改性，以调整其他性能(流动、滑移等)，并与介质产生或多或少的兼容性。

添加剂的化学结构必须与介质稍微不相容，这样它才能向界面迁移并起到减少短波的作用。另一方面，它必须与媒体充分兼容，以避免透明涂层模糊。因此，流平剂集中在液-空气界面，使涂层的表面张力均质化。平衡该界面的表面张力有助于显著减少短波，从而改善流平并防止表面缺陷。

衬底润湿

适当的衬底润湿对实现良好的流动和流平至关重要。通过液体与基底之间的低接触角(图3)，可以促进良好的基底润湿。当液体的表面张力低于基底的表面能时，可能会产生低接触角(θ < 90°)。因此，可以通过降低液体的表面张力或增加基材的表面能来改善基材的润湿性。表面添加剂通过降低液体涂层的表面张力作用于第一个参数。

水是一种具有高表面张力(73 mN)的液体。m-1在20°C)相比通常用于涂料的溶剂(从20到70 mN.m-1)。因此，用水性涂料获得良好的基材润湿性更具挑战性

表面添加剂的开发需要更好的妥协:如果添加剂提供的表面张力过低，基板润湿性会得到改善，但更难避免表面的波动效应。如果表面张力过高，可能会发生基材润湿问题。

调平剂的其他能力

根据其化学结构，一些表面活性添加剂还可能对配方产生其他积极或消极的影响。例如，它们可以作用于液体的流动，轻微地改变流变性，或者更烦人的是，稳定泡沫。或者，一旦系统干燥，它们可能会改变表面的滑移特性，雾度，涂层粘附性等。它们甚至可能对液体涂层的开启时间或干燥时间产生影响。在应用过程中，较长的打开时间可以是有趣的，因为它可以使涂层具有更好的工作性。它还延长了流平剂调节空气界面表面张力的可用时间，提供更好的涂层流平。因此，在选择有效的找平剂或基材润湿剂时，还要考虑其他参数，这一点很重要。

化学的两个家族

两种不同的化学物质通常用于生产水性涂料的流平剂。首先，有聚硅氧烷基添加剂，可以大大降低液体的表面张力。它们的流动性特别好，而且能有效地减少波浪效应，从而减少橘皮。但在多层体系中，它们有时会降低涂层间的粘附性。其次是聚丙烯酸酯基的流平剂(均聚物或共聚物)。它们在降低液体表面张力方面效率较低，但它们的化学结构允许它们在减少陨石坑或针孔方面非常有效。它们还有助于减少橘皮。它们与介质的兼容性提高了效率，同时避免了模糊。

新添加剂系列

Synthron的Modarez®PW系列包括几种高效的找平剂和基材润湿剂。表1给出了四种添加剂的基本数据。

Modarez PW 336是一种丙烯酸基添加剂，具有游离羟基官能团，特别有效地改善流动和水平。它的作用是立即可见的，因为它可以减少陨石坑和橘皮。由于其粘度较高，为方便处理，建议采用稀释版Modarez FA 365。Modarez PW 363也是一种丙烯酸基添加剂，具有良好的表面平整性能。本产品在不影响总干燥时间的情况下，提高了保护漆干燥阶段的开放时间。最后，Modarez PW 677也是一种流平剂，可以显著提高涂层的表面外观，具有较高的基材润湿性能的附加值。因此，该添加剂特别适用于低表面能基材，例如打算涂覆水性系统的塑料。

在法规方面，所有这些添加剂都不含voc，符合欧盟生态标签(2014/312/UE)，这可能有助于减少配方中其他含溶剂的成分。此外，Modarez PW 336和FA 365符合FDA 175-300标准。

实验研究

配方

在经典白色水性建筑涂料中评价了流平剂。表2和表3详细列出了为测试其性能而定义的这些漆基的公式。

在工艺结束时加入调平剂，并在自动搅拌下均质到系统中。在这些实验中，所用的剂量为2.5%。每一种产品都保留了不含添加剂的漆基样品作为参考。

测试过程

调平和衬底润湿试验

为了更好地观察表面涂层方面，涂料应用于光滑的玻璃板，之前已经用乙醇脱脂。涂料样品使用k涂层棒在100微米的湿膜厚度下沉积。第二次应用于铝质q板A-35，以完成测试。干燥过程在环境温度(23℃)下进行。在每次测试中，同时涂有和没有平整剂的油漆。

为了测试基材的润湿性，在聚丙烯和聚乙烯板上应用了涂层。这些材料具有188金宝搏bet官网30达因的低表面能。Cm-1，这使得它们很难用传统涂料回收，甚至更难用水性涂料回收。为了突出测试中衬底润湿的差异，衬底在应用前没有进行表面处理(例如等离子体技术)。塑料面板在使用前简单地用乙醇清洗。

用湿的和挤压的刷子将油漆样品涂在薄层上。在接下来的几秒钟内，用一根小木棍在湿胶片上画了一个标记。这有助于观察最终的脱湿效果。事实上，当涂层没有正确地湿润基材时，它往往会缩回，使塑料孔出现，有时形成液滴(爬行效应)。涂层的润湿能力在应用后立即可见。

开放时间测量

打开时间和干燥时间通过根据Beck Koller方法(ISO9117-4:2012)操作的干燥时间记录仪进行测量。涂料样品以120µm湿厚涂抹在300x25mm玻璃带上，使用立方体涂抹器。将涂有涂层的条带放置在设备上，由移动机架携带的半球形针在6小时内穿过条带的长度。测试结束后，读取干燥时间阶段如图4所示。在实践中，所有这些阶段并不总是显而易见的。更常见的是，我们可以很容易地观察到硬干时间(我们称之为干燥时间)和无粘时间(我们称之为打开时间)。

实验结果

添加Modarez PW添加剂显著改善了测试涂料的流动性和流平性。表4总结了他们的评价结果。通过作用于液体涂层的表面张力，这些用于水性系统的流平剂可以帮助消除许多表面缺陷，如针孔、弹坑或橘皮。

在实验室中进行的不同实验中，下面突出显示了一些水平改进的例子。在含有Modarez PW 677的Paint A玻璃面板上的应用表明，添加剂可以消除表面涂层上的针孔(图5)，从而显著改善干燥漆膜的外观。

此外，在铝q板A-35上的应用表明，Modarez PW 677改善了油漆B的流动和流平。如图6所示，非添加剂的油漆B出现了一些由应用引起的标记(在本例中，是k -涂布机)，而含有添加剂的油漆表面出现了任何浮雕。

实验也证明了Modarez PW 677能更好地增强基材润湿性。事实上，涂料A在应用后立即收缩，使聚丙烯和聚乙烯面板上出现许多脱水区域。然而，当涂料中含有该添加剂时，液体涂层的表面张力得到了充分的修饰，能够适当地在基材上扩散并获得良好的润湿性。这在图7中很明显。另外，对该涂料的涂层间附着力进行了测试，结果表明Modarez PW 677对该参数没有负面影响。