一、流平性的基本理論

什麼為流平性？塗料施工後，有一個流動及乾燥成膜過程，然後逐步形成一個平整、光滑、均勻的塗膜。塗膜能否達到平整光滑的特性，稱為流平性。

濕漆膜的運動可用三個模型來描述：

（1）在底材上的展佈流動-接觸角模型；

（2）由不平整表面向平整流動的正弦波模型；

（3）在垂直方向的貝納德漩渦。

它們正好對應濕膜流平的3個主要的階段－展佈，流平前期和後期，其間表面張力、剪切力、黏度變化、溶劑等因素均在各階段扮演重要角色。

1.展佈：流動-接觸角模型

塗料展佈的過程實質為液體濕潤固體的過程。楊氏方程式表述了這一平衡關係：

在Fowkes方法中，界面張力σsl計算基於兩相表面張力σs和σl及其交互作用。這些交互作用看作是表面張力或表面自由能色散力部分σD和非色散力部分（偶極力）σnD的幾何平均數：

Fowkes方程式來理解：因為流平劑結構的不同，導致它在界面介入時的范德華力σD，和偶極力σnD不同，因此即便流平劑的相互之間很接近σl，仍然在不同的體係表現出不同的σsl。

所以並不能透過測定一個添加了流平劑後的樹脂溶液的表面張力來評估一個流平劑的好壞。

2.正弦波模型-Orchard流平方程式

式中：a0—流動時塗層呈正弦剖面的初始振幅‚cm；

at—在時間 t 時刻的振幅‚cm；

X：塗層平均厚度‚cm；

λ—正弦波長‚cm；

γ—塗料表面張力dyn／cm；

η—塗料表觀黏度‚P；

dt—流動時間‚s。

※漆膜厚，波長短，黏度低和表面張力高均有利於流平

正弦波模型-流平時間

式中：a0 —流動時塗層呈正弦剖面的初始振幅‚cm；

at—在時間 t 時刻的振幅‚cm；

X：塗層平均厚度‚cm；

λ—正弦波長‚cm；

γ—塗料表面張力 dyn／cm；

η—塗料表觀黏度‚P；

t—流動時間‚s。

※塗料的表面張力高和塗膜厚對縮短流平時間是有利的。所以最好不要選擇強降低表面張力的流平劑，要選擇基材潤濕劑和不降低戓少降低表面張力的流平劑配合使用。

流動時間

Orchard流平方程式是基於理想狀態下理論模型；只有當漆膜具有牛頓流體特徵，揮發性夠低，過程中黏度及表面張力變化不大時，Orchard模型的預測結果與實際較為符合。

但實際流平過程中，常伴隨溶劑揮發，黏度增大，表面張力也隨之變化；同時塗料具有觸變性，在塗佈時處於高剪切作用下黏度降低；在流平時處低剪切狀態，粘度又會增大。所以，Orchard流平方程式在應用上也存在著很大的限制。

3.貝納德漩渦（Bénard Cell）

塗料展佈後一段時間，隨著溶劑的不均勻揮發和成膜樹脂系統本身的原因，漆膜表面表面張力梯度的形成不可避免，這導致了漆膜中極小範圍的流動-貝納德旋渦，可簡單地用下圖表示。由於界面吉布斯函數總是有減少的趨勢，因而塗料的低表面張力部分總是有向高表面張力部分流動的趨勢，它不同於水平流動，而有垂直方向的渦流。

二、流平性不良的表現及成因

1.流平性的不良表現

（1）縮孔

有低表面張力的物質存在，其與周圍的塗料存在表面張力差，這個差值就是縮孔形成的動力，促使周圍的液體流體向四周背離它(縮孔污源)而流開成凹陷-縮孔。

（2）橘皮

一般來說由於塗料經乾燥後的塗佈表面外觀呈現許多半圓狀突起，類似橘皮一樣的波紋，這種現象就被叫為橘皮現象。

（3）流掛

濕塗膜受重力驅動造成的流痕叫作流掛。

濕塗膜受重力驅動造成的流痕叫作流掛。塗膜中距離表面x位面積薄層引起流掛的拉力(即剪切應力X)：

2.影響流平性的因素

（1）塗料表面張力對流平的影響

塗料施工後，會出現新的介面：

a、塗料與底材之間的液/固界面；

b、塗料與空氣之間的液/氣界面。

如果塗料與底材之間的液/固界面的界面張力高於底材的臨界外表張力，塗料就無法在底材上鋪展，自然就會產生回縮、縮孔、魚眼等流平缺陷。

（2）溶解性能對流平性的影響

漆膜的乾燥過程中有時會產生一些不溶性的膠粒，不溶性膠粒的產生會導致形成外表張力梯度，在漆膜中常導致縮孔的產生。

另外，在含有外表活性劑的配方中，如果外表活性劑與體係不相容，或在乾燥過程中隨著溶劑的揮發，其濃度發生變化導致溶解性發生變化，形成不相容的液滴，也會形成外表張力差。這些都可能會導致縮孔的產生。

（3）濕膜厚度與外表張力梯度對流平性的影響

Benard旋渦－漆膜乾燥過程中溶劑的揮發會導致在漆膜外表與內部之間產生溫度、密度和外表張力差，這些差異進而導致產生漆膜內部的湍流運動，形成所謂Benard旋渦。

Benard旋渦導致的漆膜問題

a、會導致產生桔皮；

b、在含不只一種顏料的體系，如果顏料粒子的運動性有一定差異，Benard旋渦還很可能導致浮色和發花，垂直面施工會導致絲紋。

（4）施工流程與環境對流平性的影響

a、塗料在施工和成膜過程中，如果有外界的污染物，也可能導致縮孔、魚眼等流平缺陷。這些污染物通常是來自空氣、施工工具和底材的油污、塵埃、漆霧、水汽等。

b、涂料本身的性质，如施工粘度、干燥时间等，也会对漆膜的最终流平产生显著影响。过高的施工粘度和过短的干燥时间，通常会产生流平不良的外表。

三、流平劑的分類及選擇

1.流平劑的作用機制

（1）降低塗料與底材之間的表面張力，使塗料與底材具有良好的濕潤性，這個功能的發揮需要流平劑與塗料具有適當的相容性，使流平劑分子能自發的聚集於固液界面；

（2）調整溶劑蒸發速率，延長塗料黏度回復時間，保持適當長時間的低黏度，使塗料能夠兼顧流平的同時而不流掛；

（3）在塗膜表面形成極薄的單分子層，以提供均勻的表面張力，降低貝納德旋渦對塗料流平的不利影響。

2.流平劑的分類

（1）溶劑類流平劑

a、溶劑型塗料僅藉助增加溶劑以降低黏度來改善流平性，將使塗料固體分下降並導致流掛等弊病；

b、保持溶劑含量，只參加高沸點溶劑以圖調整揮發速度來改善流平，乾燥時間也隨之延長。

（2）丙烯酸類流平劑

a、純丙烯酸流平劑

這是分子量不等的丙烯酸均聚物或共聚物，優點：僅輕微降低塗料的表面張力，但能夠平衡漆膜表面張力差異，獲得真正平整的、類似鏡面的漆膜外觀。如果分子量夠高，還具有脫氣和消泡的作用。

b、改性丙烯酸流平劑

优点：可以显著降低涂料的外表张力，这样就会在具有流平性的同时具有良好的底材润湿性。

（3）有機矽類流平劑

化學結構

聚甲基烷基矽氧烷

聚二甲基矽氧烷—相容性差，已很少使用

有機改質聚矽氧烷—最重要（改質的方式主要有：聚醚改質有機矽、烷基及其它側基改質有機矽、聚酯改質有機矽、聚丙烯酸酯改質有機矽、氟改質有機矽。）

（4）氟碳類類流平劑

3.流平劑的選擇

依功能可劃分為：底材涸濕劑、抗縮孔劑、增滑與手感助劑、流平劑、定向與排布助劑、去除浮色發花助劑、低穩泡要求的流平。

常用的助劑品種（結構）在適當的系統中能夠勝任多種角色，同時也經常需要組合使用流平劑才能平衡各方面的問題。

流平劑的選擇

主要參考文獻：

1.有機塗料科學與技術---武利民（第四版）

2、流平性及流平劑---同德化工

3.紙張塗料的流平過程分析與影響因素---張恆

4、BYK流平劑---BYK

5.塗料流平機理及流平劑的使用-劉文濤

6.塗膜流掛缺陷及對策