丙烯酸酯流平剂结构特征是什么?

作者简介:johnson 上海泰格聚合物技术有限公司 总工程师

一直以来，从事涂料配方研发的技术人员在选用助剂方面过于简单，多数会听从供应商的推荐，但这并

不是最好的。希望通过这个话题，使得我们在选助剂上不会盲目，会选得更快更好。

当然，首先条件是要懂得这些助剂起作用的机理。就从这里开个头吧：技术人员差不多都接触过丙烯酸

树脂，但是有多少人清楚，为什么有的适合作涂料的基料，而有些则适合作助剂，到底在分子量、分子

量分布、聚合物结构、官能团等等方面有什么不同？类似结构的助剂有一个系列，这些不同的品种有多

大区别，从结构上如何理解？

这个问题对于我们应用助剂的人来说有些难度，如果生产开发助剂的人来讲讲那肯定非常好的。对于一

提起助剂，厂家对它的结构，分子量等都是比较保密

确实如此，但也正因为如此，才增加了助剂的神秘感。这里先从丙烯酸酯类化合物谈起，看看做树脂基

料和不同种类助剂的丙烯酸酯化合物在结构上面有什么区别。

我们知道，丙烯酸类树脂既可以用作涂料的树脂，也可以做流平剂或消泡剂。在丙烯酸酯树脂里面加入

丙烯酸酯流平剂，丙烯酸酯消泡剂都可以有很好的效果，可见同样是丙烯酸类树脂，区别是很大的。从

原理角度来讲，决定一个化合物在给定体系里面到底能否用作助剂，是流平剂还是消泡剂，决定的因素

还是与体系的相容性和表面张力两个因素。在表面张力低于所用体系的情况下，如果是有限不相容的，

适合做流平剂，如果相容性更差一些，就只能用作消泡剂。同样是丙烯酸酯化合物，到底适合做树脂还

是助剂，适合做哪种助剂归根到底看参与聚合的单体和分子量的选择以及相应的结构对其表面张力和相

容性的影响。

下面我们从分子结构的角度来看这个问题。

涂料中所用的丙烯酸树脂一般可以写成如下结构式如下（在这里为了写结构式讨论方便，不区分丙烯酸

酯与甲基丙烯酸酯的区别，实际体系中，这两类单体是共存的）：—（CH2CHCOORm）x—（CH2CHCOORf）

y—，其中Rm 一般是C1-C4 的基团混合物，其中短碳链部分含量相对高一些，Rf 一般是官能基，在一般

的羟基丙烯酸树脂当中，Rf 是羟乙基或者羟丙基。分子量一般是一万到几万不等。

常见的丙烯酸酯流平剂结构式如下：—（CH2CHCOORl）x—，在这里Rl 主要是C4-C8 的基团的混合物，

分子量一般小于一万。

常见的丙烯酸酯消泡剂结构式如下：—（CH2CHCOORd）x—，在这里Rd 主要是C10-C18 的基团混合物，

分子量一般是一万到几万不等。

从上面的结构式可以看出来，聚丙烯酸酯化合物用作树脂，还是用作流平剂或消泡剂，它所使用的单体

的种类大不一样。从树脂到流平剂再到消泡剂，所使用单体的碳链是增长的趋势。从分子结构角度来讲，

聚丙烯酸酯化合物的侧碳链越长，其表面张力就越低，相应的极性和溶度参数也就变得越小。当用作流

平剂的聚丙烯酸酯化合物与用作树脂的比较，流平剂的侧碳链（C4-C8）更长，表面张力低于树脂的聚

丙烯酸酯，且由于极性的明显差别，两者是不相容的，正是满足了这两点，当流平剂用的聚丙烯酸酯化

合物在丙烯酸树脂里面可以起到流平的作用。另外，流平剂需要有一个比较快速地迁移到表面而起作用

的过程，所以不能把分子量做得太大，一般小于一万。如果加入更长的侧碳链如C10-C18 的聚丙烯酸酯

化合物，那么可以预测，它的表面张力比树脂用C1-C4 的聚丙烯酸酯更低，相容性更差，这样C10-C18

的丙烯酸酯化合物在丙烯酸酯树脂体系里面可以当消泡剂使用。从消泡能力的角度，因为分子量越大与

体系的相容性越不好，消泡能力也就越强，所以聚丙烯酸酯消泡剂的分子量一般都不小。当然，由于侧

碳链对于表面张力和相容性的影响是渐变的过程，所以某些结构的聚丙烯酸酯化合物可以同时扮演流平

剂和消泡剂的角色，比如8 个碳的聚丙烯酸酯化合物，它介于流平剂和消泡剂的边界位置，同时具备两

者的性能。

以上就是不同的聚丙烯酸酯化合物有不同用途的一些基本原理。因为从树脂到流平剂到消泡剂是一个系

列，所以我们把它们放在一起讨论。另外，作为聚丙烯酸酯分散剂的结构与他们又有区别。

丙烯酸树脂合成做过几年，但是还不知道丙烯酸酯助剂也是通过丙烯酸合成过来的，看了上面的内容觉

得区别是不是就是Rm 的碳链长度，一般丙烯酸树脂的酯长度最多的也就是4 个碳，也就是丙丁酯类，

是不是助剂用的单体确实有区别？

上面为了描述聚丙烯酸酯在不同用途最基本的变化趋势，结构简式都是最基本的结构，实际的结构相对

会更多一些，当然丙烯酸树脂的碳链的长度是影响丙烯酸树脂用途的一个重要因素，其它因素如功能基

团的种类也是很重要的，可以用来改进润湿性，相容性等等其他性能。一般来说，助剂里面特别是流平

剂会用一些特殊结构的单体。至于说应用，聚丙烯酸酯化合物用作涂料的树脂和助剂所需要考虑的问题

通常有很大差别。

单从用途的角度来看（消泡与流平），聚氨酯和有机硅看来也类同了，只不过分子结构中换成特征性的

氨酯基或硅氧结构。不知是否可以这样推测

可以这样理解，总的原则就是在一个基准结构的基础上通过调整分子结构来改变表面张力和极性，就可

以得到相应的助剂。

看完上面的回答，眼界有开阔了许多，至少消泡剂与流平剂的本质不像以前那么神秘了。现在的认识就

是，消泡与流平的本质或者作用原理就是低的表面张力与相容性的控制，在这个基础上可以自由发挥，

不知对否？那么再往前一步，怎样判断自己选的消泡剂和流平剂是最合适的或者是更合理的？除了价格

因素，当然还有一些效果评判外，换句话说，许多人说他的东西很好，但是否为性价比最高的东西呢？

从原理上讲，消泡剂与流平剂的本质就是对表面张力和相容性的控制程度不同，在这个基础上，肯定可

以自由发挥。

但是我们刚才讨论的基准是以涂料用丙烯酸酯树脂为标杆的，表面张力比它低一些，相容性差一些就是

流平剂，再低，再差就是消泡剂。如果换成其他树脂，又会有不同，比如说原来在丙烯酸树脂体系里面

可以做流平剂的物质，如果放到极性比丙烯酸树脂大得多的树脂体系如环氧体系，那么可能流平剂的表

面张力就会比环氧体系要低得多，相容性也差得多，于是在环氧体系，这个物质就成了一个消泡剂了。

很多时候助剂的使用是灵活的，并不是说明书说它是流平剂，它就只能做流平剂来用。流平与消泡的转

变是相对你所使用的树脂体系的极性来看的。 要是对这个助剂的极性范围有一个清楚的了解，这样助

剂用起来就灵活了，也就是我们说的自由发挥了。遗憾的是绝大多数情况下，助剂商对所提供的助剂产

品的化学成分上面的信息是严格保密的，这样以来工程师就无法利用理论对助剂的使用进行预测了，只

能全凭供应商的介绍和推荐，如果碰上供应商对情况也不太了解的话，就会做很多无用功了。要想要最

合适的性价比最高的助剂，可能要相对费点精力多做试验了，选出适用的可以解决问题的最便宜的一种

就行了。这样试验的助剂品种可能较多，但是由于仔细区分各种情况与应用体系，选出的东西最不浪费。

流平剂的分类

由上述可知，有机硅类流平剂的改性方法不同，改性材料不同，结构不同，分子量不同，用途也各异。因此在应用时要注意以下几点。

依据问题选择流平剂

硅类流平剂没有什么问题都能解决的“万能型”。如果选择不当会带来负面影响。如要消除表面张力差，最好选择降低表面张力强的、聚醚改性的聚硅氧烷，不要选择烷基改性的聚硅氧烷。要求耐高温烘烤的。就不能选择聚醚改性的，要选择烷基改性或聚酯改性的。要求长期具有滑爽性，不能选择添加性的，要选择反应型的，要求改善界面关系，降低界面张力，最好选用小分子量的聚醚改性的基材润湿剂。

层间附着力问题

这类流平剂虽然经过改性，相容性和附着力问题都得到了改善，但有的还存在问题，迁移性差的流平剂，待涂膜完全干硬后再涂第二层就容易出问题。此外过热烘烤，破坏了流平剂的结构，极易出现附着力的问题。要选择改性剂终端不含活性基的、迁移性好的有机硅流平剂。最著名的MONENG-1071流平剂具有良好的迁移性，涂完第二层，它很快由第一层的表面迁移至第二层的表面，两层之间没有流平剂薄膜存在，所以它不影响层间附着力。MONENG-1071控制表面状态能力强，滑爽性高，通用性好，性价比高。

另外改善附着力还可选择小分子量的流平剂，因为，短链的硅氧烷，不易在气/液界面形成连续不断的膜，所以增加了面漆和底漆的接触面积，改善了层间附着力。

稳泡性

几乎降低表面张力越强的流平剂稳泡性就越强，特别是聚醚改性的聚硅氧烷，极易在气/液界面处定向排布，在涂料中的空气，被流平剂给“包裹”着形成了气泡。在应用时要特别注意，可以选择不稳泡的或低稳泡的。MONENG-7003就是一款低稳泡的产品。强烈降低表面张力，润湿基材。

热稳定性

在加热固话型涂料中使用时，一定要注意流平剂的耐热范围，烘烤温度要在流平剂的耐热范围内，否则流平剂在过热烘烤时会产生分解，导致涂膜产生缩孔、重涂困难、光泽下降等负面影响。底漆或二道底浆，最好使用不降低表面张力的烷基改性的聚硅氧烷，面漆可采用能够重涂的聚酯改性的聚硅氧烷，例如：MONENG-1060。

用量及添加方法

用量要视需要而定，总的建议添加量为漆量的001%-10%，究竟多少为宜，这样视配方组成、溶剂的溶解力、树脂的相容性、助剂之间的相互作用关系等因素而定。添加量不足效果不明显，添加量过大会产生细皱纹，甚至缩孔。所以用量一定要适中。

面漆和罩光清漆最好选用有机硅流平剂配合丙烯酸酯类流平剂一起使用，例如：MONENG-1071+MONENG-1152。MONENG-1071有机硅流平剂稀释成125%加03-05%，MONENG-1152加02-03%效果极佳。

为消除刷痕和辊痕，最好不要使用降低表面张力的流平剂，可用丙烯酸类流平剂或烷基改性的流平剂，尽量保持涂料的表面张力对流平是有帮助的，添加量为03-05%也可配合溶剂型流平剂一起使用。

其他流平剂

流平剂还有氟碳类和高沸点溶剂类。氟碳流平剂具有最高表面活性，可将涂料的表面张力降至16-18mN/m,因此具有最强的表面状态控制能力。概括来讲，有机硅流平剂所具备的功能，氟碳类流平剂全部具备，比有机硅类流平剂更好的降低表面张力能力更强，表面状态控制的效果就更好。但也有其负面作用，像层间附着力，稳泡性更难以克服。其价格也特别昂贵，影响了它的应用。

溶剂类流平剂多是高沸点溶剂的混合物，其主要作用机理是减缓溶剂挥发速率、降低涂料粘度、改善流平剂。但其与环保、防流挂控制、快干要求是相违背的，所以人们使用也不多。

硅油

通常使用的硅油有聚二甲基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷。涂料、油墨中应用的是聚二甲基硅氧烷。聚甲基苯基硅氧烷虽然相容性好，但不具备表面状态控制能力，所以在流平剂中基本不使用，多用于耐高温方面。

聚二甲基硅氧烷

虽然具备良好的表面状态控制能力，但有许多缺点，相容性不好，会影响涂膜的光泽，还会经常出现缩孔、层间附着力问题等。聚二甲基硅氧烷分子量不同，其相容性和用途也不同。有机改性聚二甲基硅氧烷与硅油相比有明显的优越性，既保留了硅氧烷的优点，又用改性物克服了它的缺点，发挥了许多特殊功能效应。改性硅氧烷的性能及用途，关键是硅氧烷的分子量、类型、改性化合物的类别及在分子中的位置，改性的途径是很多的。

聚醚聚酯改性有机硅氧烷

属于梳状结构的有机聚硅氧烷。 n+m约为50-250，分子量控制在1000-150000之间。其相容性是依靠聚醚和聚酯来调整的，链越长相容性越好。这类中聚醚改性的最多，通常使用环氧乙烷和环氧丙烷。随乙氧基含量的增加，其与水的相容性也随之提高，因此也完全可以合成水溶性的硅氧烷类的流平剂。环氧乙烷和环氧丙烷可以单独使用，也可以混合使用，用其来控制亲水、亲油性。如果同时含有乙氧基和丙氧基，就制成了水油两用的硅氧烷类的流平剂，例如：摩能化工的1080、1090系列产品。

分子量越大，其表面状态控制能力就越强，增滑性、抗粘连性就越好，例如：摩能化工的1070、1071系列产品。

改性用的聚酯或聚醚与硅氧烷联结有两种方法：一种硅氧键；另一种是硅碳链，一般来讲，前者的热稳定性和耐水性不如后者好。

用聚醚、聚酯改性硅氧烷与树脂的相容性得到了很大的改善，降低表面张力，控制表面流动的能力、增滑性、抗缩孔、抗粘连的效果也都很好，个别产品还有层间附着力问题。尤其是聚醚改性的聚硅氧烷，热稳定性不好，容易稳泡。在应用时一定要注意这些产品的负面影响。

烷基改性有机硅氧烷

前面提到了聚醚改性的聚硅氧烷有些不足之处；烷基改性的聚硅氧烷恰恰具备了这些方面的优点。

这一系列聚硅氧烷产品也属于梳状结构。这类产品的分子量比较小，在10000左右， n+m约为30-50用烷基改性的目的主要为了提高热稳定性、相容性和不稳泡性，甚至有消泡功能。但随改性烷基链的增长，其降低表面张力的能力也随之下降。烷基链长度与表面张力的关系见表1-1

表1-1 烷基链长度与表面张力的关系 改性的烷基链 ——CH3 ——CH2——CH3 ——（CH2）9 CH3 表面张力/（mN/m) 206 262 314 一般碳链控制在C1-C14之间，所以分子量不太大。

上面介绍了聚二甲基硅氧烷的三种改性方法，改性方法不同，改性剂的用量和结构不同，其产品的性能也不同，三种不同改性方法生产的流平剂，其耐热性也截然不同。摩能化工的1060有机硅改性聚硅氧烷具有很好的耐热性，耐热温度200-220℃的温度范围内使用。

端基改性有机硅

赋予优异滑爽性的端基改性有机硅 为了赋予涂膜良好的滑爽性，摩能化工推出了一些终端改性的有机硅。

反应型的流平剂

在辐射固化的涂料、油墨体系中，存在基材润湿不良、不够滑爽、易刮伤、流平性差的缺陷。针对这些问题，摩能化工公司提供了一系列的反应性的有机改性聚硅氧烷丙烯酸型流平剂，有摩能化工的1073、1074等产品，前者相容性好，滑爽性差。后者相容差，滑爽性好。

由结构式中可见改性的有机物是丙烯酸酯，用其调整它的流动性和相容性，她的滑爽性是由硅氧烷来决定的。丙烯酸基团的双键可以参加游离基的聚合反应，与树脂一起形成涂膜牢固的锚定在涂膜的表面上。 产品介绍

树脂型的表面流动控制剂，多数是线型树脂聚合物，主要有丙烯酸树脂，脲醛树脂及三聚氰胺甲醛树脂。在通用体系中这些树脂的相容性是受限的，它们会积聚至表面形成一层新的树脂膜成，使涂膜的表面张力趋于平衡，但它们不会降低表面张力，所以不影响涂料的流动，多被称为流动促进剂。这类流平剂中丙烯酸树脂为主体。

丙烯酸酯类流平剂不仅可以促进涂膜的流动和流平，还不会影响涂膜的层间附着力，并且还有消泡的作用。

流平原理

丙烯酸酯类流平剂的相容性是其控制涂膜表面状态能力的一项重要指标。相容性太好，溶在涂膜中，不会在涂膜表面形成新的界面，提供不了流平作用；相容性太差，不可能均匀的分布在涂膜表面，会相互聚集在一起，容易产生缩孔状的缺陷。会使涂膜光泽下降，产生雾影等不良的副作用。只有理想的受控相容性，才会在涂膜表面形成新的界面层，起到流平的作用。

产品分类

丙烯酸酯类流平剂的受控性是通过改变分子量和极性来实现的。均聚物的相容性就不如共聚物的好，如均聚的丙烯酸通常与环氧、聚酯、聚氨酯等涂料所用的树脂相容性较差，若将其以物理方法混合则将形成表面状态不良的无光涂膜，所以丙烯酸均聚物不太适合作流平剂。理想的流平剂多采用共聚物，可以是三元共聚物，也可以是改性共聚物，只有共聚物才能通过不同的单体改变聚合物的极性合玻璃花温度。

通常丙烯酸酯类流平剂的数均分子量被控制在6000-20000之间，分子量分布比较窄，玻璃花温度控制在-20℃以下，表面张力25-26mN/m以下。这种相容性受限的丙烯酸共聚物被认为是良好的流平剂。

丙烯酸酯类流平剂可以是均聚物，也可以是共聚物；可以是线型结构的，也可以是带支链的；也可以是无规共聚的，也可以是嵌段共聚的。

1）氟改性的丙烯酸酯类流平剂 这类流平剂应用得比较广泛，用氟改性丙烯酸使氟和丙烯酸的优缺点互补，使这类流平剂更趋于完美。丙烯酸和氟类流平剂的优缺点见表1-1

表1-1 丙烯酸和氟类流平剂的优缺点 流平剂 优点 缺点 丙烯酸类流平剂 强的流平性，更具有消泡能力，不影响层间附着力 基材润湿性差，不能消除缩孔 氟类流平剂 基材润湿性良好，防缩孔能力强 稳泡，层间附着力差，无法重涂，价格贵 通过改性的流平剂，具有较好的表面控制能力，不稳泡，可以重涂，具有良好的抗缩孔和基材润湿能力。代表性的产品有 摩能化工的1154。

2）丙烯酸酯类流平剂的应用 纯丙烯酸酯类流平剂因其对表面张力影响不大所以多将其用于流动和流平助剂，特别是印铁涂料，卷材涂料，对消除辊痕是有益的。还有刷涂的木器漆对消除刷痕也是有帮助的。

应用时要特别注意与涂料的相容性，一般情况是分子量大的相容性差，但流动与流平性好；分子量小的相容性好，但流动与流平性要差些。

丙烯酸酯类流平剂不仅可以用于油性涂料，水性涂料，也是粉末涂料中常用的流平剂，这类产品有摩能化工的1153。