在液体涂料施工过程中经常会出现许多不同的表面问题。这些问题主要是由各相关因素之间的表面张力差异引起的。例如，涂料的表面张力高于底材的表面张力，就会表现出较差的润湿效果（高的接触角）， 较差的附着力以及缩孔问题。同时在施工后的干燥过程中，表面张力差异还会引起我们不希望见到的流平问题和颜料的浮色问题。针对这些表面问题提供专业的、多样化的表面助剂-润湿流平抗划伤助剂，从而改善或者防止这类表面缺陷。
除此之外，这类产品也会影响涂料的表面滑爽，有的助剂还可以提高涂层的易清洁效果。下面我们讨论一下涂层表面助剂的相关问题。
1，涂层表面缺陷
在涂料体系应用过程中，经常会出现表面缺陷，影响涂层的外观及保护功能。典型的表面缺陷有:基材难以润湿,缩孔,贝纳德漩涡的形成，发花,流平不良，桔皮现象。
所有这些缺陷的一个关键参数是所涉及的材料的表面张力，尤其是表面张力的差异导致表面缺陷的形成。表面张力差异可能源于体系本身(溶剂的蒸发、成膜树脂的交联反应)，也可能是由外部来源，比如过喷或粉尘颗粒(基材污染)引起的。
为了避免这些表面缺陷，表面助剂被用于控制涂层的表面张力和/或最小化表面张力的差异。这些产品主要是聚硅氧烷(有机硅助剂)和聚丙烯酸酯(丙烯酸酯助剂)。
2，涂层表面缺陷原因和预防办法
如果需要平衡相当大的表面张力差异，可以使用聚硅氧烷。根据其化学结构，它们可以大大降低液态涂料的表面张力。 因此，它们可以优先用于改善基材润湿，并作为防缩孔的助剂。由于与涂料体系有合适的不相容性，聚硅氧烷也有消泡剂的作用。此外，有机硅助剂还可以改善固化漆膜的表面滑爽，从而有助于改善划痕和抗粘连性。
聚丙烯酸酯只能平衡小的表面张力差，不降低或轻微降低液体涂层的表面张力。它们主要用于改善流平。然而，具有合适的的不相容性，这些产品也可表现出消泡性能。此外，也有一组具有表面活性的低分子量表面活性剂，可用于降低表面张力，因为它们具有像表面活性剂一样典型的两性结构(极性/非极性)。
3，聚硅氧烷的化学结构
有机硅助剂，通常也被称为“有机硅”，可以在不了解其基础化学结构的情况下使用。 然而，说明并理解硅化学的一些基本原理是有帮助的。 这样，人们就可以很容易地学习如何理解和表征有机硅助剂。此外，结构特征与最终性能之间的关系将变得更加容易理解。
聚二甲基硅氧烷
所有的有机硅助剂都来自于聚二甲基硅氧烷的基本结构(见图)。.
改变链长会产生性质迥异的产品。而短链有机硅在涂料体系中具有较好的相容性，具有典型的有机硅性能， 如低表面张力，长链分子极不相容，并造成非常明显的缩孔(锤纹效果)。因此，纯聚二甲基硅氧烷(硅油)很少用于现代涂料。
一种比用链长来控制相容性更简洁的方法是通过增加侧链来改变有机硅的基本结构。当今涂料中使用的有机硅助剂大多是这种“有机改性聚硅氧烷”。在大多数情况下，如用聚醚链改性（见图），从而提高了相容性。相容性可以由这些侧链的数目(即二甲基硅氧烷基与聚醚的比例(x: y) )来控制。同时，这也影响表面张力：一般来说，二甲基硅氧烷单元越多，表面张力就越低。
聚醚改性
此外，聚醚链本身的结构也可以改变，这里的关键因素是极性。
聚醚由环氧乙烷(EO)和/或环氧丙烷(PO)组成。聚环氧乙烷具有很强的亲水性(极性)，而聚环氧丙烷则具有较强的疏水性(非极性)。
因此，整个有机硅助剂的极性可以通过EO/PO的比例来控制：
EO的比例越大，极性越强，而且助剂是水溶性的，还在极性涂层体系中具有更好的相容性。然而同时，稳泡的趋势也在增加。另一方面，更大比例的PO降低水溶性和稳泡倾向。
有机硅大分子单体
在合成“有机硅大分子单体”（见图）时，与“有机改性聚硅氧烷”相比，有机硅链段的链长可以非常准确地被调整。利用官能团，例如氨基、甲基丙烯酸、乙烯基或羟基，这些特殊成分可进一步转化为具有特定结构的活性物质。以这种方式制造的助剂具有量身定做的特性。
聚甲基烷基硅氧烷
另一种改变有机硅结构的方法是用较长的烷基链取代二甲基结构中的一个或两个甲基，从而产生聚甲基烷基硅氧烷(见图)。与聚二甲基硅氧烷相比，这类产物表面张力较高，对表面滑爽的影响较小。这类有机硅常被用作消泡剂的活性物质。就像聚二甲基硅氧烷一样，聚甲基烷基硅氧烷也可以用聚醚链进行有机改性。除了典型的有机硅特性外，这些有机硅助剂还具有轻微的消泡性能。
其他类型的改性（例如耐热改性聚硅氧烷）
耐热改性聚硅氧烷
聚醚改性聚硅氧烷的热稳定性在150℃左右，聚醚链在较高温度下会分解。通过使用类似聚酯和芳烷基的非聚醚结构元件(见图)，可以生产各种热稳定产品。 这些改性聚硅氧烷的热稳定性可达220℃，可在较高的烘烤温度下使用。
反应型有机硅
一般来说，有机硅助剂是不具有反应性的，即它们不参与成膜树脂的交联反应。然而，对于特殊的应用，有机硅助剂可以加入到成膜树脂基体中。反应产物具有(在有机改性的末端)或初级羟基(用于与异氰酸酯或其他羟基反应体系)或双键(用于与紫外光固化体系反应)。
有机硅表面活性剂
有机硅表面助剂是聚醚改性的二甲基硅氧烷，但在这种情况下，分子量大大低于大多数其他硅助剂的常见分子量。硅氧烷链仅由几个硅氧单元组成，平均只含有一条聚醚链。因此，它们具有相当明显的表面活性剂结构(极性/非极性)。在水性体系，这类产品在不增加涂层滑爽的情况下，显著降低表面张力。 如果需要更高的滑爽性，有机硅表面活性剂可以很容易地与其他有机硅助剂搭配使用，这适用于水性体系。
与涂料中低表面张力时的氟表面活性剂相比，有机硅表面活性剂具有不增加体系稳泡倾向的优点。
4，聚丙烯酸酯的化学结构
聚丙烯酸酯的基本组分(单体)为丙烯酸酯。利用c=c双键，可将该分子聚合成长链聚丙烯酸酯。如果用甲基丙烯酸酯代替丙烯酸酯，则生成聚甲基丙烯酸酯。
聚丙烯酸酯
通常，聚合的不是丙烯酸本身，而是丙烯酸酯，在这些单体中，-COOH基团的氢原子被不同的R-基团所取代。可能的改性基团：烷基链、聚醚链和聚酯链。酸性基团也可以被胺类中和。活性基团(例如：OH)也可以加入至侧链；在成膜树脂的交联反应中，该改性丙烯酸酯助剂可以加入到涂膜基体中。分子量可以在很大范围内变化；
单体单元的数量通常在40到800之间。仅使用一种单体进行聚合得到均聚物，而如果使用几种不同类型的单体，则会产生共聚合物。
对于液体涂料，聚丙烯酸酯可作为无溶剂助剂(100%)或稀释形式(~50%)使用。在粉末涂料中，聚丙烯酸酯被惰性载体吸收(丙烯酸酯含量在60%左右)。
5，表面张力测量方法
静态表面张力
液体对表面的润湿取决于液体的表面张力。表面张力的定义是为了增加某一种相的表面而施加的力。
用Du noüy拉环法测定液体的表面张力。
从液体中抽出铂铱环的同时，测量在环的运动过程中由液体薄膜的张力引起的最大力。
动态表面张力
在快速施工过程中，表面活性物质必须是可移动的，以便尽可能快地覆盖新产生的表面，从而保持表面张力恒定。
用气泡压力法测定动态表面张力。
在液体中产生具有不同表面寿命的气泡，并确定气泡的最大内压。
接触角测量
通过测量水接触角，可以确定固体的疏水或亲水性。为了确定固体的自由表面能，用已知的液体进行接触角测试，然后用不
同的模型(OWRK，Wu等)计算自由表面能。这样就可以表征液体在这些固体上的润湿行为。
6，底材润湿
底材润湿主要取决于液体涂层材料的表面张力和被涂覆基材的临界表面张力。为了获得良好的润湿效果，涂层的表面张力通常应低于或等于基材的表面能。如果涂层的表面张力高于基体的表面能，涂层会发生涂布不均或漆膜收缩成珠状，即润湿性差。通常表面张力较低的基材(如塑料部件)或受污染的表面(油渣、脱模剂)很难被润湿。
水性涂料体系，由于其含水，比溶剂型涂料具有更高的表面张力，因此表现出更大的润湿问题。有机硅助剂降低了涂料的表面张力，从而使基材更好被润湿。具有二甲基结构的有机硅更可取，因为它们显著降低表面张力。特别是在水性体系中，有机硅表面活性剂也适用。此外，在水体系中，也可以使用基于醇烷氧基酯的无有机硅表面活性剂，因为其显著降低动态表面张力。
仅含聚丙烯酸酯的助剂不适合改善基材的润湿性。
7，发花
发花、流平问题与气流敏感性
溶剂从涂层中蒸发导致在膜中形成涡流。这是因为更多的来自较低层的富含溶剂的材料必须连续地被输送到表面。这导致形成宏观可见的漩涡结构（贝纳德漩涡）。密度、温度和特别是表面张力的差异是这些运动过程的驱动力。许多表面缺陷最终可能都来自这些贝纳德漩涡：发花、流平问题、气流敏感性。
发花
在色漆体系中，颜料也参与涡流运动，如果不同颜料的流动性不同，流动过程会使它们彼此分离。然后颜料不再均匀地分布在涂层表面(发花)。在水平表面上，可见漩涡结构；在垂直表面，可看见条纹(丝纹)。
贝纳德漩涡横截面：颜料分离(浮动)
8，流平
在许多情况下，贝纳德漩涡的形成还会导致涂层表面不平整；也就是说可能出现明显的变形或表面纹理。非最佳流动的涂层将表现不同程度的缺陷，称为“桔皮”。
气流敏感性
根据干燥条件和溶剂混合物的特性，湿膜或树脂溶液的干燥有时会受到表面缺陷的强烈影响，整个漆膜上表面完全被破坏。这种极端的影响被称为“气流敏感性”，通常由气流条件造成的，在涂层的上层施加极端压力。这是家具漆中常见的现象。
流平-表面流动控制
波扫描模拟视觉观察。表面的波浪状明亮图示与人眼所看到的方式相似。激光点光源以60°的角度照射样品，另一侧的探测器测量反射光。波扫描仪器在所述样品上在规定的范围内移动，并测量从一个点到另一个点光的亮度。
波扫描分析了波结构的尺寸：为了考虑眼睛在不同距离上的分辨率，用数字滤波方法将光学外形分为长波(LW)和短波(SW)两部分。
9，防止缩孔
防止缩孔
造成缩孔的原因是多种多样的。例如，过喷时可能会产生缩孔：如一种不同涂料体系的细小喷雾液滴落在仍然是液态状和可流动的新的湿膜表面，如果它的表面张力小于周围湿膜的表面张力，这些液滴就会产生缩孔。1-2 mN/m的表面张力差已经足以导致过喷液滴的扩散，从而产生缩孔。如果两种材料的表面张力相同，或者喷雾具有较大的表面张力，则不存在扩散过程，因此也没有缩孔。落在液体涂层上的小尘埃粒子也会引起与过喷液滴相同的效果。缩孔也可以是由于污染的基材（例如指纹等）导致的。如果这种污染具有较低的表面张力，当涂层被施工时会引起缩孔。这些缩孔情况都是基材润湿差的特殊案例。
通过使用有机硅助剂，表面张力降低，涂层因此更不易受到干扰或破坏，而不管它们是源自外部环境（过喷漆雾、灰尘颗粒等）、来自基材（污染），或甚至来自涂层本身（凝胶颗粒）。通过使用有机硅助剂，可以更可靠地进行涂覆工艺。在这种情况下，需尽可能减少表面张力，优选使用有机硅助剂作为抗缩孔助剂。
聚丙烯酸酯对表面张力几乎没有影响，因此不起抗缩作用。
缩孔
10，表面滑爽
表面滑爽
有机硅助剂改善涂层的表面滑爽性。然而，通常情况下，最重要的不是滑爽本身，而是增加滑爽性时涂层其他特性的变化。显然，具有更高滑爽性的表面更耐刮擦，不易弄脏，更易清洁，更抗粘连。表面滑爽的改善程度取决于有机硅的化学结构，直接与二甲基硅氧烷基团的比例有关。具有多个二甲基硅氧烷基团的产品会带来较高的表面滑爽，而甲基烷基聚硅氧烷不会增加太多滑爽。有机硅表面活性剂由于其链长较小，在大多数涂料系统中不显著地增加滑爽。如果需要更好的滑爽，必须与其他有机硅助剂配合使用。
胶带剥离
涂层通常需要良好的胶带剥离性能，特别是在（但不限于）家具涂料领域。这意味着胶带和标签可以很容易地从涂层中除去，而不会留下任何残留物。有机硅助剂对这种性能有影响。有一些特定助剂具有丙烯酸官能团，它可以参与到辐射固化配方树脂基体的反应中。
11，清洁度
提高清洁度
使用特殊的有机硅助剂也可减少涂层上的灰尘堆积，提高清洁度。
BYK-SILCLEAN 3700是溶剂型涂料体系的专用助剂。它是一种含羟基官能团有机硅改性的聚丙烯酸酯，由于其表面活性，它迁移到涂料表面。由于其含羟基基团，它在许多涂料配方都可以参入到聚合物的交联反应中（例如双组分聚氨酯、醇酸三聚氰胺、聚酯三聚氰胺、丙烯酸酯环氧、环氧苯酚）。通过这种方式，助剂永久地固定在涂层表面上，有机硅所贡献的表面性能也更持久，包括在户外暴露期间。
BYK-SILCURE 3700使涂层表面同时具有疏水性和疏油性，从而减少了灰尘堆积和改善清洁度。耐水性增强可避免发白现象。
它还可以用来提高防涂鸦和胶带剥离性能。而且，BYK-SILCLEAN 3700还改善了基材润湿、流平和表面滑爽。对于水性体系，也可通过使用BYK-SILCLEAN 3720实现相同的性能。
12，实用信息
有机硅虽然是一类通用的产品，但在工业上也因重涂性和层间附着力问题而不受喜欢。然而，通过正确的选择和应用，并不一定都是这样。由于它们的表面活性，硅氧烷助剂迁移到涂层表面上，并且它们由于通常没有反应性基团，不会参与成膜树脂的交联反应，即它们在烘干后仍能移动。例如，通过溶剂可以再次将它们从表面上擦掉。当重涂含硅涂层时，有机硅不保留在第一层（即两个涂层之间的界面）；由于迁移性和表面活性，它们迁移到新的表面， 即第二道涂层。在两种涂层之间，不含硅。因此，涂层间附着力也不受影响。
然而，有机硅的使用，有两个因素会对涂层间的附着力产生负面影响：
（1）有机硅助剂用量,
（2）第一道涂层的烘烤温度。
对于每一种成膜物/有机硅组合，有机硅都有一个最佳用量；更高的用量将不会提供更大的益处（更润湿、防缩孔效应、滑爽等），反而会引起不良的副作用，例如影响涂层间附着力。
在过量的情况下，一些有机硅分子留在两个涂层之间的界面，影响附着力。因此，当使用有机硅时，需一系列的试验来确定最佳用量，并且一定不超过其最佳用量。
此外，烘烤温度也会影响涂层间的附着力；当第一道（含硅）涂层过烘，会极大降低第二层的附着力。这是因为在较高的温度（140°C-150°C）下，助剂的聚醚链会被氧化降解。
在降解过程中，产生反应基团，使有机硅助剂与在成膜物基体反应，因此失去迁移能力。
当重涂时，在两层之间残留的分解产物作为剥离层，严重影响附着力。由于上述因聚醚链引起的热不稳定性，因此可以通过用热稳定更高的基团替换聚醚链来避免这种不良影响。例如，聚酯或芳烷基改性的有机硅助剂，在220℃～250℃的温度下仍保持稳定。
消泡
有些有机硅会引起泡沫，但也有些有机硅可用作消泡剂。这里的关键是有机硅助剂的极性和相容性。具有较低表面张力的高相容性有机硅助剂有助于稳泡。如果有稳泡问题，应使用更高表面张力的产品。
这些产品不是消泡剂，除了典型的有机硅性能外，它们也具备消泡性能。可以用作消泡剂的有机硅必须调整至更不相容。聚丙烯酸酯在足够高的不相容性下也具有消泡效果。
