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 涂料体系中的界面原理

时间:2020-05-28  访问:

今天跟大家一起探讨下【涂料体系中的界面原理——缩孔和橘皮的形成及解决方法&7种其它涂料缺陷的形成及解决方法】。


缩孔和橘皮的形成及解决方法


湿膜从涂布到失去有效的流动性(包括烘烤中因温度的提高而重新获得的流动图形)为止,进行着展布和流平。这展布和流平如前已述及的,是由表面张力的推动的,包括由表层区间的表面张力差所引起的表层流动,这种表层流动在某些情况下,不利于完整的流平而形成了漆膜弊病。


这种由表面张力引起的漆膜弊病包括缩孔、橘皮、浮色、厚边等,本文就缩孔和橘皮作简单介绍。


1.回缩和缩孔


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如果我们把表面张力比较大的涂料涂布到一个表面张力相对较小的底材上,那么涂料不会润湿底材,在涂布时的机械力可能把涂料涂布到底材表面,但因为表面未润湿,表面张力有倾向将液态的涂料拉回成球形粒子。同时溶剂在挥发,体系粘度在增加,因此涂料在拉成球形粒子之前,粘度已增大到足以使流动基本停止。这就造成一层不均匀的膜,有些区域仅一点点厚(如果有膜的话),而相邻的地方异常的厚,这种行为通常称为“回缩”。


“缩孔”是指在涂料表面产生小而圆的疵点,看上去就像火山口。缩孔是由于涂料内部或刚施工后涂膜湿表面粘上低表面张力的污染颗粒所造成的。一些表面张力小的物质溶解在临近的涂膜表面中造成局部的表面张力的差异,由于“马兰戈尼”表面流动效应,这表面张力小的涂膜部分的流离颗粒试图覆盖周围表面张力大的涂膜。当流动产生,溶剂挥发,表面张力差异增大,于是流动得以继续。但是随着溶剂的挥发,粘度上升阻碍了流动,形成了凹坑周围有高峰特征的缩孔。通常,我们可以在缩孔中央看到被污染的颗粒。


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缩孔的形成有涂料本身的问题和基材清洁的问题。由于涂料本身有低表面张力液滴的存在、或被涂饰表面因污染存在有低表面张力区,造成表面张力的不均匀,涂料在表面张力差的作用下,由低表面张力处流向高表面张力处,结果形成一个个中心凹陷的孔洞——缩孔。我们将表面张力的不均匀归为缩孔形成的内因。其实涂料本身的一些性质,如涂料粘度、触变性、涂料干燥速度以及涂膜厚度等,能加剧或减弱涂料流体的流动能力,从而会加剧或减弱缩孔的程度,我们将这些因素归为缩孔的外因。内因是缩孔的必然条件,外因可以适当控制或加剧缩孔的程度。


防止缩孔,对涂料而言是提高抗缩孔性,对底材而言是通过表面处理来降低润湿张力,提高涂料的抗缩孔性主要是降低成膜物的表面张力。含有表面活性剂分子的涂料也会发生回缩,因为这些分子在极性非常强的底材表面上会迅速定向。在这种情况下,即使涂料的表面张力比底材小,然而当表面活性剂在底材表面定向后,涂料的表面张力仍会比底材的大。这种现象的产生是因为表面活性剂中的极性基团的一端在底材表面缔合后,涂布的涂料必须润湿的是非极性一端所形成的表面。


消泡剂的选择不当也会导致缩孔现象。消泡剂的表面张力小于消泡液体的表面张力,在消泡体系中溶解度尽量小,有良好的分散性。不能与体系中其它物质反应,不影响颜填料及乳液的稳定性,有很强的扩散能力,不能影响涂料的性能。消泡剂与体系的相容性过于不好,以及消泡剂在体系中分散不良,以大液滴的形式存在于涂料体系中,或者涂料在兑水稀释施工中,消泡剂以液滴形式分离出来,这些消泡剂液滴以及液滴周围表面张力小,涂料从低表面张力往高表面张力处扩散,导致液滴周围的涂层厚于液滴处下方涂层,涂膜表面形成大大小小的凹坑。


消泡剂用法或用量不当,还会导致涂膜橘皮严重,涂膜光泽下降。放大镜下缩孔为纯油珠者多属于消泡剂与体系相容性差或分散不良引起,放大镜下缩孔中心是油粉混合体,油的表面或中心夹有粉末颗粒——油污,这个低表面张力的油粉混合体就是引起缩孔的根本原因。


低粘度涂料流平越好,在表面张力差的驱动下,涂料快速由低表面张力处流向高表面张力处,也就是说缩孔形成的阻力更小。


2.桔皮


湿膜由于底材的几何形状和气流的影响,导致敬意的溶剂挥发速度有所不同,从而引起了湿膜中局部组成和温度的差异,即导致了表面张力的差异而出现了表层流动,这表层流动为了使整个表面的表面张力的均一化,使总表面能趋向最小,也就是使湿膜的表面趋向平整。但如果在此之前,湿膜已失去有效的流动性,那么漆膜上就留下了这些表层流动的痕迹,这痕迹就是桔皮。涂膜橘皮会降低涂膜光泽、影响丰满度。


涂膜出现橘皮的原因引发此种现象的原因较多,是表面张力变化引起的涂膜弊病之一,其发生的原因是:在涂膜干燥时,随着溶剂的蒸发,湿涂膜表面浓度(固体)不断升高,温度下降,表面张力升高。这时湿涂膜的表层与底层的表面张力不同,于是产生一种很大的推动力,使涂料从底层向上层运动,这种运动导致局部涡流,形成贝纳德漩涡流原点有如火山口向外喷发出下层涂料,这些表面张力低的涂料向周围表面张力高,于是形成隆起部位。并使湿膜形成规则的六角形,其中心与边缘颜料浓度有所不同。流平性不好,漆膜干燥后就会留下凹凸不平的橘皮缺陷。


除表面张力因素外,还有如喷枪的距离不当、溶剂与涂料的配比不合适、涂料雾化不好等均可引发橘皮缺陷的产生。这是由于雾化的小液滴需经过较长的距离,溶剂已挥发了较多后才能到达被涂面上,这时小液滴的固体化程度很高,表面张力也变得较大,降低了向湿涂膜的铺展能,而湿涂膜周围的涂料便自动向小液滴铺展,于是这些小液滴就变成了髙坡而形成了干膜的橘皮。


橘皮现象的解决方法:


1.注意施工环境,避免在阳光的高温、有风的天气施工。

2.保证被涂物表面平整。

3.调整好喷涂距离,空气压力及雾化效果适宜。

4.添加流变改性剂或流平剂,调整涂料流变性,延长涂膜流平时间,使其有良好的流平性。

5.添加高LHB值的润湿剂,降低聚合物与颜填料之间的界面力,提高涂料流平性。

6.选择配套底面漆,正确配比。

7.封闭好基材,减少涂料中水分和基料的渗透,使干燥变的缓慢而均匀。

8.合理选用稀释剂。


7种其它涂料缺陷的形成及解决方法


1、厚边


涂料在涂漆面边缘堆积呈现脊状隆起,使干漆膜边缘过厚的现象。工件的边角处与春邻近处比较,表面积与体积之比较大,所以在其上的湿膜,溶剂挥发也较快,成膜物的浓度也就较高,温度较低,这两种因素导致此处的表面张力高于其邻近的。这就引起表层流动,使邻近的涂料流入边角,增厚了边角上漆膜的厚度,形成了厚边缺陷。要防止厚边也可增大工件边角的弧度,降低有面积与体积之比,提高涂料的粘度,缩短流动速度和流动时间,减少流入量;并使涂料的表面张力不低于底材的润湿张力,减弱表层流动效应。


2、缩边露角


在工件的边和角上的湿膜面积与平面相比要更大些,为了降低体系的总表面能,湿膜就被迫从边、角缩回,这是表面张力的本质,所以要消除缩边、露角可缩短湿膜有效流动时间,以减少回缩的量。


3、对底材附着不良


漆膜对底材的附着力,从表面张力角度来看来自湿膜对底材的润湿。当湿膜的表面张力接近底材的润湿张力,则附着不良,所以要增进对底材的附着力,就表面张力角度来说,就是降低涂料的表面张力和提高底材的润湿张力,即有一个较大的展布系数。


4、层间附着不良


在某些漆膜上,如已干透的环氧和聚氨酯涂料的漆膜上附着不良,可以在未干透前涂,或用砂纸打毛以增加表面积。在加有硅油的涂料所形成的漆膜上再涂,由于硅油浮在漆膜表面,所以作为再涂的底材则润湿张力过低,等于涂在低表面张力的底材上,故产生层间附着不良,有机改性的硅油对此影响较小。


5、气泡痕


涂料在施工中常使空气陷入湿膜内,如果气泡在湿膜已失去流动性后破裂,其破裂痕就残留在干膜上成为气泡痕。涂料中,尤其是含有较多量表面活性剂的水性涂料很容易起泡沫,所以常用消泡剂来消除泡沫,消泡剂是气泡壁上形成表面张力差而导致表层流动,使点上壁变得更薄而破裂。用于水性涂料的消泡剂有两个主要类型:矿油消泡剂和有机硅消泡剂。在溶剂型涂料中,矿油消泡剂是不适用的,因为其展布能力不足,需要用更低表面张力的,所以大多使用聚硅氧烷基的消泡剂。消泡剂的效果与涂料的配方有关。因为涂料中的表面活性剂物质颜料等都会影响消泡的效果,所以消泡剂商品各有偏重,有的偏重展布(低表面张力),有的偏重于贮存稳定性,更由于消泡剂组成复杂,所以没有一个万能的消泡剂。消除泡沫除使用消泡剂外,还应从配方中选用的表面活性剂上考虑,以减弱泡沫的稳定。


6、针孔


针孔是漆膜表面上如毛孔状的缺陷。它是陷入湿膜中空气逸出时造成的,原因可能是湿膜表层粘度和气泡壁的界面张力过大,一般可用释气剂使空气及时释放出湿膜。


7、幕式淋涂中的“破幕”


在幕式淋涂中,如果涂料内含有表面张力比涂料低的杂物,那么落下的“幕”上应付产生较剧烈的表层流动,使杂物四周的“幕”变薄而导致破裂。这破“幕”落在底材上就形成未涂上涂料的空白点。要避免“破幕”,必须使“幕“的表面张力低于车间内一般的杂物,这就是选用动态表面张力较低的表面活性剂(“幕”是处于表面积变动的状态下的)

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