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水性涂料涂膜表面缩孔的防治

时间:2011-8-18 6:04:02 点击:2428

  核心提示:0 引言随着社会的发展,涂料的应用已经越来越广泛,在城市的建设和美化中,涂料成为装扮城市的三大要素之一,即花草、灯光、色彩涂料。但在涂料的应用中会碰到各式各样的问题,漆膜产生针孔、缩孔是 最常见的问题之一,它会导致建筑物的表面出现缺 陷、影响光泽和耐沾污性,降低涂层屏蔽性,使建筑 物的整体效果大打折...
0 引言

    随着社会的发展,涂料的应用已经越来越广泛,在城市的建设和美化中,涂料成为装扮城市的三大要素之一,即花草、灯光、色彩涂料。但在涂料的应用中会碰到各式各样的问题,漆膜产生针孔、缩孔是 最常见的问题之一,它会导致建筑物的表面出现缺 陷、影响光泽和耐沾污性,降低涂层屏蔽性,使建筑 物的整体效果大打折扣,严重影响涂料的使用寿命。本文介绍了乳胶漆缩孔的形成和预防,以及缩孔问题的处理。

    1 缩孔的形成

    涂膜的表面缺陷主要是凹陷、针孔、以及边角的缩边或厚边等现象。涂膜表面凹陷有两种情况,一种是圆形凹陷、一种是六角多边型凹陷。涂膜表面出现的凹陷是由表面张力梯度造成的,由于涂料组 成的变化和温度变化导致表面张力不均,流体由低 表面张力处流向高表面张力处,结果在流体表面形成凹陷,也称为 Maragoni 效应,最终出现边缘隆起、中心下陷成圆形的缩孔,或边缘隆起、中心下陷为六 边形槽的贝纳尔多旋涡。缩孔中心有低表面张力的物质存在,其与周围的涂料存在表面张力差,这个差值就是缩孔形成的动力,促使周围的液体流体向四 周背离它 ( 缩孔污源 ) 而流开成凹陷——缩孔。

    涂料在施工干燥过程中形成缩孔,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。

    涂料施工后,干燥成膜过程中,表面溶剂挥发, 表面聚合物的浓度增高,涂料粘度增高,都会导致表 面张力和表面密度超过本体,形成凹陷。总的来说, 较厚涂膜 (> 4 mm ) 的液体涂层,主要是密度梯度驱使流动 ( 图 1a ) ,较薄的液体涂层是表面张力梯度控 制流动 ( 图 1b) ,形成一个个缩孔。

图 1 贝纳尔多涡流示意图

    2 涂漠缩孔的危害

    涂膜是一张半透膜,可以透过液体水和蒸汽水,溶解在水中的各种气体 (CO2 、O2 、 O2 等 ) 、可溶性盐类物质等可以进出这张半透膜。水蒸汽只有 10 -7 mm ,液体水为几十微米到几个毫米。水和水汽进出涂膜的通道是涂膜上的结构气孔和针孔、缩孔,以及涂膜表面因各种原因形成的裂缝。涂膜的结构气孔与成膜物质的化学结构和所处的状态有关,结构气孔大小尺寸通常在 l0 -6~ 10 -4 mm,结构气孔透过水蒸汽是很容易的,透过液体水分子聚集体,就比较困难。
高交联密度涂膜结构气孔小,成膜物质所处环境温 度在其玻璃化温度 Tg 以下,成膜物中的主成膜物 质分子链节运动很小,结构气孔小,而环境温度高于成膜聚合物 Tg 后,分子链节运动变得容易,链节间距离加宽,结构气孔变大,通透性加强。由于涂料本身存在表面张力不均匀的小分相,或基材被污染等问题,导致涂料施工过程中涂料对基材润湿不良,结果涂膜表面出现针孔和缩孔。针孔的尺寸在 l0 -3 ~ 10 -1 mm,缩孔尺寸大小能达几毫米甚至几十毫米。缩孔很容易透过液体水,在毛细作用下针孔成为水 流通的通道。
施工问题导致的涂膜缩孔,通常是被涂基材污 染,涂漆前基材清洗不彻底,基材上存在油渍、污渍 等,导致被污染处表面张力低于其周围涂料的表面张力,涂料在被污染处无法铺展而导致缩孔。

    4 缩孔的预防与解决

    减少涂膜缩孔重点在预防,设计合理、适应性强的涂料生产配方、控制涂料制造工艺,严格控制涂料原料检测,可以减少缩孔发生的几率。缩孔已经造成,要彻底解决通常比较困难,需要内外因结合控制缩孔的程度。

   4 . 1 涂膜缩孔预防

   涂膜缩孔的预防可以通过选用相容性好的消泡剂,在涂料中分散良好,分散的消泡剂液滴颗粒大小合适,减少不同于涂料本体的低表面张力大液滴存在;使用疏水带表面活性的分散剂和分子级或非矿物油类消泡剂,保证对有油污污染的粉体的乳化分散,体系对原材料有较强的接受忍耐能力,有预防缩孔的潜力,减少缩孔的产生。

    4 . 1 . 1 选择相容性好的消泡剂减少缩孔出现几率

    涂料缩孔问题的预防与解决重点在控制涂料原料、生产配方和生产工艺,保证涂料生产和施工正常,使用消泡剂在涂料生产过程脱出气泡,施工过程抑制气泡的产生并破裂已产生气泡,放出气泡内容空气。这是消泡剂正面积极作用,其负面影响就是 降低涂膜光泽,消泡剂分散不良形成缩孔等现象。 消泡剂是不溶于体系的低表面张力物质,选用分散性、相容性良好的消泡剂可将缩孔的危害减少到最小,分散性、相容性良好的消泡剂在涂料体系中容易分散,分散的液滴大小合适,体系中的消泡剂不易聚集成大消泡剂液滴。 COGNIS 公司的 FoamStar 类消泡剂为分子级的消泡剂,消泡活性物质接枝在载 体物质上形成聚合物,如图 4 所示,聚合物分子链上 带有润湿作用的羟基 ( 一 0H) ,消泡活性物质分布在分子的四周,活性物质不易聚集,与涂料体系相容性良好。目前可以提供的分子级消泡剂有矿物油质 (FoamStar A10 系列 ) 、含硅类 (FoamStar A30 系列 ) 以及非硅非油聚合物类 (FoamStar MF 系列 ) 。

图 4 FoamStar

    下面的实验是在水性环氧透明底漆 ( 木器漆也 一 样 )Waterepoxy 751 / Waterpoxry 1455 体系中进行的,比较消泡剂相容性。该建筑涂装用水性环氧透明底漆的特点是粘度低 ( 涂- 4 杯粘度 25 ~ 35 s) ,涂料含水量大 ( 达 50 %以上 ) 、表面张力高,易缩孔。缩孔的存在减少了涂膜完整性和屏蔽性。将 0 . 5 %的消泡剂添加到透明的固化剂组分中,分散均匀后比较涂料的透明性。分子级消泡剂 FoamStar A34 、 A36 涂料透明度最好, FoamStar A36 较 FoamStar A34 更疏水些。

    将透明木器漆的树脂组分与固化剂混合后制备 厚度 150 μ m 湿涂膜,干燥后测试涂膜的缩孔情况,结果见表 2 。分子级消泡剂 FoamStar A34 相容性很好,消泡效果也不错。

    表 2 W- 751 / W1455 透明底漆消泡剂选择数据

表 2 W- 751 / W1455 透明底漆消泡剂选择数据

1 . 2 配方生产中选用疏水表面活性分散剂

    涂料生产中,原材料、填充料常会受污染,使用 普通亲水分散剂研磨漆浆表面悬浮细小油珠,严重 者会漂浮絮状油粉杂合物。使用这类污染粉体生产的涂料内部存在有细小低表面张力的油粉混合体, 施工缩孔难以控制。添加具有表面活性的分散剂,可明显改善研磨漆浆的外观,同时减少缩孔现象的 产生。表 3 的数据是从某涂料厂取回的污染粉体制备涂料,疏水分散剂与分子级消泡剂组合体系,体系抗缩孔和油污能力最强。亲水分散体系不但涂料有 油污影响外观,同时涂膜缩孔严重。

    表 3 污染粉体研磨漆浆外观与涂膜外观

表 3 污染粉体研磨漆浆外观与涂膜外观

   4 . 2 成品涂料涂膜缩孔的防止与改善

    由于涂膜缩孔的产生原因多种多样,应根据实 际情况进行解决和降低缩孔的程度。

    4 . 2 . 1 消泡剂导致的缩孔

    在亲水体系,或施工时大量兑水的涂料,体系消 泡剂会分离出来形成低表面张力的液滴。即减弱了消泡能力,会导致缩孔。由于消泡剂的选用不当引起漆样表面的浮油、涂膜的缩孔,在试涂过涂料发现问题后,在成品涂料中通常可采用润湿剂、乳化剂等进行解决,如表 4 所示。缩孔不严重的涂料添加 Hydropalat 875 有较好的抗缩孔作用,添加 Hydropalat306 对低表面张力的液滴有较好的乳化作用,可以 改善缩孔。

    表 4 有缩孔的问题涂料改善方法

表 4 有缩孔的问题涂料改善方法

    为减少由于消泡剂的选用不当产生的缩孔,尽量选用相溶性较好的消泡剂, CogniS 公司 FoamStar 类消泡剂是崭新的一种分子级消泡剂,传统的水性 涂料用消泡剂属混合物,由消泡活性物质、载体、扩散剂等组成,使用前要摇匀,以免影响消泡能力和产 生涂膜缺陷。分子级消泡剂消泡活性物质化学接枝 在载体上,所以分散性好,完成消泡任务后的活性物质难以聚集在一起成为油斑。

作者:onlyou 来源:涂料原料网

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