漆膜的形成與性能

1、8 漆膜的形成過程控制,涂料施工后，要流動干燥成膜，然后逐漸形成一個平整、光滑、均勻的涂膜。 涂料施工中或施工后會產(chǎn)生許多種缺陷或不完整。,避免這些缺陷需要在理論指導(dǎo)下加入相應(yīng)的助劑。 表面張力以及由表面張力引起的流動理論是理解這些缺陷形成原因的基礎(chǔ)。,1.1表面張力的概念,物體本體內(nèi)分子所受的力是對稱的，而在表面上的分子受到的是拉入本體內(nèi)的力，這就是表面張力。 表面張力使這種受力的不平衡狀態(tài)趨向平衡狀態(tài)。,表面張力也用表面自由能來表示，就是形成單位面積的新表面所需的最低能量。 表面分子具有更高的自由能。表面張力的作用是降低表面自由能。 體系達到平衡時，體系的表面自由能達到最小，單位體積的液體

2、表面積也變得最小，如使液滴變成球形。,表面張力漆膜流平的推動力。 控制涂料的表面張力低，基材的高。低表面張力的能去主動覆蓋高表面張力的。涂料覆蓋基材，降低體系總表面自由能。 平滑的濕漆膜與粗糙的相比，與空氣接觸的表面積更小，流平能降低表面張力。 涂料的表面張力越高，漆膜越易流平。,表面張力推動濕涂層流動，一方面努力減少濕涂層的表面積（由粗糙變平滑），另一方面以低表面張力液體流動去覆蓋高表面張力的表面。 表面張力理論可用來理解涂層形成過程中出現(xiàn)的問題。 涂裝過程中濕涂層接觸的物質(zhì)包括基材表面、飛散物，以及空氣。,涂料的表面張力低，基材的高，濕涂層自動地在基材表面流平。 流平性太好的涂料通常容易發(fā)

3、生“流掛”。 涂料的表面張力高，基材的低，濕涂層不能在基材表面流平，這就造成“回縮”。 涂層流平性不好，刷涂時會出現(xiàn)刷痕，噴涂時出現(xiàn)橘皮，滾涂時產(chǎn)生滾痕。,飛散物落在濕涂層上，如果飛散物的表面張力比濕膜的低，涂料向它的周圍流去，產(chǎn)生“縮孔”； 比濕膜的高，引起鄰近的低表面張力的濕涂層流過來去覆蓋飛散物，產(chǎn)生“橘皮”。,空氣在濕涂層中形成氣泡。 在有孔隙底材上直接涂布涂料，孔隙內(nèi)的空氣自涂層內(nèi)部上溢，因粘度作用氣泡上升不到表面，留在涂層中就形成“魚眼”； 若氣泡上升到表面，就會在涂層上形成“針孔”。,不同的官能團的表面張力也不同。 全氟烷基（CF3）有最低的表面張力，次之是甲基。 亞甲基的表面張

4、力比甲基的大，因此線性脂肪烴隨鏈的延長，表面張力增大。 表面張力依次增大的次序為：脂肪鏈、芳香環(huán)、酯、酮、醇、水。,表面張力在涂料中的應(yīng)用： 液體分子中能將表面張力降至最小的鏈段趨向于在表面取向排列。 聚二甲基硅氧烷的表面張力低。 硅氧烷鏈很柔軟，可容易地在主鏈上旋轉(zhuǎn)而允許大量的甲基在表面上取向。,降低表面張力的機制： 水的表面張力最高，水中加少量表面活性劑能顯著降低水的表面張力。 表面活性劑的疏水部分表面張力低，在水與空氣的界面取向，伸展到空氣中去了。 在有機溶劑中加聚二甲基硅氧烷能降低表面張力，因為甲基在溶液表面取向。,動態(tài)表面張力,施工時的強烈攪動會造成各種不同表面張力的分子均勻混合。不

5、同表面張力的分子就進行移動，以達到體系總的最小。 如何快速達到擴散平衡？ 表面活性劑的碳氫鏈短或有支化碳氫短鏈。,分子量中等，主鏈柔性好。 滿足以上條件才擴散達到平衡快，降低體系表面張力的效果較好。 硅油和低分子量的聚丙烯酸辛酯就用于降低涂料成膜時的表面張力。,漆膜的流平,濕漆膜大多是粗糙的，需要流平。 漆膜流平性不好，刷涂時會出現(xiàn)刷痕，噴涂時出現(xiàn)橘皮，滾涂時產(chǎn)生滾痕。因為噴涂重要，橘皮就重要。 漆膜表面由漆霧顆粒形成的隆起，像橘子皮，稱為橘皮。,高揮發(fā)性溶劑涂料噴涂中最易出現(xiàn)橘皮。 涂料常用揮發(fā)快和揮發(fā)慢的混合溶劑。 原因： 溶劑揮發(fā)性太低時漆膜的特征 長時間保持低粘度，能充分流平，但粗糙底

6、材表面凸處的漆膜就太薄。,溶劑的揮發(fā)性太高時漆膜的特征 原理：表面張力隨溫度下降而提高，溶劑通常比樹脂的表面張力低。 溶劑揮發(fā)時，造成漆膜表面溫度降低、濃度提高，這都提高漆膜的表面張力。,漆霧滴外圍易揮發(fā)，中心的粘度仍然低，漆霧滴中心的表面張力低，要去覆蓋表面張力高的外圍。 靠表面張力推動，漆霧滴去覆蓋底材表面，得到厚度均勻的漆膜。 要注意的是，漆霧滴雖然去覆蓋，漆膜卻未流平。,溶劑揮發(fā)高時，沒有充足的時間流平，漆膜隨底材表面的凹凸而相應(yīng)凹凸，即漆膜不平滑。 用揮發(fā)快和揮發(fā)慢溶劑的組合，可以獲得既有合理的平整度，又沒有很薄處的漆膜。 噴涂時， 這種混合溶劑可以避免流掛，促進流平。,漆膜的流平,

7、表面張力越大，基材表面的粗糙度越小，涂料粘度越低，濕漆膜越厚，就越容易流平。 流平快的涂料容易發(fā)生流掛。 流掛是濕漆膜受自身重力作用向下流，即濕漆膜的向下流淌。,回縮,涂料施工時的機械作用力能把表面張力高的涂料涂覆于表面張力較低的底材上。 但涂料卻不能潤濕底材表面，濕漆膜就傾向于收縮成球狀。,溶劑揮發(fā)造成濕漆膜粘度增大，在被拉成球之前，粘度已高到使流動基本停止，就形成厚度不均的漆膜。這種行為稱為回縮。 容易造成回縮的場合： （1）油和有機分子的表面張力通常很低，在有油污的鋼材上涂漆會造成漆膜回縮。,（2）大多塑料的表面張力通常很低，在塑料上涂漆就容易出現(xiàn)回縮問題。 （3）含有表面活性劑的漆膜上

8、重新涂漆時，表面活性劑低表面張力的一端排列在表面上，使新的濕漆膜產(chǎn)生回縮。 為消除漆膜回縮，得到厚度均勻一致的漆膜，涂料涂布前需要對工件進行預(yù)處理。,預(yù)處理（漆前表面處理的一部分）： 金屬等材料的表面張力大，需要清除其表面的有機污物（主要是各種油污，包括工件加工后涂的防銹油），這稱為除油。 塑料等材料本身的表面張力小，需要在它們的表面上引進極性大的基團（如羥基、羧基等），以增加其表面張力。,鋼鐵、鋁、鋅等表面覆蓋的是它們的氧化物。 這些自然形成氧化物的性質(zhì)并不均勻一致，需要進行化學(xué)處理，使金屬表面的性質(zhì)均勻一致。 鋼鐵表面進行磷化，就生成均勻的磷化膜。,漆膜對底材的附著力主要是分子間力。 在極

9、小的間距內(nèi)(約0.5nm) ，分子間力才發(fā)揮作用。沒有良好的潤濕，就沒有良好的附著力。 在實際涂裝過程中，一方面提高底材的表面張力，另一方面若涂料的表面張力太高，就要降低涂料的表面張力，使涂料能充分潤濕底材表面。,縮孔,縮孔是在濕漆膜上，由低表面張力的小顆粒或小液滴產(chǎn)生的。 原理： 低表面張力物質(zhì)存在于底材上、涂料中、或飛落在剛涂布好的濕膜上。,低表面張力的部分流動去覆蓋周圍高表面張力的部分。 溶劑的揮發(fā)增大粘度，阻礙流動，最終低表面張力處形成凹縮孔。外觀是小圓形，像火山口。 在縮孔的中心一般可看到雜質(zhì)顆粒。,噴涂平板時，漆膜在邊上最厚，稍離邊處則較薄，這就是厚邊現(xiàn)象。 在邊上，空氣流最大，溶

10、劑揮發(fā)也最快，導(dǎo)致邊上樹脂濃度增大、溫度降幅也最大，從而使邊上的表面張力增大，引起鄰近的低表面張力的涂料流過來。,厚邊現(xiàn)象,噴涂時空氣中的飛散物落在濕膜上。 飛散物的表面張力比濕膜的低，產(chǎn)生縮孔。 比濕膜的高，引起鄰近的低表面張力的濕膜流過來產(chǎn)生橘皮。,空氣中的飛散物,漆膜的裝飾性要求越高，涂裝場所的清潔度要求就越高。 現(xiàn)代化涂裝車間通常按所需的清潔度的等級進行分區(qū)布置，以保證需要的清潔度。,流平劑,流平劑能將涂料的表面張力降低到大多數(shù)會引起縮孔的雜物的表面張力以下，防止縮孔；能促進涂料流平（見流平劑作用機理）。因此又稱為防縮孔流平劑。 防縮孔流平劑有兩類：高沸點混合溶劑和有限混溶的樹脂 。,

11、高沸點混合溶劑：采用芳烴、酮類、酯類等的高沸點溶劑混配而成。 能始終保持對成膜物質(zhì)的溶解，揮發(fā)慢，促進漆膜的流平，但易流掛。 F-1硝基漆防潮劑、F-2過氯乙烯漆防潮劑都具有這種功能。,有限混溶的樹脂,醋丁纖維素類、聚丙烯酸酯類、硅樹脂。 在濕漆膜中擴散速度快，而且在涂料中混溶性小。 涂裝后在漆膜表面富集，形成一層“殼”。,“殼”阻礙溶劑的揮發(fā)，延長流平時間，減弱漆膜表層的流動，從而減弱流動的“痕跡”，使漆膜變得光滑。 缺點： 加劇流掛。有限混容性也影響漆膜的機械性質(zhì)和光澤，故通常采用最小用量。,傳統(tǒng)油基涂料的表面張力較小，很少出現(xiàn)漆膜缺陷，如縮孔、回縮、流平性不好等。 聚氨酯涂料、環(huán)氧-胺涂

12、料、粉末涂料、水稀釋涂料、高固體份涂料等的表面張力大。 需要考慮由表面張力引起的弊病，需要提高這些涂料的流平性，克服縮孔。,泡沫,木材或水泥上有孔隙，孔隙內(nèi)的空氣自涂膜內(nèi)部上溢，漆膜中會出現(xiàn)氣泡 。 因粘度氣泡上升不到表面，留在涂膜中就形成魚眼； 氣泡上升到表面，就會在漆膜上形成縮孔和針眼。,溶劑型涂料的泡沫問題不很突出，但在木器漆中必須加消泡劑。 水性涂料因使用表面活性劑，表面活性劑易產(chǎn)生泡沫，廣泛應(yīng)用消泡劑。,消泡的機理,表面活性物質(zhì)吸附于液膜表面，外力作用于液膜表面，表面活性物質(zhì)迅速移動消除外力的影響，即有反抗液膜表面擴張或收縮的能力。 這種穩(wěn)定液膜表面的能力被稱作表面彈性，也稱吉布斯彈

13、性。,表面彈性的作用：穩(wěn)定液膜表面 當(dāng)外力(機械力或熱沖擊)作用于泡沫時，表面活性物質(zhì)便會移動，迅速改變泡沫膜的表面張力，以抵消該外力。 Marangoni效應(yīng)： 由于重力作用，膜內(nèi)液體向下流動，使泡沫膜不斷變薄。 然而，,液體的流動也帶動表面活性物質(zhì)向下移，膜下部活性物質(zhì)的濃度大于膜上部的，下部的表面張力低于上部的，下部的液體沿膜壁向上移動，使上部變薄的泡沫膜又恢復(fù)了厚度。這稱為Marangoni效應(yīng)。 液膜的表面彈性和Marangoni效應(yīng)都穩(wěn)定膜壁，保持泡沫穩(wěn)定。,消泡劑,消泡劑可分消泡劑（defoamer）和抑制泡沫產(chǎn)生的抑泡劑（antifoamer）。 抑泡劑的作用： 抑泡劑的表面張

14、力很低，能分散但不溶于發(fā)泡液體中。 起泡時抑泡劑分子不規(guī)則地分布于泡沫表面，破壞膜壁的彈性，抑制泡沫形成。,消泡劑消除已形成的泡沫。 在泡沫膜面形成一個低表面張力的點，點上的液體就流向鄰近較高表面張力處，氣泡壁本來就薄，物質(zhì)外流使壁更薄，導(dǎo)致泡沫破裂。 消泡劑的表面張力越小，消泡效果越好。還要求消泡劑遷移至液膜表面的速度快，在泡沫表面擴散的能力強。,涂料的粘度高，消泡劑不易分散，小氣泡會長期懸浮于其中不破滅。 涂料的粘度越高，膜的厚度越大，消泡越不容易。 乳膠漆的粘度太低不易施工，使用增稠劑后同時也增大泡沫膜的表面粘度，膜壁能保持一定的厚度，氣泡就難以破裂。,乳膠漆中可用礦物油消泡劑，由礦物油

15、、憎水顆粒和少量乳化劑、殺菌劑和其他增強成分組成。 憎水顆粒般用氣相二氧化硅，也有用脂肪酸金屬鹽或其衍生物的。 少量乳化劑使消泡劑易于均勻地混入涂料中。,礦物油可取代泡沫膜上的表面活性劑，減弱泡沫壁的彈性和內(nèi)聚力，作為載體，將憎水顆粒輸送到泡沫壁上，捕捉泡沫壁上的表面活性劑。 礦油消泡劑不適用于溶劑型涂料，因為在這類膜壁上散布開的速度不快。,好的消泡劑因表面張力極低而容易使漆膜產(chǎn)生縮孔。 消泡劑的作用與縮孔的產(chǎn)生是矛盾的，好的消泡劑，因表面張力極低，容易產(chǎn)生縮孔，弱的消泡劑產(chǎn)生的縮孔少，但效果差。 溶劑型涂料需要用表面張力更低的聚硅氧烷消泡劑。,需要用有機基團改性聚硅氧烷以控制在涂料的混容性，

16、既起消泡作用，同時不會產(chǎn)生縮孔。 聚醚側(cè)基改性可提高聚硅氧烷消泡劑的親水性。,全氟有機改性的有機硅，既有很低的表面張力又有強力的消泡作用，但含氟化合物通常價高。 消泡劑與流平劑配合使用會獲得相輔相成的效果，但應(yīng)分別添加，不能混合后添加。,流掛,流變助劑要求能恰到好處地控制粘度回復(fù)速度。 粘度逐漸緩慢增大，使涂膜有時間流平，流平后漆膜的粘度很大，防止了流掛 。,溶劑型涂料噴涂施工時，只要控制溶劑揮發(fā)速度并正確使用噴槍，可達到足夠的流平而不流掛。 熱噴涂有利于控制流掛。漆霧顆粒碰到冷的底材表面就溫度下降，粘度提高，減少流掛。,超臨界二氧化碳噴涂，對控制流掛特別有幫助。 漆霧在途中二氧化碳幾乎全閃蒸掉了，故粘度大幅度增大。 高速靜電旋杯施工時可用較高粘度的涂料，故也有助于控制流掛。,刷涂和輥涂涂料采用的溶劑揮發(fā)慢，涂料需要有觸變性，需要加流變助劑。 乳膠漆具有觸變性，比溶劑型涂料較少發(fā)生流掛。,觸變劑,超細二氧化硅的粒徑714nm，表面有硅醇基。 將這種二氧化硅加入漆中分散，硅醇基間形成氫鍵，產(chǎn)生立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加分散