在新設備製造(OEM)塗裝中,塗層外觀變(biàn)得越(yuè)來越重要。因此,塗料工業 的主要目(mù)標之一是根據用戶的(de)最終(zhōng)要求使塗料性能達到最佳(jiā),這(zhè)其中也包括表麵外觀滿意。表麵狀況通過顏色、光澤、霧影度和(hé)表麵結構等因素影響視(shì)覺(jiào)效果。光澤和映象清晰度常用於控(kòng)製塗層的外觀。然而即使用對光澤度很高的塗膜(mó),其表麵的波動度也影響著整個塗膜(mó)的外觀,同時認為光澤(zé)測量也控(kòng)製不(bú)了波動的視(shì)覺效果,這種效應也被稱為“桔皮”。
桔皮或微波動是尺寸大小在(zài)0.1mm~10mm之間(jiān)的波紋(wén)狀結構。在高光(guāng)澤的塗層表麵,人們可看到波狀、明暗相間的區域。可以區分兩種不同等級的波動:長波(bō)動(dòng),也稱為桔皮,這(zhè)是間隔達2~3距離上能觀察到的波動;另一種叫短波(bō)動(dòng)或微波(bō)動,這是(shì)間距約(yuē)50cm處觀察到的波動。
要指出的是有時為了遮蓋底材的表麵缺陷(xiàn)或者獲得特殊的塗層表麵外觀,而有目(mù)的的設計一定的波動度(dù)或波(bō)紋結構。 因此,“桔(jú)皮”可定義(yì)為(wéi)“高光澤表麵的波狀結構”,其使漆層表麵(miàn)產(chǎn)生斑紋、未流(liú)平的視(shì)覺外觀。粉末塗料塗膜的視覺(jiào)外觀(光(guāng)澤、霧影度、流平桔皮(pí))的控(kòng)製非常重(chóng)要,特別是在(zài)不同(tóng)埸合噴塗的部(bù)件(jiàn)組裝時。
本文簡(jiǎn)要介紹了粉末塗料成膜過程中流變力對膜流動和表麵外觀的影響。論述了如(rú)何避免桔皮形(xíng)成、以及如何判斷和比較桔(jú)皮現象(xiàng)等其它方麵。
1)影響(xiǎng)粉(fěn)末塗料中塗(tú)膜流動和外觀的因素
在(zài)工(gōng)業塗料中、粉末塗料在製備和(hé)成(chéng)膜過程中的相變化是獨特的。由於缺乏溶劑 來潤(rùn)濕和提(tí)高塗膜流動性,導致粉末塗料比液體塗料更難去除表麵缺陷。雖然兩者的主要組份類似,但相比於液(yè)體塗料、熱固性的粉末塗料立足於十分不同的機理.
粉末(mò)塗料是無溶劑的均一體係。在製備過程中,顏料和其它組 份通過熔融混(hún)合被分散和部分包裹於低分子固體樹脂中。粉末塗料使用是通過空氣把粉末(mò)傳送到底材上(粉末懸浮於空氣中),再通過(guò)電荷使之附(fù)著於底材上。在預定的溫度下加熱,使粉末(mò)顆粒(lì)熔化、聚集在一起(聚結),流動(成(chéng)膜),接著流平,這期間通過一個有粘性的液(yè)態階段潤濕表麵),最後化學交聯(lián)形成高分子量的塗(tú)膜,這就是粉末塗料的成膜過程。
2)影(yǐng)響塗膜流動(dòng)和外觀的因素
成膜(mó)過程可分為熔融(róng)聚結,形成塗膜,流(liú)平三個階段
在給定溫度下,控(kòng)製熔融聚結速度最重要(yào)的因素是樹脂的熔點、熔融態粉末顆粒的粘度以及粉末顆粒的大小。為了使(shǐ)流動效果最佳,熔融聚結應當盡可能快地完成,以便(biàn)有較長時間來完成流平階段。固化劑的(de)使用縮(suō)短了(le)可供流動和流(liú)平所需的時(shí)間,因而那些極為活性的粉末形成的塗膜常呈現桔皮。
影響塗膜流動和(hé)流平的關鍵因素是樹脂的熔融粘(zhān)度、體係的表麵張力和膜厚。轉而,熔(róng)融粘度尤其取決於固化溫度、固化速度和升溫速率。
以上提及的種種因素,連同粒(lì)徑分布和膜厚,通常由所要求的塗膜性能、被塗物件和粉末施工條件等所決定。
粉末噴塗時流動和流平的動力來自體係的表麵張力,這一點前麵也曾經提到。該作用力同施加到塗膜上的分子間引(yǐn)力相反,其結果導致如(rú)熔融粘(zhān)度越(yuè)高,則對抗流動和流平的阻力越大。因此,表麵(miàn)張力和分子間引力之(zhī)間的差值大小決(jué)定著塗膜流平的程度(dù)。
對於流動性很(hěn)好的塗料(liào),顯(xiǎn)然,該體係的表麵張力應盡可(kě)能高,且熔(róng)融粘度盡可能低(dī)。這些可(kě)通過加入能提高體係表麵張力的助劑和(hé)使用低分子量低熔點的樹脂來實現。
根(gēn)據以上(shàng)條件製(zhì)備的塗料能具有極好的流動性,但是由於其高(gāo)的表麵張力會導(dǎo)致縮孔,同時由於較低的熔融粘度會產生流掛,且(qiě)邊角塗覆性差。實際工(gōng)作中,體係的表麵張力和熔融粘度都控(kòng)製在特定範(fàn)圍內(nèi),這(zhè)樣可得到(dào)合格的塗膜表麵(miàn)外觀。
表麵張力和熔融粘度對塗膜流動的影響見圖2。圖中可以看到,太低的表麵張力或太高的熔融(róng)粘度會阻止塗膜流動,導致塗膜流動性差,而表麵張力太高時成膜過程中會出現縮孔。熔融粘度太低會使粉末的物理貯(zhù)存穩定(dìng)性(xìng)變差(chà),施工時邊角塗覆性差(chà),且施工於立麵(miàn)時產生流掛。
綜上所述,很明顯,得到的粉末塗料塗膜最後的(de)表麵(miàn)狀況、缺陷和(hé)不(bú)足(如桔皮,流動性差,縮孔(kǒng),針孔等)是相互密切關聯的,同時也被在成膜過程中參與相變的流(liú)變力(lì)所控製(zhì)。
粉末(mò)顆粒大小分布狀況也影響著塗(tú)膜的表麵(miàn)外觀。顆粒越小,由於其熱容較大顆粒的低,因此其熔化時間比大顆粒的短,聚結也較快,形成塗膜的表麵外觀較好。而大的粉末顆粒熔化時間比小顆粒(lì)的長(zhǎng),形成的塗膜就(jiù)可能會產生(shēng)桔皮(pí)效應(yīng)。粉末靜電(diàn)施(shī)工方法(電暈放電或摩擦放電)也是導致桔皮形成的一個因素。
3)怎樣減(jiǎn)小或避免桔皮效應
促進流(liú)動和(hé)流平能減(jiǎn)少或避免桔皮(pí)。體係使用較低的熔(róng)融粘度、固化過程中延長流(liú)平時間以及較(jiào)高(gāo)的表麵張力可(kě)提高流(liú)動和流平性。控製表麵張力梯度是(shì)減少桔皮的重要參(cān)數,同時還(hái)要控製塗膜表麵(miàn)的表麵張力均勻,以獲得最(zuì)小的表麵積。
實際工(gōng)作中常使用流動促進劑或(huò)流平劑來改善塗膜外觀,以消除桔(jú)皮、縮孔、針孔等(děng)表麵缺陷。性能好的流動促進劑能(néng)降低(dī)熔融粘度,從而(ér)有助於熔融混合和顏料分散,提(tí)高(gāo)底材的潤濕性,塗層的(de)流動流平,有(yǒu)助於消(xiāo)除表(biǎo)麵缺陷以(yǐ)及便於空氣的釋放。應考察流動改性劑(jì)用量與效果的關係。其用量不足會導致縮孔和桔皮,而用(yòng)量過多又會導致失光、霧影,並產生對上層重塗附著力的問題(tí)。通(tōng)常,流動改(gǎi)性劑在預混時加入。它們或做成樹脂的母料(樹脂和該(gāi)添(tiān)加劑的比為9/1~8/2),或者以粉末狀吸(xī)附在無機載體上。粉末塗料中該添加(jiā)劑的用量為0.5~1.5%(在(zài)以基料計算的有效聚合物中),但(dàn)是在濃度(dù)較低時可能效果也不錯。
流動改性劑中聚丙烯酸酯(zhǐ)係樹脂應用最廣(guǎng),如聚丙烯酸丁酯(“Acronal 4F”)、丙烯酸(suān)乙酯-丙烯酸乙基己酯共聚物和(hé)丙烯酸丁酯-丙烯酸己酯(zhǐ)共聚物等。它們可在濃度很寬(kuān)的範(fàn)圍內使用。一般聚丙烯酸酯對表麵張力影(yǐng)響很小,它們能(néng)有助於塗層形成比較恒定的均勻表麵(miàn)。同那(nà)些使表麵張力降低的添加劑(如矽氧烷等)相比,它們不會降低表麵張力,因此可用來加速流平(píng)。降低表麵張力的添加劑包括表麵活性劑、氟化烷(wán)基酯以(yǐ)及矽氧烷等。它(tā)們(men)對加入量的多(duō)少(shǎo)非常敏感。安息(xī)香是(shì)一種脫氣劑,也有降低表麵張力的效果(guǒ),被廣泛用於改善粉末塗料(liào)塗膜的表麵外觀。