在新設備製造(zào)(OEM)塗裝中,塗層外觀變得越來越重要。因此,塗料工業 的主要目標之一是根據用戶的(de)最終要求使塗料(liào)性能達到最佳,這其(qí)中也包括表麵外(wài)觀滿意。表麵狀況通過顏色、光澤、霧影度和表麵結(jié)構等因素影響視覺(jiào)效果。光澤和映象清晰度常用於控製塗層的外觀。然而即使用對光(guāng)澤度(dù)很高的塗膜,其(qí)表麵的(de)波動度也影響著整個塗膜的外觀,同時認為光澤測量也控製不了波動的視覺效(xiào)果,這種效應也被稱為“桔皮”。
桔皮或微(wēi)波(bō)動是(shì)尺寸大小在0.1mm~10mm之間的波紋狀結構。在高(gāo)光澤(zé)的塗層表麵,人們可看到波狀、明(míng)暗相間的區域。可以區分兩種不同等級的波動:長波動,也稱為桔皮,這是間隔達2~3距離上能觀察(chá)到的(de)波動;另一種叫短波動或微波動,這是間距約50cm處(chù)觀察到的波動。
要指出的是有時為了遮蓋底材的表麵(miàn)缺陷或者獲得特殊的(de)塗層表麵外觀,而有目的的設計一定的波動度或波紋結(jié)構。 因此,“桔皮”可定義為“高光澤表麵的波狀結構”,其使(shǐ)漆層表麵(miàn)產生斑紋、未流平的視覺外觀。粉(fěn)末塗料塗膜的視覺外觀(光澤、霧影度、流平桔(jú)皮)的控製非常重要,特別是在(zài)不同埸(yì)合噴塗(tú)的部件組裝時(shí)。
本文簡要介紹了粉末塗(tú)料成膜過程中(zhōng)流變力對膜流(liú)動和表麵外觀的影(yǐng)響。論述了如何避(bì)免(miǎn)桔(jú)皮形成、以及如何判斷(duàn)和(hé)比(bǐ)較桔皮現象等其它方麵。
1)影響粉末塗料中塗膜流(liú)動和外觀的因素
在工業(yè)塗料中、粉末塗料在製備和成膜過(guò)程中的相變化(huà)是獨特的。由於缺乏溶劑 來(lái)潤濕和提高塗膜(mó)流(liú)動性,導致(zhì)粉末塗料比液體塗(tú)料(liào)更難去除(chú)表麵缺陷。雖然兩(liǎng)者的主要組份類似,但相比於液體(tǐ)塗料、熱固性的粉末塗料立足於十分不同的機理(lǐ).
粉末塗料是(shì)無溶劑的(de)均一體(tǐ)係。在製備過程中,顏料和其它組 份通過熔融混合被分(fèn)散(sàn)和部分包裹於(yú)低分子固體樹脂中。粉末塗料使用是通過空氣把粉末傳(chuán)送到底材上(粉末懸(xuán)浮於空氣中),再通過電荷(hé)使之附著於底材上。在預定的溫度下(xià)加熱,使粉末顆粒熔化、聚集在一起(qǐ)(聚(jù)結),流動(成(chéng)膜),接著流平,這期間通過一個有粘性的液態階段潤濕表麵),最後化學交聯形成高分(fèn)子量(liàng)的塗膜,這就是粉末塗料的成(chéng)膜(mó)過程。
2)影響塗膜流動和外觀的因素
成(chéng)膜過程可分為熔融(róng)聚(jù)結,形成塗膜,流平三個階段
在給定溫度下,控製熔融聚結速度最重(chóng)要的因素是樹脂的熔點、熔融態粉末顆粒(lì)的(de)粘度以及粉末顆粒的大小。為了使流動效果最佳,熔融(róng)聚結應當盡可能快地(dì)完成,以便有較長時間來完成流(liú)平階段。固化劑的使(shǐ)用(yòng)縮短了可供流動和(hé)流平(píng)所需的時間,因而那(nà)些極為活性的粉末形成(chéng)的塗膜常(cháng)呈現桔皮。
影響塗膜流動和流(liú)平的關鍵(jiàn)因素是樹脂(zhī)的熔融粘度、體係的表麵張力和膜厚。轉而,熔融粘度尤其取決於固化溫度、固化速度和升溫(wēn)速率。
以上提及的種種因素,連同(tóng)粒徑分布和膜厚,通常由所要求(qiú)的塗膜性(xìng)能、被塗物件(jiàn)和粉末施工條件等所決定。
粉末噴塗時流動和流平(píng)的動力(lì)來(lái)自體係(xì)的表(biǎo)麵張力(lì),這一(yī)點前麵也曾經提到。該作用力同施加到塗膜上的分子(zǐ)間引力相(xiàng)反,其結果(guǒ)導致如熔融粘度越高,則對抗流動和流平的阻(zǔ)力越大。因此,表麵張力和分子間引力之間的差值大小決定著塗膜流平的程度。
對於流動(dòng)性很好的塗料,顯然,該體係的表麵張力應盡可能高,且熔融粘度盡可能低。這些可通過加入能提高體係表麵張力的助劑和使用低分子量低熔點的樹脂來實現(xiàn)。
根據以(yǐ)上條件製備的塗料能(néng)具有極(jí)好的流動性,但是由於其高的表(biǎo)麵(miàn)張力會導致縮孔,同時由於較低的熔融粘度會產生流掛,且邊角塗覆性差。實際工(gōng)作中,體係的表麵張力和熔融粘度都控製在特定(dìng)範圍內,這樣可(kě)得到合格的塗膜表麵外觀。
表麵張力和熔(róng)融粘度對塗膜流動的影響見(jiàn)圖2。圖中可以看到,太低的(de)表麵張力或太(tài)高的熔融粘(zhān)度會阻止塗膜流動,導致塗膜流動性差,而表麵張力太(tài)高時成膜(mó)過程中會出現縮孔。熔融粘(zhān)度太低會使粉末的物理貯存(cún)穩定性變差,施工時邊角塗覆性差,且施工(gōng)於立麵時產生流掛。
綜上所述,很(hěn)明顯(xiǎn),得到的粉末塗料塗膜最後的表麵狀況(kuàng)、缺陷和不足(如桔皮,流(liú)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(zhōng)參與相變的流變力所控製。
粉(fěn)末顆粒(lì)大小分布狀況也影響著塗膜的表麵外觀。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(biǎo)麵外觀較好。而大的粉末顆粒熔化時間比小顆粒的長(zhǎng),形成的塗膜就可能會產(chǎn)生桔皮效應。粉末靜電施工方法(電暈放電(diàn)或摩擦放(fàng)電)也是導致桔皮形成的一個因素。
3)怎(zěn)樣減小或避免桔皮效應
促進流動和流平能減少或避免桔皮。體係使用較低的熔融粘度、固(gù)化過程中延長流(liú)平時間以及較高(gāo)的表麵張力可提(tí)高流動和(hé)流平(píng)性。控製表麵張力梯度是(shì)減少(shǎo)桔皮的重要參數,同時還(hái)要控製塗(tú)膜表麵的表麵張(zhāng)力均勻,以(yǐ)獲得最小的表麵積。
實際工作中常使用流動促進劑或流平劑來改善(shàn)塗膜外觀,以消除桔皮、縮孔、針孔等表麵缺陷。性能好的流動促進劑能降低熔融粘度,從而有助於熔融(róng)混(hún)合和顏料分散,提高底材的潤濕(shī)性,塗層的流動(dòng)流(liú)平,有助於消除表麵缺(quē)陷以及便於空氣的釋放。應考(kǎo)察流動改性劑用量與(yǔ)效果的關係。其用量不足會導致縮孔和桔皮,而用量過多又會導(dǎo)致失(shī)光、霧影,並產(chǎn)生對(duì)上層(céng)重塗(tú)附著力的問題(tí)。通常,流動改性劑在預混時加入(rù)。它們或做成樹脂的母料(樹(shù)脂和該添加劑的比為9/1~8/2),或者以(yǐ)粉末狀吸附(fù)在無機載體上。粉末塗(tú)料中該添加劑的用量為0.5~1.5%(在以基料計算的有效聚合物中),但是(shì)在濃度(dù)較低時可能效果也不錯。
流動改性劑中(zhōng)聚(jù)丙烯酸酯係樹脂應用最廣,如聚丙(bǐng)烯酸丁酯(“Acronal 4F”)、丙(bǐng)烯酸乙酯-丙烯酸乙基己酯共聚物和丙烯酸丁酯-丙烯酸己酯(zhǐ)共聚物等。它們可在(zài)濃度(dù)很寬的範圍內(nèi)使(shǐ)用。一(yī)般聚丙烯酸酯對表麵張力影響很(hěn)小,它們能有助於塗層(céng)形成比較恒(héng)定的均勻表麵。同那些使表麵張力降低的添加劑(如矽氧烷等(děng))相(xiàng)比,它們(men)不會降低表麵張力,因此可(kě)用(yòng)來加速流平。降低(dī)表麵張力的(de)添加劑(jì)包括表麵活性劑、氟化烷基酯以及矽氧烷等。它們對(duì)加入量的多少非常敏感。安息香(xiāng)是一種脫氣劑,也有降低表(biǎo)麵張(zhāng)力(lì)的效果,被廣泛用於改善(shàn)粉末塗料塗膜的表麵外觀。