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浅谈流平剂(五)《流平剂及防缩孔》

发布于 2020-11-26  阅读数

流平剂与防缩孔

    毫无疑问,流平剂的流平速度及版面效果是衡量流平剂最重要的指标,然而,流平剂在抑制涂层表面弊病上的作用是众多涂料工程师衡量流平剂的重要参数。

 

(一)缩孔 

(1)缩孔的定义、展布系数及缩孔产生的原因  

    缩孔是漆膜上裸露底材的小圆孔,可在涂布后立即出现,也可在晾干过程中出现,也可在烧烤过程中出现。缩孔缺陷来自湿膜的表面张力与底材的的不适应。表面张力要使体系的表面能趋向最低,而在这不适应的条件下,形成缩孔甚至回缩是达到最低表面能的一种方式。涂料在底材上的展布趋势可以用展布系数(WS)来衡量。WS是涂料在底材展布前后体系的表面能之差(△E)。设E1为涂料展布前体系(底材)的表面能,这就是底材的表面张力(rS),E2为涂料展布后体系的表面能,这就是湿膜的表面张力(rL)加上漆膜/底材的界面张力(rSL),所以WS=△E = rS-(rL+rSL)=(rS-rSL)-rL,式中(rS-rSL)称为底材的润湿张力,它与固体的临界张力在意义上类似。

 

    当WS>0时,即涂料在涂布后体系的表面能下降,则涂布是自发的,没有缩孔会产生。

 

    当WS<0时,即涂料在涂在后体系的表面能提高,因而即使施加外力形成的湿膜也会回缩,因为只有回缩才会使体系的表面能趋向最低。

 

    当WS=0时,是自发展布的起始。

 

    缩孔的产生可来自三个方面:一是底材,常由于表面不均一使表面张力不均一。二是环境,常由于涂装环境中低表面张力的液滴或者含低表面张力的灰尘沾贱在湿膜上,使局部WS<0而引起缩孔。三是涂料本身。

(2)缩孔的抑制 

    在涂料的组成中,有机溶剂的表面张力最低(20~30mN/m),所以在有机溶剂超过一半的常规涂料中的表面张力是较低的,WS大多大于零,因而很少在涂装后即发生缩孔。组成中的树脂则表面张力较高(30~60 mN/m),在晾干过程中,随着溶剂的挥发,湿膜的表面张力随之提高。如果在某点高于底材的润湿张力时,则缩孔就发生了。有时,缩孔即将发生而湿膜己无足够的流动性,则被抑制住了。当一进烘箱,温度上升,粘度下降而又有了足够的流动性,这被抑制住的缩孔又发生了。因此,要提高涂料的抗缩孔性,需要从多方面着手。

 

    2.1 选用低表面张力的溶剂

 

    2.2 降低树脂的表面张力

 

    从等张比容与化学结构相关联,并具有加和性上来看,在树脂的结构中引进某些链段可以降低表面张力。碳氢链段的表面张力较低,所以在树脂中引入碳氢链段来降低其表面张力是一个可行的方法。但这种方法在涂料厂并不是很常见。

 

    2.3 提高粘度

 

    在晾干中,湿膜的表面张力随溶剂的挥发而提高,但粘度也随之提高。如果在将要发生缩孔时而粘度已增大至没有足够的流动性了,则缩孔也就是抑制住了。提高粘度可以提高树脂的分子量,提高颜料体积深度和添加流变助剂。

 

    2.4 使用表面活性剂

 

   用表面活性剂来降低涂料的表面张力是最有效的方法。选用的除需有高静态效果和高效率外,为提高抗缩孔性还需有低的动态表面张力滞后性。高效率就是以极小的剂量而达到明显的表面张力下降。所以在这表面活性剂与涂料应有最小的相互作用,以避免减弱它移向湿膜表面的倾向。这就是要与涂料有限混溶。由于是有限混溶,所以剂量很小,因此必须严格控制剂量,防止超过临界胶束浓度而形成胶束。胶束也是一种降低体系自由能的方式,从而会降低效率。何况,胶束实质上与前述的低表面张力异物一样,会在湿膜上产生缩孔。也由于剂量小,在有一定粘度的涂料中不易分布均匀。低的区间可能抗缩孔性不足,高的区域可能已有胶束形成。这样虽然按规定的剂量投料而实际上还有可能有缩孔出现。

 

    涂料在施工后,湿膜的表面积是千百倍于施工前,这突然的增大使湿膜表面上的表面活性剂千百倍的下降。只有当位于本体中的表面活性剂扩散到达表面后,才能恢复或到达一个新的平衡值。这是需要时间的,这时间就是动态下表面张力的滞后现象。如果滞后时间长,可能没有赶上而缩孔已经发生了。所以选用时对表面活性剂的动态表面张力滞后必须加以考虑。当没有合适的选择时,可采用二种表面活性剂协同使用。一种有较低的静态表面度,一种有快速的扩散速度。这样在动态下,表面张力可不至于有过多的提高,在到达平衡时,又可获得所需的水平。为了满足千百倍增大后湿膜表面之需,本体中就得有足够的,以分子形态而不是以胶束或吸附状态存在的表面活性剂,所以在这表面活性剂与涂料又得有一定的混溶性。

 

    2.5 使用流动控制剂

   

    湿膜的缩孔,一般总是在展布后再回缩而形成的。如果在湿膜上“漂浮”一层“膜”“稳住”表面积,则有可能抑制住缩孔的发生。流平剂是抑制缩孔最有的流动控制剂。其作用原理就是本身含有的相溶性受限链段,借助有限相溶性而被排斥并富集在湿膜的表面,来达到降低湿膜的表面张力,从而达到抑制缩孔。为了充分发挥降低表面张力的而抑制缩孔,流平剂应尽早迁移到湿膜表面上。

 

(3)防缩孔与流平剂的关系 

    很多时候,我们把防缩孔和流平剂混在一起谈论,其实防缩孔助剂和流平剂是两种不同的助剂,只是很多时候,有些流平剂(特别是有机硅流平剂)具有不错的防缩孔效果,所以这两者经常被一起提起。

 

    一个助剂要作为防缩孔助剂使用,降低表面张力的能力是决定其防缩孔能力的唯一指标,其次才是相容性等因素,一个助剂,降低表面张力的能力越强,防缩孔能力也就越强。德谦的435可以把表面张力降到20-21之间,而更强的防缩孔助剂如 Tilo-235可以把表面张力降到19以下。根据漆膜流平的基本原理,流平的最终动力来自于表面张力,过低的表面张力虽然可以提供优异的防缩孔能力,但有时候会对流平产生不良影响,通常一个防缩孔助剂如果表面张力低于 22,就会对流平产生不利影响,换句话说,好的防缩孔助剂很多时候未必是一个好的流平剂。