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        > 技術與材料 > 技術應用

        淺談流平劑(五)《流平劑及防縮孔》

        發布于 2020-10-01  閱讀數

        流平劑與防縮孔

            毫無疑問,流平劑的流平速度及版面效果是衡量流平劑最重要的指標,然而,流平劑在抑制涂層表面弊病上的作用是眾多涂料工程師衡量流平劑的重要參數。

         

        (一)縮孔 

        (1)縮孔的定義、展布系數及縮孔產生的原因  

            縮孔是漆膜上裸露底材的小圓孔,可在涂布后立即出現,也可在晾干過程中出現,也可在燒烤過程中出現??s孔缺陷來自濕膜的表面張力與底材的的不適應。表面張力要使體系的表面能趨向最低,而在這不適應的條件下,形成縮孔甚至回縮是達到最低表面能的一種方式。涂料在底材上的展布趨勢可以用展布系數(WS)來衡量。WS是涂料在底材展布前后體系的表面能之差(△E)。設E1為涂料展布前體系(底材)的表面能,這就是底材的表面張力(rS),E2為涂料展布后體系的表面能,這就是濕膜的表面張力(rL)加上漆膜/底材的界面張力(rSL),所以WS=△E = rS-(rL+rSL)=(rS-rSL)-rL,式中(rS-rSL)稱為底材的潤濕張力,它與固體的臨界張力在意義上類似。

         

            當WS>0時,即涂料在涂布后體系的表面能下降,則涂布是自發的,沒有縮孔會產生。

         

            當WS<0時,即涂料在涂在后體系的表面能提高,因而即使施加外力形成的濕膜也會回縮,因為只有回縮才會使體系的表面能趨向最低。

         

            當WS=0時,是自發展布的起始。

         

            縮孔的產生可來自三個方面:一是底材,常由于表面不均一使表面張力不均一。二是環境,常由于涂裝環境中低表面張力的液滴或者含低表面張力的灰塵沾賤在濕膜上,使局部WS<0而引起縮孔。三是涂料本身。

        (2)縮孔的抑制 

            在涂料的組成中,有機溶劑的表面張力最低(20~30mN/m),所以在有機溶劑超過一半的常規涂料中的表面張力是較低的,WS大多大于零,因而很少在涂裝后即發生縮孔。組成中的樹脂則表面張力較高(30~60 mN/m),在晾干過程中,隨著溶劑的揮發,濕膜的表面張力隨之提高。如果在某點高于底材的潤濕張力時,則縮孔就發生了。有時,縮孔即將發生而濕膜己無足夠的流動性,則被抑制住了。當一進烘箱,溫度上升,粘度下降而又有了足夠的流動性,這被抑制住的縮孔又發生了。因此,要提高涂料的抗縮孔性,需要從多方面著手。

         

            2.1 選用低表面張力的溶劑

         

            2.2 降低樹脂的表面張力

         

            從等張比容與化學結構相關聯,并具有加和性上來看,在樹脂的結構中引進某些鏈段可以降低表面張力。碳氫鏈段的表面張力較低,所以在樹脂中引入碳氫鏈段來降低其表面張力是一個可行的方法。但這種方法在涂料廠并不是很常見。

         

            2.3 提高粘度

         

            在晾干中,濕膜的表面張力隨溶劑的揮發而提高,但粘度也隨之提高。如果在將要發生縮孔時而粘度已增大至沒有足夠的流動性了,則縮孔也就是抑制住了。提高粘度可以提高樹脂的分子量,提高顏料體積深度和添加流變助劑。

         

            2.4 使用表面活性劑

         

           用表面活性劑來降低涂料的表面張力是最有效的方法。選用的除需有高靜態效果和高效率外,為提高抗縮孔性還需有低的動態表面張力滯后性。高效率就是以極小的劑量而達到明顯的表面張力下降。所以在這表面活性劑與涂料應有最小的相互作用,以避免減弱它移向濕膜表面的傾向。這就是要與涂料有限混溶。由于是有限混溶,所以劑量很小,因此必須嚴格控制劑量,防止超過臨界膠束濃度而形成膠束。膠束也是一種降低體系自由能的方式,從而會降低效率。何況,膠束實質上與前述的低表面張力異物一樣,會在濕膜上產生縮孔。也由于劑量小,在有一定粘度的涂料中不易分布均勻。低的區間可能抗縮孔性不足,高的區域可能已有膠束形成。這樣雖然按規定的劑量投料而實際上還有可能有縮孔出現。

         

            涂料在施工后,濕膜的表面積是千百倍于施工前,這突然的增大使濕膜表面上的表面活性劑千百倍的下降。只有當位于本體中的表面活性劑擴散到達表面后,才能恢復或到達一個新的平衡值。這是需要時間的,這時間就是動態下表面張力的滯后現象。如果滯后時間長,可能沒有趕上而縮孔已經發生了。所以選用時對表面活性劑的動態表面張力滯后必須加以考慮。當沒有合適的選擇時,可采用二種表面活性劑協同使用。一種有較低的靜態表面度,一種有快速的擴散速度。這樣在動態下,表面張力可不至于有過多的提高,在到達平衡時,又可獲得所需的水平。為了滿足千百倍增大后濕膜表面之需,本體中就得有足夠的,以分子形態而不是以膠束或吸附狀態存在的表面活性劑,所以在這表面活性劑與涂料又得有一定的混溶性。

         

            2.5 使用流動控制劑

           

            濕膜的縮孔,一般總是在展布后再回縮而形成的。如果在濕膜上“漂浮”一層“膜”“穩住”表面積,則有可能抑制住縮孔的發生。流平劑是抑制縮孔最有的流動控制劑。其作用原理就是本身含有的相溶性受限鏈段,借助有限相溶性而被排斥并富集在濕膜的表面,來達到降低濕膜的表面張力,從而達到抑制縮孔。為了充分發揮降低表面張力的而抑制縮孔,流平劑應盡早遷移到濕膜表面上。

         

        (3)防縮孔與流平劑的關系 

            很多時候,我們把防縮孔和流平劑混在一起談論,其實防縮孔助劑和流平劑是兩種不同的助劑,只是很多時候,有些流平劑(特別是有機硅流平劑)具有不錯的防縮孔效果,所以這兩者經常被一起提起。

         

            一個助劑要作為防縮孔助劑使用,降低表面張力的能力是決定其防縮孔能力的唯一指標,其次才是相容性等因素,一個助劑,降低表面張力的能力越強,防縮孔能力也就越強。德謙的435可以把表面張力降到20-21之間,而更強的防縮孔助劑如 Tilo-235可以把表面張力降到19以下。根據漆膜流平的基本原理,流平的最終動力來自于表面張力,過低的表面張力雖然可以提供優異的防縮孔能力,但有時候會對流平產生不良影響,通常一個防縮孔助劑如果表面張力低于 22,就會對流平產生不利影響,換句話說,好的防縮孔助劑很多時候未必是一個好的流平劑。

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