粉末涂料與表面張力

粉末涂料是一種用空氣為載體進行分散并涂裝的涂料品種,具備高效的生產(chǎn)效率、優(yōu)異的涂膜性能、良好的生態(tài)環(huán)保性能和突出的經(jīng)濟性。在世界范圍內(nèi),粉末涂料以每年10%以上的速度增長,是具有廣闊發(fā)展前景的涂料品種之一。

粉末涂料在烘烤成膜過程中,許多現(xiàn)象都是和表面張力緊密相關的,例如:縮孔、桔皮、針孔、脫層等。本文根據(jù)表面張力的理論為基礎,對成膜過程出現(xiàn)的一些現(xiàn)象談點看法,也許能給從事粉末涂料技術研究的同仁們有所幫助。

1粉末涂料成膜過程

粉末涂料一般以粉末狀態(tài)存在,必須熔融后才能附著在被涂物上面,流平后固化成膜,一般需要經(jīng)過三個過程:

(1)從單獨的粉末顆粒,聚集成為一層連續(xù)的、不平整的膜,此過程稱為聚集過程;

(2)從連續(xù)不平整的表面流淌形成較為光滑與平整的表面,即流平過程;

(3)熔融的涂液通過交聯(lián)反應,粘度不斷提高,最后固化為堅硬的涂膜,稱為固化過程。

2粉末涂料的表面張力問題

2.1桔皮

桔皮是粉末涂料成膜過程液體流動的一種局部渦流效應,也稱著貝納德的旋渦,這是由于粉末涂料熔融時粘度變化導致了表面張力的變化,這樣便形成高粘度低表面張力的涂液下沉至渦流的中間(即后來的凹陷部位);低粘度高表面張力的涂液上升至渦流的周邊(即后來的凸處部位).

為了減少桔皮的影響可采取如下措施:(1)正規(guī)的噴涂和烘烤。一次涂層太厚或烘烤升溫過快都會導致桔皮明顯,一次涂層應在(50～70)μm為宜。另外,控制熔融流平的時間應長些,這樣有利于粉末涂層的流平;(2)增加粉末涂料的粘度。據(jù)上述對桔皮的形成原因,增加粉末涂料熔融時的粘度,可以增大熔融時的流動阻力,減少桔皮;(3)恰當?shù)剡x用流平劑。一般粉末涂料選用的流平劑應具備兩種效應。即潤濕效應和流平效應,潤濕效應是在粉末處于100℃左右時,增加對體系的流平結(jié)合,此時表面張力盡量小一點;當大于150℃時流平應該才是主要的,粉末的表面張力應大一點,以增加流平性。所以通常流平劑一般含兩種以上的材料。

2.2縮孔

縮孔是指在粉末涂料成膜時,表面由于低表面張力的點引起的特殊缺陷。若用電子顯微鏡觀察,縮孔大多數(shù)是由未被充分潤濕的小顆粒與周圍不相容的樹脂所形成的圓渦,即在一個較大的下陷圓渦中有一個突出的小點。

涂膜從低表面張力點流到高表面張力點形成縮孔,一般低表面張力點可能是加工過程中的灰塵、油滴等,也可能是未被充分潤濕的粉料。

縮孔的形成

為了減少縮孔的影響,可以采取如下措施:

(1)保持整個加工環(huán)境的清潔。為避免由于外部環(huán)境而產(chǎn)生縮孔,要特別注意整個工作環(huán)境的清潔;

(2)恰當選取一些潤濕劑可以有效潤濕,并且對可能引起縮孔的顆粒進行很好的分散;

(3)增加粉末涂料的粘度。

2.3針孔

針孔是指粉末涂料從熔融到固化的時間里,粉末涂料中的氣體從底層穿過高粘度的、已接近封閉的彈性樹脂層到達涂層表面,未能逸出而形成的缺陷。

一般來說,粉末涂料中的氣體是由原料中的低分子物質(zhì)、被涂工件表面吸附的揮發(fā)物在粉末噴涂過程中所引起的,或者說是在粉末涂料固化過程中產(chǎn)生的。這些氣泡在熔融狀態(tài)的涂膜中,形成一定數(shù)量的氣泡群,如前所述,氣泡的形成需要大量的表面積,這些表面積的產(chǎn)生則與涂膜的表面張力相反抗,當其表面張力較低時,形成一定量的穩(wěn)定氣泡,所需的能量也比較低。

氣泡在正常情況下,由于小氣泡的壓力比大氣泡中的壓力高,小氣泡中的氣體通過相鄰界膜向大氣泡中進行擴散,所以小氣泡會不斷變小,大氣泡會不斷變大,最終使得氣泡膜越來越薄,最終破滅。

為了減少針孔,可采取如下措施。

(1)嚴格控制表面處理質(zhì)量和噴涂工藝。表面處理好的工件,要求不能含有污點、斑點等小分子物質(zhì)依附其上。如果是像鑄鐵等大工件,建議先預熱一下,另外空壓機要經(jīng)常放水,靜電噴涂時要控制一定的涂膜厚度,建議不要超過100μm;

(2)恰當選用消泡劑。一般粉末涂料用的消泡劑是苯偶姻(又稱安息香),也有一些用于特殊場合的透氣劑。一般消泡機理可簡述如下:首先是消泡劑和氣泡的接觸,然后是消泡劑在氣泡界面上的展布,再次是消泡劑進入氣泡或置換氣泡膜,最后是氣泡破滅。

2.4其它

當粉末涂料和底材表面張力或表面能沒有調(diào)整好時,若底材表面能與涂膜表面張力稍不匹配或涂層很厚時,可能會出現(xiàn)附著力差的現(xiàn)象;嚴重不匹時,還會出現(xiàn)脫層。另外,用金屬粉時,會出現(xiàn)一些花點,這是因為在噴涂時帶入了一些低表面張力的物質(zhì)。

3結(jié)語

由于表面張力是粉末涂料成膜的關鍵因素,故如何認識表面張力,并更好地結(jié)合粉末涂料的自身特點,提高其涂膜性能,有著非常重要的意義。隨著熱固性粉末涂料產(chǎn)品不斷地推陳出新,如uv固化、低溫固化、超耐候等相繼出現(xiàn),為粉末涂料在各個領域的應用提供了更廣闊的發(fā)展空間。