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涂膜泛白的内外因分析及防治

来源:未知 作者:admin 时间:2020-01-09 点击:
导读:对涂料在干燥过程中或固化成膜后出现的泛白现象,从组成涂料组分的内因及外部环境的外因两方面进行了阐述与分析,并提出了预防与解决的方法。
涂膜泛白的内外因分析及防治
成建强,张勇,陈从棕,左娟娟
(海洋化工研究院有限公司海洋涂料国家重点实验室,山东青岛266071)

0 引言
涂料是海洋、石油、化工、机械、航空航天、交通工程等领域使用最多的防腐及功能材料之一,能够对被涂物的各个部位起到防护和装饰作用,提高了被涂物的质量,延长了被涂物的使用寿命,在各个行业得到了长期和广泛的应用和发展。
涂料是涂膜的“半成品”,它只有经过施工到被涂物表面形成涂膜后才能表现出其保护、装饰及其他特殊作用。但是有些涂料在干燥过程中或成膜后会出现涂膜泛白失光、产生无光斑点或呈现白雾状的弊病。涂膜颜色比原来淡白,这种现象称为涂膜泛白,也叫变白、白化等。泛白影响涂膜表面装饰效果及耐擦伤性,有时虽目视不易发现但以后可能出现痱子或层间附着不良等现象。
引起涂膜泛白的原因非常复杂, 本文将根据泛白现象的特征来推测泛白机理, 着重分析对引起涂膜泛白的涂料组成部分的内在原因及外部环境等外在原因的影响,进而提出了漆膜泛白的预防措施及改进办法。

1 涂膜泛白现象机理
涂料在干燥过程中或固化成膜后的短则几天、长则几个月抑或更长的时间里,都存在出现泛白现象的可能。涂料一般是由成膜物质、溶剂、颜料、助剂等成分组成,形成涂膜后是一个相对稳定的平衡系统。随着时间和温度、相对湿度等外界环境的变化,这种平衡可能被打破,涂膜中成膜物质的单相连续结构会发生改变。这些不可逆的改变主要表现为局部形成了微小气囊、微小液囊、不定型微晶等,在外观上涂膜就表现出泛白现象。

涂膜出现泛白也可能是由于空气中的水分与涂料反应后形成了不相容的化合物而引起的。水分不能完全溶于挥发份随之挥发而是与成膜物构成了一层白色的乳状体。其后,水分逐渐挥发,此时如果乳状体能够被残留的溶剂所溶解,则白色涂膜层消失;反之,则涂膜的连续相被破坏,导致树脂析出,出现泛白现象。

2 涂膜泛白的原因分析
由于组成涂料的4 大组成部分中树脂或溶剂出现吸水、颜填料分散不均等原因而出现的泛白现象称为内因,在涂料施工过程中由于外界环境因素而引起的泛白现象称为外因。
2.1 涂膜泛白的内因
成膜树脂的相对分子质量分布对涂膜泛白的影响很大。树脂分子与溶剂分子不仅尺寸相差悬殊而且分子运动速度也相差很大,这就会造成溶剂分子能很快地渗透进入树脂,而树脂分子向溶剂扩散的速度却非常缓慢,树脂经历了先溶胀再溶解的过程。树脂与溶剂极性越接近越容易互溶,同种树脂在同一溶剂中的溶解度随着相对分子质量的增大而降低,树脂相对分子质量越大与溶剂的相容性越差。在相对分子质量相同的情况下,选用的相对分子质量分布较宽、相对分子质量较大的树脂作为成膜物时,有时会出现部分树脂析出泛白的情况。

涂料中渗入水分也会导致泛白。水分能够渗入树脂或溶剂的必要条件是其分子结构中含有羟基(-OH)类的亲水基团, 理论上树脂或溶剂中所含的亲水基团越多可能进入涂层的水汽越多。含有低相对分子质量醇的涂膜更易出现泛白,甲醇、乙醇等低相对分子质量醇由于能与水以任意比例混溶,正丁醇、异丙醇等在水中的溶解性也达到8%左右。另外,低相对分子质量酮(如丙酮)因为含有亲水的极性基团羰基,而非极性成分甲基的含量不大,因而易溶于水,同样是酮类,随着烃基的碳原子数增大,溶解性会不断降低,相对分子质量大到一定程度后就会不溶于水。羧酸、芳烃、酯类、醇醚类也具有类似的规律。含有亲水基团的硝酸纤维素的亲水性随含氮量的下降而提高, 因此硝基漆的泛白一般较其他涂料要严重。在涂料配方设计中控制亲水性溶剂的使用可以有效减少涂膜泛白现象的发生。

水汽进入涂层能导致涂层泛白现象,但并不是指涂料内不能混有任何水分。事实上所有的溶剂都会含有少量水分, 但是只要水的侵入量在涂料体系的容忍范围以内便可避免泛白现象。这从溶解机理上看是水与溶剂相混后的溶解度参数问题,表1、表2 列出了涂料工业常用高分子聚合物及有机溶剂的溶解度参数,水的溶解度参数是42.8,高分子聚合物的溶解度参数都远低于水的溶解度参数。水进入涂料体系后,由于其溶解度参数远高于表1、表2 中的树脂和溶剂,使得整个体系的溶解度参数迅速增大, 当增大到超出树脂的溶解度参数一定量后,树脂就因不溶而从溶剂中被析出,就会表现为涂膜泛白现象。
涂料中常用高分子聚合物的溶解度参数,涂料中常用有机溶剂的溶解度参数
粉料对涂膜泛白有两个方面影响。当粉料中含有一定量的水时, 由于水分与成膜树脂的折射率不同,涂膜干燥后在外观光学效果上就会表现出昏暗无光等泛白现象;当粉料的用量超过临界颜填料体积浓度(CPVC),或者分散不均、分散稳定性差、形成局部粉料含量超过CPVC 的情况时,会造成一些粉料粒子没有被树脂润湿反被空气所包围。因为空气的折射率与基料树脂的折射率相差更大,便引起了涂膜遮盖力大小不均的现象,体现在视觉效应上即是涂膜泛白。
优良的润湿分散剂可显著改善漆膜的发白行为。涂料中添加滑石粉后,一方面树脂与滑石粉在润湿分散剂的作用下以物理缠绕或形成化学键的方式结合在一起,另一方面,树脂与滑石粉也相互插层。涂膜在不同厚度处表现为均匀、有序的层状结构。粉料分散越均匀,分散稳定性越好,涂膜的抗发白性越强。

2.2 涂膜泛白的外因
涂装时被涂物表面温度降低是引起泛白现象的一个重要原因。稀释剂的挥发是一个吸热反应,涂装过程中稀释剂挥发过快的话可使被涂物表面温度下降15~20 ℃。在相同的相对湿度条件下从底材带走的热量越多,被涂物表面温度降低越多,则被冷凝的水汽越多。当底材表面温度降到空气露点温度以下时,涂膜就进入泛白阶段。
涂料中稀释剂的挥发速度越快, 温度下降越大。决定挥发速度最根本的因素是溶剂在该温度下的蒸汽压,其次是溶剂的相对分子质量。表3 列出了常用溶剂的挥发速率,其中醋酸甲酯、丙酮都属于挥发速率快的溶剂。
常用溶剂的比挥发速率(以醋酸正丁酯挥发速率=1.0)
被涂物的材质和涂装工艺对涂膜表面泛白也有较大影响。导热性越好、热容量越大的被涂物恒温效果越好,表面温度下降越慢。喷涂形状为凸面的被涂物时,溶剂容易在拐角处扩散,带走较多热量造成表面温度降低,涂膜泛白严重;相反溶剂在凹面被涂物内挥发较慢,涂膜不易泛白。喷涂时排风量及气压过大、加入溶剂过量、湿膜厚度过大都易造成涂层表面气流速度增大,挥发过快,使被涂物表面降温过大,进而引发涂膜泛白现象。

陈小文等考察了影响PU 木器漆泛白的因素,着重对涂料涂装养护环境进行了实验室模拟,发现温度与湿度对泛白现象影响最大,进一步的研究发现涂膜泛白现象并非湿气在涂膜上的凝结所引起。在相同外界条件下,涂膜厚度越大,涂膜泛白现象越严重;涂膜干燥时间越长,泛白现象越轻。
另外,喷涂或刷涂时工具上沾有大量水分,施工时水分混入漆内,也会使漆面局部出现泛白。

3 泛白现象的预防
综上所述,涂膜泛白现象是由很复杂的原因引起的,同样预防的办法也是多种多样的,为了有效的预防此类现象可以综合考虑选用以下方法。
参考常用树脂及溶剂的溶解度参数合理的选用有机溶剂。在保证树脂在溶剂中有良好的相容性,防止树脂从涂层中析出的同时, 尽量回避亲水性强的有机溶剂。可选用高沸点挥发速度慢的有机溶剂,如表3 中的醋酸丁酯、环己酮等,但需要注意沸点高于200 ℃的溶剂应慎用, 因为加入后会造成干燥慢、施工时容易流挂、涂膜变软返粘等弊病。
在配方设计时,合理地控制体系的CPVC。漆料中不同程度地存在着干粉聚集与湿粉絮凝的现象。选用适合的润湿分散剂,提高涂料中粉料的分散均匀程度与分散稳定性,防止涂料中粉料的聚集。
若遇到高温高湿天气, 有条件的话可以对施工现场进行除湿和对被涂物进行预烘, 以此来提高被涂物的表面温度, 以使溶剂挥发后的被涂物表面温度仍能保持在空气湿度的露点以上。应根据施工时的温度与相对湿度设定预烘温度,通常将被涂物表面提高10 ℃左右便可有效地避免泛白现象的发生。
涂装完成后如果条件允许应迅速加热被涂物。涂膜泛白现象往往产生于溶剂即将挥发完的时候,由于此时溶剂含量最小、水汽渗入量最大,被涂物表面温度降到最低,溶解度参数也最容易失去平衡。如果在涂装后立即升温到60 ℃左右就能有效地防止水汽的进入,进而防止泛白现象的发生。

4 泛白的处理
当泛白现象发生时,应及时使用纱布沾少量溶解力强的溶剂,在泛白表面轻轻擦拭,但注意不要重擦和反复擦否则会因树脂溶起而影响外观,也可以在尚未干透的漆膜上薄薄地喷一层溶解力强的溶剂,将析出的树脂溶解,这样出现泛白的涂膜就会逐渐消退。对于需要涂刷多道以上同色泽同型号涂层的表面,无需关注前几道涂装过程中涂膜的泛白,使用高沸点的真溶剂稀释最后一道涂料并薄薄地将其涂装在表面就能有效避免涂膜泛白。

5 结语
依据涂膜泛白现象产生的机理,结合对产生泛白现象内部、外部因素的分析,指出了涂装生产时为避免泛白现象而应采取的措施和方法,对涂料配方的优化、设计,对涂装工艺的质量控制和质量保证提供了一些借鉴。
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