data-full-width-responsive="true"> 1 前言漆膜表面状态是木器漆的主要技术指标之一。常见的表面状态缺陷有流平不佳, 产生桔皮、波纹、缩孔、针眼、气泡、流坠、浮色发花、消光不均匀、不滑爽、手感效果不好等。这些弊病有时单靠调整涂料配方, 更换树脂和溶剂极难克服, 但若使用相关添加剂却比较容易解决。涂料涂装后, 涂膜未干燥之前, 在表面张力作用下, 逐渐收缩成最小面积的过程叫做流平。所以人们习惯把降低表面张力, 消除表面张力差, 控制涂料表面流动的助剂, 称之为表面状态控制剂或叫流平剂。但在流平的过程中若受到其
他因素的影响, 还会出现不同的表面状态问题。为了防止涂膜缺陷的产生, 仅仅依靠表面状态控制剂是解决不了的, 经常会涉及到流挂防止剂、触变剂、润湿分散剂、消泡剂等。要针对具体问题采用相应的添加剂, 只有这样才能获得光滑平整的涂膜。人们使用添加剂的主要目的是为了获得其最终的效果, 并不太注重效果形成的过程。就此种意义而言, 不妨把能够帮助消除涂膜表面状态缺陷的各种添加剂, 统称为涂膜表面缺陷控制剂。2 涂膜表面缺陷产生的原因平常都以水平面来比喻物体表面的平整度。静止的水面是非常平整的, 这是因为水的粘度低, 易于流动。更主要的是水的表面张力高, 所以水在静止时永远保持一个平整的表面。Paton 论述了流平与涂料粘度、涂膜厚度、刷痕形态、涂料的表面张力之间的关系。用(1) 式表示:
公式(1) 指出流平快慢与刷痕几何形状、粘度、流平次数成正比, 与表面张力和涂层的厚度成反比。即表面张力越大, 涂层越厚流平越好。在涂料中表面张力可视为恒定量, 大约在(25～55)10 - 4N/ m 之间, 一般在315 10 - 4N/ m 上下, 尽管表面张力是促使流平的动力, 但在(1) 式中的变化值是比较小的。涂膜的厚度和刷痕的几何形状, 分别呈3 次幂和4 次幂。涂膜厚度增加1 倍,流平时间会缩短到原来时间的1/ 8 ; 厚度减半, 流平时间会增加8 倍。波长(刷痕长度) 增加1 倍,流平时间增加16 倍, 波长减半, 流平时间只有原来的1/ 16。在涂膜干燥过程中公式(1) 中所提出的粘度、表面张力、涂膜厚度是在不断变化的。比如溶剂挥发、树脂交联固化都会导致表面张力增大, 粘度提高、涂膜变薄, 还会有来自涂料内部或外部的其
它因素影响流平。因此, 涂膜在全部干燥过程中流平速度是不一样的, 初期快、后期慢。为了提高涂膜的流平效果, 应在涂装初期、涂料处于流动状态下尽量使其流平。但造成涂料表面缺陷的除流平以外还有其它因素, 所以要获得具有良好表面状态的涂膜应注意以下几方面。①降低表面张力, 减少表面张力差;②制造结构粘性, 保证涂料具有适宜的粘度和相应的涂膜厚度;③提高基料对颜料、填料的润湿分散性;④合理的涂装工艺, 良好的施工环境;⑤树脂、溶剂一定要使用合理等。下面将重点谈前面三个问题, 就是如何用助剂解决涂膜表面的缺陷。211 表面张力对涂膜流平的影响公式(1) 提到表面张力高有助于提高流平速度, 但更重要的是整个表面要有均匀的表面张力,不存在表面张力差。否则在表面张力的推动下, 会产生涂料的流动, 出现不同的表面状态问题。波纹的形成: 涂膜干燥过程中, 在空气与涂膜的界面处, 由于溶剂挥发不均衡往往会出现溶剂浓度差, 导致涂料表面张力差, 单分子运动(扩散)和涂层大面积的运动(流动) 都是为了消除这个差。运动的动力就是表面张力, 由表面张力低的地方向表面张力高的地方移动。在涂膜干燥过程中溶剂是不断地挥发的, 所以涂料的表面张力和粘度也是在不断地变化。因而导致流动速率的改变, 容易形成不规则的波纹状的表面。克服的办法, 一定要注意溶剂的挥发速率、挥发的梯度、溶解力的平衡及使用适宜的流平剂, 详见木器漆用溶剂一文。桔皮及浮色发花的形成: 涂装后涂膜表面溶剂挥发, 因而表面张力增高。底层的表面张力没有多大变化, 这样涂层上下就出现了表面张力差, 由于表面张力的作用产生了贝纳德涡流, 富含溶剂的颜料在涡的中心由下向上移动, 而含溶剂少的颜料, 在重力作用下则从涡边界处向下沉降, 结果导致中心的表面张力比涡边的低, 表面张力再推动颜料由中心向边缘处移动, 在涡的中部形成凹沆, 而在涡边界处形成凸起, 结果构成了所谓的桔皮现象。另外在涡流的运动中, 由于颜料的密度、表面处理情况不同产生混乱现象, 活动性强的颜料被带动上升, 集聚在涡流的边界处, 而密度大, 活动性差的颜料则沉降下层, 这样就形成了浮色发花现象。解决办法是使用硅系流平剂, 消除表面张力差, 基本就可以解决因贝纳德涡流而造成的表面缺陷。缩孔的形成: 空气中的表面张力低的微粒(如硅酮粒子) , 涂料内部自聚或析出的表面张力低的胶粒或粒子, 涂覆底材表面张力低或局部被表面张力低的物质污染(例如木材内部渗出的树脂) 。通常人们称这些物质为缩孔施体。如果涂料的表面张力比这些缩孔施体高1～2mN/ m 时, 缩孔施体就能把周围的涂料推开, 形成缩孔。缩孔有露底的(涂膜薄时) ; 有不露底的(涂膜厚时) 。有火山口形的; 有鱼眼形的。这主要与缩孔施体性质和表面张力的高低及涂膜的薄厚有关。基本原因是表面张力差造成的。另外, 如果被涂覆物底材的表面张力过低, 涂料的表面张力较高时, 涂料不能在其上很好地展布, 涂装时就会发生卷缩现象。解决的办法是使用有机硅类助剂, 降低涂料的表面张力, 增强涂料对底材的润湿性。上述涂膜表面的弊病都是由于表面张力差造成的。解决办法可以降低溶剂的挥发速度, 延长涂料流动时间, 保证溶剂溶解力的平衡和挥发梯度。但最主要的办法是添加流平剂, 有机硅类流平剂与树脂相容性有局限性, 会自动迁移至涂料表面, 形成表面张力低的单分子层, 消除了表面张力差, 也就会消除由于表面差所引起的各种弊病。因涂料的表面张力降低了, 所以对底材的润湿性加强了, 可以在表面张力比较低的基材上展布, 改善流平性, 增加涂层的附着力。
