粉末涂料涂裝時(shí)怎樣避免桔皮現(xiàn)象的發(fā)生

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摘要：在新設(shè)備制造(OEM)涂裝中，涂層外觀變得越來(lái)越重要。因此，涂料工業(yè)的主要目標(biāo)之一是根據(jù)用戶的最終要求使涂料性能達(dá)到最佳，這其中也包括表面外觀滿意。表面狀況通過(guò)顏色、光澤、霧影度和表面結(jié)構(gòu)等因素影響視 　　在新設(shè)備制造(OEM)涂裝中，涂層外觀變得越來(lái)越重要。因此，涂料工業(yè)的主要目標(biāo)之一是根據(jù)用戶的最終要求使涂料性能達(dá)到最佳，這其中也包括表面外觀滿意。表面狀況通過(guò)顏色、光澤、霧影度和表面結(jié)構(gòu)等因素影響視覺(jué)效果。光澤和映象清晰度常用于控制涂層的外觀。然而即使用對(duì)光澤度很高的涂膜，其表面的波動(dòng)度也影響著整個(gè)涂膜的外觀，同時(shí)認(rèn)為光澤測(cè)量也控制不了波動(dòng)的視覺(jué)效果，這種效應(yīng)也被稱為“桔皮”。
　　
　　桔皮或微波動(dòng)是尺寸大小在0.1mm～10mm之間的波紋狀結(jié)構(gòu)。在高光澤的涂層表面，人們可看到波狀、明暗相間的區(qū)域?？梢詤^(qū)分兩種不同等級(jí)的波動(dòng):長(zhǎng)波動(dòng),也稱為桔皮,這是間隔達(dá)2～3距離上能觀察到的波動(dòng);另一種叫短波動(dòng)或微波動(dòng),這是間距約50cm處觀察到的波動(dòng)。
　　
　　要指出的是有時(shí)為了遮蓋底材的表面缺陷或者獲得特殊的涂層表面外觀,而有目的的設(shè)計(jì)一定的波動(dòng)度或波紋結(jié)構(gòu)。
　　
　　因此,“桔皮”可定義為“高光澤表面的波狀結(jié)構(gòu)”,其使漆層表面產(chǎn)生斑紋、未流平的視覺(jué)外觀。
　　
　　粉末涂料涂膜的視覺(jué)外觀(光澤、霧影度、流平桔皮)的控制非常重要,特別是在不同埸合噴涂的部件組裝時(shí)。
　　
　　本文簡(jiǎn)要介紹了粉末涂料成膜過(guò)程中流變力對(duì)膜流動(dòng)和表面外觀的影響。論述了如何避免桔皮形成、以及如何判斷和比較桔皮現(xiàn)象等其它方面。
　　
　　影響粉末涂料中涂膜流動(dòng)和外觀的因素
　　
　　在工業(yè)涂料中、粉末涂料在制備和成膜過(guò)程中的相變化是獨(dú)特的。由于缺乏溶劑來(lái)潤(rùn)濕和提高涂膜流動(dòng)性,導(dǎo)致粉末涂料比液體涂料更難去除表面缺陷。雖然兩者的主要組份類似,但相比于液體涂料、熱固性的粉末涂料立足于十分不同的機(jī)理。
　　
　　粉末涂料是無(wú)溶劑的均一體系。在制備過(guò)程中,顏料和其它組份通過(guò)熔融混合被分散和部分包裹于低分子固體樹(shù)脂中。粉末涂料使用是通過(guò)空氣把粉末傳送到底材上(粉末懸浮于空氣中),再通過(guò)電荷使之附著于底材上。在預(yù)定的溫度下加熱,使粉末顆粒熔化、聚集在一起(聚結(jié)),流動(dòng)(成膜),接著流平,這期間通過(guò)一個(gè)有粘性的液態(tài)階段潤(rùn)濕表面),最后化學(xué)交聯(lián)形成高分子量的涂膜,這就是粉末涂料的成膜過(guò)程。
　　
　　影響涂膜流動(dòng)和外觀的因素
　　
　　成膜過(guò)程可分為熔融聚結(jié),形成涂膜,流平三個(gè)階段
　　
　　在給定溫度下,控制熔融聚結(jié)速度最重要的因素是樹(shù)脂的熔點(diǎn)、熔融態(tài)粉末顆粒的粘度以及粉末顆粒的大小。為了使流動(dòng)效果最佳,熔融聚結(jié)應(yīng)當(dāng)盡可能快地完成,以便有較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)完成流平階段。固化劑的使用縮短了可供流動(dòng)和流平所需的時(shí)間,因而那些極為活性的粉末形成的涂膜常呈現(xiàn)桔皮。
　　
　　影響涂膜流動(dòng)和流平的關(guān)鍵因素是樹(shù)脂的熔融粘度、體系的表面張力和膜厚。轉(zhuǎn)而,熔融粘度尤其取決于固化溫度、固化速度和升溫速率。
　　
　　以上提及的種種因素,連同粒徑分布和膜厚,通常由所要求的涂膜性能、被涂物件和粉末施工條件等所決定。
　　
　　粉末噴涂時(shí)流動(dòng)和流平的動(dòng)力來(lái)自體系的表面張力,這一點(diǎn)前面也曾經(jīng)提到。該作用力同施加到涂膜上的分子間引力相反,其結(jié)果導(dǎo)致如熔融粘度越高,則對(duì)抗流動(dòng)和流平的阻力越大。因此,表面張力和分子間引力之間的差值大小決定著涂膜流平的程度。
　　
　　對(duì)于流動(dòng)性很好的涂料，顯然,該體系的表面張力應(yīng)盡可能高,且熔融粘度盡可能低。這些可通過(guò)加入能提高體系表面張力的助劑和使用低分子量低熔點(diǎn)的樹(shù)脂來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　
　　根據(jù)以上條件制備的涂料能具有極好的流動(dòng)性,但是由于其高的表面張力會(huì)導(dǎo)致縮孔,同時(shí)由于較低的熔融粘度會(huì)產(chǎn)生流掛,且邊角涂覆性差。實(shí)際工作中,體系的表面張力和熔融粘度都控制在特定范圍內(nèi),這樣可得到合格的涂膜表面外觀。
　　
　　表面張力和熔融粘度對(duì)涂膜流動(dòng)的影響見(jiàn)圖2。圖中可以看到,太低的表面張力或太高的熔融粘度會(huì)阻止涂膜流動(dòng),導(dǎo)致涂膜流動(dòng)性差,而表面張力太高時(shí)成膜過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)縮孔。熔融粘度太低會(huì)使粉末的物理貯存穩(wěn)定性變差,施工時(shí)邊角涂覆性差,且施工于立面時(shí)產(chǎn)生流掛。
　　
　　綜上所述,很明顯,得到的粉末涂料涂膜最后的表面狀況、缺陷和不足(如桔皮,流動(dòng)性差,縮孔,針孔等)是相互密切關(guān)聯(lián)的,同時(shí)也被在成膜過(guò)程中參與相變的流變力所控制。
　　
　　粉末顆粒大小分布狀況也影響著涂膜的表面外觀。顆粒越小,由于其熱容較大顆粒的低,因此其熔化時(shí)間比大顆粒的短,聚結(jié)也較快,形成涂膜的表面外觀較好。而大的粉末顆粒熔化時(shí)間比小顆粒的長(zhǎng),形成的涂膜就可能會(huì)產(chǎn)生桔皮效應(yīng)。粉末靜電施工方法(電暈放電或摩擦放電)也是導(dǎo)致桔皮形成的一個(gè)因素。
　　
　　怎樣減小或避免桔皮效應(yīng)
　　
　　促進(jìn)流動(dòng)和流平能減少或避免桔皮。體系使用較低的熔融粘度、固化過(guò)程中延長(zhǎng)流平時(shí)間以及較高的表面張力可提高流動(dòng)和流平性?？刂票砻鎻埩μ荻仁菧p少桔皮的重要參數(shù)，同時(shí)還要控制涂膜表面的表面張力均勻,以獲得最小的表面積。
　　
　　實(shí)際工作中常使用流動(dòng)促進(jìn)劑或流平劑來(lái)改善涂膜外觀,以消除桔皮、縮孔、針孔等表面缺陷。性能好的流動(dòng)促進(jìn)劑能降低熔融粘度,從而有助于熔融混合和顏料分散,提高底材的潤(rùn)濕性，涂層的流動(dòng)流平,有助于消除表面缺陷以及便于空氣的釋放。應(yīng)考察流動(dòng)改性劑用量與效果的關(guān)系。其用量不足會(huì)導(dǎo)致縮孔和桔皮,而用量過(guò)多又會(huì)導(dǎo)致失光、霧影,并產(chǎn)生對(duì)上層重涂附著力的問(wèn)題。通常,流動(dòng)改性劑在預(yù)混時(shí)加入。它們或做成樹(shù)脂的母料(樹(shù)脂和該添加劑的比為9/1～8/2),或者以粉末狀吸附在無(wú)機(jī)載體上。粉末涂料中該添加劑的用量為0.5～1.5%(在以基料計(jì)算的有效聚合物中),但是在濃度較低時(shí)可能效果也不錯(cuò)。
　　
　　流動(dòng)改性劑中聚丙烯酸酯系樹(shù)脂應(yīng)用最廣,如聚丙烯酸丁酯(“Acronal4F”)、丙烯酸乙酯-丙烯酸乙基己酯共聚物和丙烯酸丁酯-丙烯酸己酯共聚物等。它們可在濃度很寬的范圍內(nèi)使用。一般聚丙烯酸酯對(duì)表面張力影響很小,它們能有助于涂層形成比較恒定的均勻表面。同那些使表面張力降低的添加劑(如硅氧烷等)相比,它們不會(huì)降低表面張力,因此可用來(lái)加速流平。降低表面張力的添加劑包括表面活性劑、氟化烷基酯以及硅氧烷等。它們對(duì)加入量的多少非常敏感。安息香是一種脫氣劑,也有降低表面張力的效果,被廣泛用于改善粉末涂料涂膜的表面外觀。
　　
　　桔皮外觀的判斷
　　
　　可以從視覺(jué)上或使用外形測(cè)示儀的機(jī)械方法或通過(guò)波紋掃描來(lái)評(píng)估和比較桔皮外觀。
　　
　　(1)目測(cè)法
　　
　　在此測(cè)試中,樣板置于雙管熒光燈下。通過(guò)適當(dāng)放置樣板可獲得樣板的反射光源。定性分析反射光的清晰度就可以從視覺(jué)上評(píng)估流動(dòng)和流平性質(zhì)。在流動(dòng)性差(桔皮)情況下,兩個(gè)熒光燈管看起來(lái)模糊,不清晰,而高流動(dòng)性產(chǎn)品則可獲得清晰的反射。
　　
　　(2)“外形測(cè)量法”
　　
　　在此方法中,通過(guò)高靈敏探針的偏移來(lái)記錄表面形狀。由此可快速區(qū)別由縮孔、針孔或臟污物引起的粗糙、桔皮以及流動(dòng)不佳引起的波動(dòng)間的差異。
　　
　　(3)Byk-Gardener“波紋掃描桔皮儀測(cè)量法”
　　
　　通過(guò)在表面聚焦,“波紋掃描”設(shè)計(jì)用來(lái)模擬視覺(jué)判斷。將該儀器在樣品表面上移動(dòng)10cm以上距離,用來(lái)掃描樣板的表面。此法使用激光光源從60°角照射樣板表面,再在相對(duì)的同樣角度下測(cè)量反射光。當(dāng)光束照射到表面上的峰端或峰谷時(shí),檢測(cè)到的信號(hào)最大;而當(dāng)光束照射到峰坡上時(shí),記錄的信號(hào)最小。波紋掃描測(cè)量的是人們視覺(jué)上能看得見(jiàn)的光學(xué)表面光潔度,而外形測(cè)量?jī)x測(cè)量的是人們觸摸能感覺(jué)到的機(jī)械外形光潔度。
　　
　　總結(jié)
　　
　　本文對(duì)粉末涂料的成膜機(jī)理作了簡(jiǎn)短的論述,同時(shí)闡述了影響涂膜流動(dòng)和外觀的因素,桔皮形在的條件以及選擇最佳成膜涂料和使用流動(dòng)促進(jìn)劑來(lái)避免這些缺陷的原理。另外還簡(jiǎn)潔介紹了桔皮的評(píng)測(cè)方法。