粉末涂料涂装时怎样避免桔皮现象的发生

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摘要：在新设备制造(OEM)涂装中，涂层外观变得越来越重要。因此，涂料工业的主要目标之一是根据用户的最终要求使涂料性能达到最佳，这其中也包括表面外观满意。表面状况通过颜色、光泽、雾影度和表面结构等因素影响视 　　在新设备制造(OEM)涂装中，涂层外观变得越来越重要。因此，涂料工业的主要目标之一是根据用户的最终要求使涂料性能达到最佳，这其中也包括表面外观满意。表面状况通过颜色、光泽、雾影度和表面结构等因素影响视觉效果。光泽和映象清晰度常用于控制涂层的外观。然而即使用对光泽度很高的涂膜，其表面的波动度也影响着整个涂膜的外观，同时认为光泽测量也控制不了波动的视觉效果，这种效应也被称为“桔皮”。
　　
　　桔皮或微波动是尺寸大小在0.1mm～10mm之间的波纹状结构。在高光泽的涂层表面，人们可看到波状、明暗相间的区域。可以区分两种不同等级的波动:长波动,也称为桔皮,这是间隔达2～3距离上能观察到的波动;另一种叫短波动或微波动,这是间距约50cm处观察到的波动。
　　
　　要指出的是有时为了遮盖底材的表面缺陷或者获得特殊的涂层表面外观,而有目的的设计一定的波动度或波纹结构。
　　
　　因此,“桔皮”可定义为“高光泽表面的波状结构”,其使漆层表面产生斑纹、未流平的视觉外观。
　　
　　粉末涂料涂膜的视觉外观(光泽、雾影度、流平桔皮)的控制非常重要,特别是在不同埸合喷涂的部件组装时。
　　
　　本文简要介绍了粉末涂料成膜过程中流变力对膜流动和表面外观的影响。论述了如何避免桔皮形成、以及如何判断和比较桔皮现象等其它方面。
　　
　　影响粉末涂料中涂膜流动和外观的因素
　　
　　在工业涂料中、粉末涂料在制备和成膜过程中的相变化是独特的。由于缺乏溶剂来润湿和提高涂膜流动性,导致粉末涂料比液体涂料更难去除表面缺陷。虽然两者的主要组份类似,但相比于液体涂料、热固性的粉末涂料立足于十分不同的机理。
　　
　　粉末涂料是无溶剂的均一体系。在制备过程中,颜料和其它组份通过熔融混合被分散和部分包裹于低分子固体树脂中。粉末涂料使用是通过空气把粉末传送到底材上(粉末悬浮于空气中),再通过电荷使之附着于底材上。在预定的温度下加热,使粉末颗粒熔化、聚集在一起(聚结),流动(成膜),接着流平,这期间通过一个有粘性的液态阶段润湿表面),最后化学交联形成高分子量的涂膜,这就是粉末涂料的成膜过程。
　　
　　影响涂膜流动和外观的因素
　　
　　成膜过程可分为熔融聚结,形成涂膜,流平三个阶段
　　
　　在给定温度下,控制熔融聚结速度最重要的因素是树脂的熔点、熔融态粉末颗粒的粘度以及粉末颗粒的大小。为了使流动效果最佳,熔融聚结应当尽可能快地完成,以便有较长时间来完成流平阶段。固化剂的使用缩短了可供流动和流平所需的时间,因而那些极为活性的粉末形成的涂膜常呈现桔皮。
　　
　　影响涂膜流动和流平的关键因素是树脂的熔融粘度、体系的表面张力和膜厚。转而,熔融粘度尤其取决于固化温度、固化速度和升温速率。
　　
　　以上提及的种种因素,连同粒径分布和膜厚,通常由所要求的涂膜性能、被涂物件和粉末施工条件等所决定。
　　
　　粉末喷涂时流动和流平的动力来自体系的表面张力,这一点前面也曾经提到。该作用力同施加到涂膜上的分子间引力相反,其结果导致如熔融粘度越高,则对抗流动和流平的阻力越大。因此,表面张力和分子间引力之间的差值大小决定着涂膜流平的程度。
　　
　　对于流动性很好的涂料，显然,该体系的表面张力应尽可能高,且熔融粘度尽可能低。这些可通过加入能提高体系表面张力的助剂和使用低分子量低熔点的树脂来实现。
　　
　　根据以上条件制备的涂料能具有极好的流动性,但是由于其高的表面张力会导致缩孔,同时由于较低的熔融粘度会产生流挂,且边角涂覆性差。实际工作中,体系的表面张力和熔融粘度都控制在特定范围内,这样可得到合格的涂膜表面外观。
　　
　　表面张力和熔融粘度对涂膜流动的影响见图2。图中可以看到,太低的表面张力或太高的熔融粘度会阻止涂膜流动,导致涂膜流动性差,而表面张力太高时成膜过程中会出现缩孔。熔融粘度太低会使粉末的物理贮存稳定性变差,施工时边角涂覆性差,且施工于立面时产生流挂。
　　
　　综上所述,很明显,得到的粉末涂料涂膜最后的表面状况、缺陷和不足(如桔皮,流动性差,缩孔,针孔等)是相互密切关联的,同时也被在成膜过程中参与相变的流变力所控制。
　　
　　粉末颗粒大小分布状况也影响着涂膜的表面外观。颗粒越小,由于其热容较大颗粒的低,因此其熔化时间比大颗粒的短,聚结也较快,形成涂膜的表面外观较好。而大的粉末颗粒熔化时间比小颗粒的长,形成的涂膜就可能会产生桔皮效应。粉末静电施工方法(电晕放电或摩擦放电)也是导致桔皮形成的一个因素。
　　
　　怎样减小或避免桔皮效应
　　
　　促进流动和流平能减少或避免桔皮。体系使用较低的熔融粘度、固化过程中延长流平时间以及较高的表面张力可提高流动和流平性。控制表面张力梯度是减少桔皮的重要参数，同时还要控制涂膜表面的表面张力均匀,以获得最小的表面积。
　　
　　实际工作中常使用流动促进剂或流平剂来改善涂膜外观,以消除桔皮、缩孔、针孔等表面缺陷。性能好的流动促进剂能降低熔融粘度,从而有助于熔融混合和颜料分散,提高底材的润湿性，涂层的流动流平,有助于消除表面缺陷以及便于空气的释放。应考察流动改性剂用量与效果的关系。其用量不足会导致缩孔和桔皮,而用量过多又会导致失光、雾影,并产生对上层重涂附着力的问题。通常,流动改性剂在预混时加入。它们或做成树脂的母料(树脂和该添加剂的比为9/1～8/2),或者以粉末状吸附在无机载体上。粉末涂料中该添加剂的用量为0.5～1.5%(在以基料计算的有效聚合物中),但是在浓度较低时可能效果也不错。
　　
　　流动改性剂中聚丙烯酸酯系树脂应用最广,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。它们可在浓度很宽的范围内使用。一般聚丙烯酸酯对表面张力影响很小,它们能有助于涂层形成比较恒定的均匀表面。同那些使表面张力降低的添加剂(如硅氧烷等)相比,它们不会降低表面张力,因此可用来加速流平。降低表面张力的添加剂包括表面活性剂、氟化烷基酯以及硅氧烷等。它们对加入量的多少非常敏感。安息香是一种脱气剂,也有降低表面张力的效果,被广泛用于改善粉末涂料涂膜的表面外观。
　　
　　桔皮外观的判断
　　
　　可以从视觉上或使用外形测示仪的机械方法或通过波纹扫描来评估和比较桔皮外观。
　　
　　(1)目测法
　　
　　在此测试中,样板置于双管荧光灯下。通过适当放置样板可获得样板的反射光源。定性分析反射光的清晰度就可以从视觉上评估流动和流平性质。在流动性差(桔皮)情况下,两个荧光灯管看起来模糊,不清晰,而高流动性产品则可获得清晰的反射。
　　
　　(2)“外形测量法”
　　
　　在此方法中,通过高灵敏探针的偏移来记录表面形状。由此可快速区别由缩孔、针孔或脏污物引起的粗糙、桔皮以及流动不佳引起的波动间的差异。
　　
　　(3)Byk-Gardener“波纹扫描桔皮仪测量法”
　　
　　通过在表面聚焦,“波纹扫描”设计用来模拟视觉判断。将该仪器在样品表面上移动10cm以上距离,用来扫描样板的表面。此法使用激光光源从60°角照射样板表面,再在相对的同样角度下测量反射光。当光束照射到表面上的峰端或峰谷时,检测到的信号最大;而当光束照射到峰坡上时,记录的信号最小。波纹扫描测量的是人们视觉上能看得见的光学表面光洁度,而外形测量仪测量的是人们触摸能感觉到的机械外形光洁度。
　　
　　总结
　　
　　本文对粉末涂料的成膜机理作了简短的论述,同时阐述了影响涂膜流动和外观的因素,桔皮形在的条件以及选择最佳成膜涂料和使用流动促进剂来避免这些缺陷的原理。另外还简洁介绍了桔皮的评测方法。