涂料性能与检测

五、涂料性能与检测涂料在储存过程中，必须在相当长的时间内保持稳定，也就是说涂料中的组分彼此间不能发生化学反应。涂料一旦施工于物件表面之后，当然必须会硬干，但是某些涂料施工后在一定条件下并不干燥，这就说明涂料的干燥过程并不单靠涂料中液体的挥发，而是按照一定的干燥机理进行的。干燥机理有三类：两种化学机理，一种是物理机理。（一）涂料的固化机理1、物理机理干燥只靠涂料中液体（溶剂或分散相）的蒸发而得到干硬涂膜的干燥过程称为物理机理干燥。在物理机理干燥的涂料中，聚合物在制成涂料时已有足够大的分子量。当它失去溶剂之后就相当硬而不粘了。在干燥过程中，聚合物不发生反应。如果该聚合物在涂料中是溶解在溶剂中的，那么在成膜以后还会被这些溶剂所溶解。如果聚合物在涂料中是以乳液或胶态分散液形态存在的，成膜后就不会溶解在原来的分散介质液体中，但会被其它溶剂所溶解，因为它是线性聚合物。2、化学机理干燥用交联了的聚合物作涂料的成膜物质无疑会有很多优点，但交联了的聚合物是不能溶解在溶剂中的，所以不能用交联了的聚合物制涂料。为了得到交联化了的涂膜，将线型的或轻度支链化的聚合物，甚至用简单的低分子化合物配制成涂料，待涂料施工后再使它发生交联反应，成为交联化的聚合物。交联反应大致有下述两类（1）涂料与空气发生反应的交联固化空气中的氧气和水蒸气是具有化学反应性的。氧气是能与干性植物油和其它不饱和化合物反应而产生游离基并引起聚合反应的。水能与异氰酸酯发生缩聚反应。R-NCO+H2O→R-NHCOOH→R-NH2+CO2R-NCO+RNH2→R-NHCONH-R通过这两种反应都能得到交联的涂膜。在这两种情况下，空气都被利用来作为一种反应性组分。因此，涂料在储存期间，涂料罐的盖子必须紧紧盖住而使涂料与空气隔绝，如果不是这样，涂料表面就会形成一层漆皮。漆皮有时也会将下面的涂料封住，隔绝了它们与空气进一步的反应。但漆皮往往还是透气的，这样交联反应就会扩展到整罐涂料，使它互相交联。易于形成冻胶。（2）涂料组分之间发生反应的交联固化：涂料在储存期间必须保持稳定！！采取两种方式：可以用双组分包装涂料法：聚氨酯双组分涂料靠异氰酸基与羟基的化学反应，交联固化形成聚氨酯漆膜。选用在常温下互不发生反应，只是在高温下或受到辐射时才发生反应的组分。比如，紫外光固化涂料是一种单组分、无溶剂的涂料，涂覆时接受紫外光的照射，液体涂料将会在零点几秒到几十秒的时间内固化成膜。涂料的颜料体积浓度是表征涂料最重要、最基本的参数早期涂料工业普遍采用颜基比描述涂料配方中的颜料含量。由于涂料中所使用的各种颜料、填料和基料的密度相差甚远，颜料体积浓度更能科学反映涂料的性能，在科学研究和实际生产中成为制定和描述涂料配方的参数。（二）颜料体积浓度1、颜基比涂料配方中颜料(包括填料)与粘结剂的质量比称为颜基比。在很多情况下，可根据颜基比制定涂料配方，表征涂料的性能。一般来说，面漆的颜基比约为（0.25～0.9）：1.0，而底漆的颜基比大多为(2.0～4.0)：1.0，室外乳胶漆颜基比为(2．0～4.0)：1．0，室内乳胶漆颜基比为(4.0～7.0)：1.0。要求具有高光泽、高耐久性的涂料，不宜采用高颜基比的配方，特种涂料或功能涂料则需要根据实际情况采用合适的颜基比。2、颜料体积浓度（PVC）与临界颜料体积浓度（CPVC）颜料体积浓度(PVC)与临界颜料体积浓度(CPVC)在颜料和基料的总体积中既干膜体积中，颜料所占的体积分数称为颜料体积浓度，用PVC表示。即：基料颜料颜料VVVPVC当基料逐渐加入到颜料中时，基料被颜料粒子表面吸附，同时颜料粒子表面空隙中的空气逐渐被基料所取代，随着基料的不断加入，颜料粒子空隙不断减少，基料完全覆盖了颜料粒子表面且恰好填满全部空隙时的颜料体积浓度定义为临界颜料体积浓度，并用CPVC表示。CPVC可以通过CPVC瓶法、密度法、颜料的吸油值求算。吸油值：一定质量的干颜料形成颜料糊时所需的精亚麻仁油的量称为颜料的吸油值，该值反映了颜料的润湿特性，用表示，单位为g/100g.颜料的吸油值与颜料对亚麻仁油的吸附、润湿、毛细作用，以及颜料的粒度、形状、表面积、粒子堆砌方式、粒子的结构与质地等性质有关。将转化为体积分数，可以求出：OAOA5.9311100935.0100CPVCOAOA式中，ρ为颜料的密度，0.935为亚麻仁油的密度，实际生产中，由于树脂基料的变化，本公式求算的结果仅供参考。3、涂膜性能与PVC的关系颜料体积浓度在CPVC附近变化时，漆膜的性质将发生突变，因此，CPVC是涂料性能的一项重要表征，也是进行涂料配方设计的重要依据。颜料体积浓度对涂膜机械性能的影响如图。流变学是研究流体流动和变形的科学。涂料的流变性能对涂料的生产、贮存、施工和成膜有很大的影响，最终会影响涂膜性能，研究涂料的流变性对涂料的体系选择、配方设计、生产、施工，提高涂膜性能具有指导意义。（三）涂料流变学1、粘度涂料的流变性能与涂料在不同条件下的粘度有关。设面积为A、距离为dχ的两层液体，在剪切力F的作用下以一定的速度差dν作平行流动，单位面积所受的力（F/A）称为剪切力（τ），速度梯度（dν/dχ）称为剪切速率（D），剪切力与剪切速率的比值（τ/D）称为粘度（η），是液体抵制流动的量度。牛顿流体的流动示意图：粘度不随剪切速率变化的流体称为牛顿流体，粘度随剪切速率变化的流体称为非牛顿流动，非牛顿流体又可分成假装塑性流体，胀流性流体和触变性流体。（1）假塑性流体的粘度随着剪切速率的增加而减小（即切力变稀的流体）（2）胀流性流体的粘度随着剪切的速率的增加而增大（3）触变性流体的粘度随着剪切时间的延长而降低涂料大都为非牛顿流体。2、粘度的影响因素影响涂料粘度的主要因素温度、聚合物浓度，分子量大小及其分布，溶剂粘度等。溶液的粘度随温度升高而降低，其关系可用下式表示：TBATlg)(lg实际应用中涂料的粘度与聚合物的浓度之间的关系可用下式表示：baKKwlg式中,为相对粘度，w为溶质的质量分数，Ka和kb为常数，Ka和kb可以通过作图或者计算求出，该式适用于低分子量聚合物的溶液。对于聚合物良溶剂的稀溶液，可以用Mark-Houwink方程表示：awKM式中为特性粘度，Mw为聚合物的平均分子量；K和a为常数。测定涂料粘度方法很多，常用的有斯托默粘度计、布鲁克菲尔德粘度计、旋转同心圆筒式粘度计、旋转圆筒杯式粘度计、锥板粘度计等。3、涂料流动特征涂料在制备、贮存、施工和成膜阶段经受不同的剪切速率的作用。分散过程中搅拌下的剪切速率约为103~104s-1，而器壁经受到的剪切速率只有1~10s-1，物料放出后，剪切速率可立即下降到10-3-0.5s-1的范围，颜料有可能沉降下来，在施工中，刷涂、喷涂或辊涂的剪切速率至少在103s-1以上，甚至达到105s-1；施工后，剪切速率立即下降到1s-1以下，为此涂料总被设计和配制成非牛顿流体，以满足性能要求。三种典型涂料的剪切速率与粘度的关系见下图：涂料1的配方不合理，它在施工时粘度过低，施工后粘度过高，导致流平性较差。涂料3的配方也不合理，施工时粘度过高，会产生刷涂拖带现象；施工后粘度过低，从而产生过多的流挂。涂料2表示的涂料较合理，低剪切速率下该涂料的屈服值τ0在0.4~1Pa之间，保证涂料有较好的贮存稳定性以及施工后的流平性，不致产生过多的流挂。高剪切区，该涂料的粘度在0.1~0.3Pa·s之间，从而确保涂料有较好的施工性能。高剪切速率区，涂料的流动行为主要受基料、溶剂和颜料的影响；在低剪切速率区，涂料的流动行为主要由流变剂，颜料的絮凝性质和基料的胶体性质所决定。当涂料施工后，不可避免地产生条痕，如果流平得很快，条痕就能够消失，流平过程的推动力是涂料的表面张力。当涂料在垂直底材表面上施工时，由于重力的作用，涂料会向下流动，过度的向下流动会造成涂料的流挂。涂料具有最好的流平性和最低的流挂性是我们所希望的，但降低涂料的粘度有助于流平，却也加速流挂；增加涂层的厚度有助于流平，却又导致流挂。目前的研究表明，只有具有合理屈服值的假塑性涂料体系，才能同时满足上述要求。（四）涂膜病态防治1、流挂涂料涂装于垂直物体表面，在涂膜形成过程中湿膜受到重力的影响朝下流动，形成不均匀的涂膜，称为流挂要防止流挂病态的发生，最重要的是要控制在刷涂剪切速率下的涂料粘度。另外，所用溶剂的品种也是重要的因素，因为它影响着粘度的变化。在采用喷涂方法施工时，涂膜厚度要掌握好，喷涂过厚或溶剂挥发速率过慢，也会造成流挂。另外，底材及底层表面状态，以及施工涂装方法和大气的环境条件等也会导致流挂的产生。2、刷痕、滚筒痕涂料采用刷涂或滚涂方法施工时，涂膜表面干燥后产生未能流平的痕迹称为“刷痕”或“滚筒痕”，它明显地影响了涂膜的外观。预防措施是控制涂料质量，调整施工粘度及环境条件，必要时可添加少量高沸点溶剂或者流平剂。3、桔皮桔皮是湿膜未能充分流动形成的似桔皮状的痕迹。施工粘度较高，烘干前的闪蒸时间不当，稀释剂的质量，底材的温度等均会导致涂膜桔皮病态的产生。预防措施主要是添加适量挥发速度较慢的溶剂，以延长湿膜的流动时间使之有足够时间流平，加入适量流平剂也能减轻涂膜桔皮病态。4、起粒起粒是涂装后漆膜表面出现不规则块状物质总称。颜料分散不良、基料中有不溶的聚合物软颗粒或析出不溶的金属盐、溶剂挥发过程中聚合物沉淀、小块漆皮被分散混合在漆中等是造成起粒的主要原因，因此要防止此病态发生，必须注意颜料充分分散、溶剂合理设计、涂料的净化及施工场所环境的的洁净度。5、缩孔缩孔也是涂膜因流平性不良出现的病态之一，产生缩孔的主要原因是湿膜上下部分表面张力不同。实际应用时，可以采取加入适宜的流平助剂或低表面张力溶剂来解决，此外，还应注意提高底材的可润湿性。6、泛白泛白（变白）现象常发生在挥发型涂料装中，是涂装后溶剂迅速挥发过程中出现的一种不透明的白色膜的情况，这是由于溶剂迅速挥发吸收大量热量导致正在干燥的涂膜邻近的水分凝结在涂膜上面的缘故，有时溶剂含水也会引起泛白，一般来说，溶剂的挥发性越高，漆膜变白的倾向越大。预报措施是调整好涂料所用溶剂，并适量增加高沸点溶剂，减少挥发快的溶剂用量，控制空气中相对湿度。7、静电喷涂导电性差静电喷涂法对所用涂料和溶剂均有一定要求，其中导电性差是经常出现的一种弊病，电阻的调整方法有两种，一是靠溶剂来调整，通常在高电阻涂料中添加电阻低的极性溶剂，二是在设计配方时，添加助剂使其符合静电涂装工艺的要求。8、涂料的缺陷和改善措施（1）结皮现象：涂料在储存或生产过程中，由于受表面空气或油漆表面粘度增高，形成一层油皮。结皮因素：---涂料中干性油含量太高。---涂料表面与空气接触时间过长。---涂料本身粘度过高。改善措施：---依据涂料性能适当调整涂料中干性油比例。---减少涂料表面与空气接触。---生产过程中适当调低粘度，并及时密封剩油和调配好的油料。涂料的缺陷和改善措施（2）沉淀现象：涂料出现分层，下层形成结块沉淀原因：---金属色涂料由于其铝粉/珍珠粉比光油重。---储存时间过长或稀释后放置时间过长。---涂料中防沉剂用量不当或没加防沉剂。改善措施：---如未过期，生产时应充分搅均分散。---稀释后，用拉丝膜绝对密封，---退供应商重新调整。涂料的缺陷和改善措施（3）胶化：油漆成棉花状，无应用作用。---一般出现在油漆过了储存保质期或储存环境温度过高。---改善储存条件，最佳储存温度为100C-300C（4）浮色：在储存内出现油漆表面浮出一层颜色。原因:---由于色漆中颜料比重小于光油。---涂料中浮色发花防止剂用量不当。---过涂料保质期。措施：---生产过程中充分搅均分散。---如生产过程中充分搅拌仍出现浮色，则需要退供应商改善。涂料的有害性及使用安全（5）大多数涂料、溶剂及其辅料，不但易燃，还有毒性。---途径：呼吸、皮肤渗入。---后果：对眼、鼻、喉、肺的刺激作用，并能引发呼吸、神经、造血系统疾病。通常燃料气体密度小于空气，而溶