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      粉末涂料的消光原理及其應用

      2022-10-13 1025

      根據用途有時需要半光或無光的粉末涂料。為了降低涂膜光澤,常用的消光劑有超細二氧化硅、滑石粉、硬脂酸鋁、硬脂酸鈣、低分子熱塑性樹脂等。要得到消光效果,可以采用如下方法:

      a、將固化速度不同的粉末涂料,用干混合法進行混合,那么所得涂膜的光澤明顯下降,起到消光作用。由于反應活性高的粉末涂料迅速固化,使連續相的固化較慢的樹脂流平和反應受到阻礙,終固化涂膜失去光澤。雖然這種方法有效,但增加制造工序和成本。

      b、添加熱塑性樹脂。在環氧粉末涂料中添加醋酸纖維素,在聚酯粉末涂料中添加細粉末狀低分子量聚乙烯、聚丙烯樹脂可以得到消光粉末涂料。涂膜光澤受制造條件的影響。因為熱塑性樹脂的添加,將影響粉末涂料的貯存穩定性,所以添加量限于樹脂量的2—3%。

      c、用有消光作用的非凡固化劑。d、添加有消光作用的填料。添加超細二氧化硅、滑石粉等填料使光澤顯著下降。非凡是填料的粒度對涂膜光澤有很大影響。粒度越大光澤越低。要注重的是增加填料的用量,會使涂膜的平整性和機械強度下降。在環氧粉末涂料中,碳酸鈣粒度對涂膜光澤的影響見表。在丙烯酸、聚酯粉末涂料中添加超細二氧化硅和高嶺土能得到消光涂料。除此之外,添加聚乙烯石蠟、氫化蓖麻油等蠟狀物也能得到消光涂料。

      涂料消光原理及其應用近幾年以來,我國的涂料工業方興未艾,涂料總產量也躍居世界的前列,形成了一個與此相關的產業群體,積極推動著傳統涂裝領域的技術革命和發展。在這期間高光澤的亮光涂料以其色澤鮮艷、明亮等優點深受消費者的喜愛,并在相當長的時間內一統著涂料市場。但是,隨著人們生活水平的不斷提高,一方面消費者感覺到了高光澤的亮光涂料成膜后反光比較嚴重,對人的眼睛有害;另一方面消費者的審美觀念越來越傾向于休閑、時尚和個性化。再加上我國汽車和家電行業蓬勃發展的需求。這些因素就導致了人們對具有柔和外觀的低光澤涂料的需求急劇增加。同時,也使得如何生產具有消光性能的涂料成為涂料設計師們必須考慮的問題。

      一 光澤及光澤的影響因素1. 光澤和光澤的測定光線投射到物體的表面會發生光線的反射,物體表面對光線的反射能力稱為光澤。不同物體表面的光澤不一樣,衡量物體表面對光線反射能力的大小,稱為光澤度。光澤度用百分數表示。物體表面的光澤度越高,它反射光線的能力就越強,亮度也就越高。光澤度的大小通過光電光澤儀進行測定。根據光澤度的大小,可以將涂料分為亮光、亞光、無光等幾種。涂料光澤度的分類(以60°的反射光澤(即光線入射角為60°)劃分為例):無光涂料:光澤度< 10 %;亞光涂料:光澤度15~60%;亮光涂料:光澤度> 60 %。

      2. 影響光澤的因素① 涂膜表面的粗糙度物體表面光澤和物體表面的粗糙程度緊密相關。光線射到物體表面上時,一部分會被物體吸收,一部分會發生反射和散射,還有部分會發生折射。物體表面的粗糙度越小,則被反射的光線越多,光澤度越高。相反,假如物體表面凹凸不平,被散射的光線增多,導致光澤度降低。人視覺能感受到的光亮物體表面的粗糙度(h),利用微表面理論知識,可以根據公式:h = λ/cosα算出來,式中入為人射光的波長;α為入射角。例如人射角取60°時,可以算出h=1.1μm,當物體表面粗糙度h大于1.1μm時,會表現凹凸不平,光澤度降低。

      ② 涂膜的成膜過程涂料涂刷在物體表面上后,通過溶劑的揮發而固化成膜(針對溶劑型涂料而言)。涂料涂膜的形成過程對涂膜的表面粗糙程度和光澤至關重要。在濕膜階段,溶劑的揮發速率受溶劑在涂膜表面的擴散控制,當溶劑的各組分揮發速率差別不大時,有可能得到高光澤的表面;反之,當溶劑的各組分在濕膜階段的揮發速率不相同時,它會使聚合物分子傾向于形成卷曲,甚至析出,變成大小不一的顆?;驁F狀物,涂膜表面呈現出凹凸不平。在干膜階段,溶劑的揮發速率主要受溶劑在涂抹整體里的擴散控制,也會對涂膜表面的粗糙程度產生影響。此外,在涂膜的形成過程中,隨溶劑的揮發,涂膜會變薄并收縮,涂料中的一些懸浮的重粒子就會在涂膜表面重新排列,造成涂膜表面的不平整。

      ③ 顏料、細料的粒度和分布涂料中顏(填)料的顆粒大小和粒度分布是影響涂膜光澤的重要因素之一。人們在研究中發現,當顏料顆粒的直徑小于0.3μm時,才可以獲得高光澤的涂膜。原因為:分散在涂料中的顏料顆粒在制成一定厚度的涂膜,并干燥后,僅有上層的顏料顆粒局部地上突,顆粒直徑小于0.3μm的顏料離子所造成的涂膜表面粗糙度不會超過0.1μm。當顏料的平均顆粒直徑在3~5μm之間時,可以得到消光效果較好的涂膜。

      除以上三個因素可以影響涂膜表面的光澤外,顏料的體積濃度(PVC),顏料的分散性以及涂膜表面結構和表面反射特性等因素也會影響涂膜表面的光澤。其中,隨顏料的PVC增大,涂膜表面的光澤度先是降低,在顏料的極限體積濃度(CPVC)處出現極小值,然后伴隨著PVC的增大,光澤度也變大。當顏料種類和用量確定后,分散越好,涂膜表面的光澤度越高。

      二 涂料的消光問題消光就是利用一定的方法使涂膜表面的光澤度降下來。

      1. 消光原理結合涂膜表面光澤產生的機理和影響光澤的因素,人們認為消光就是采用各種手段,破壞涂膜的光滑性,增大涂膜的表面微觀粗糙度,降低涂膜表面對光線的反射??梢苑譃槲锢硐夂突瘜W消光兩種方式。物理消光的原理為:,加入消光劑,使涂料在成膜過程,表面產生凹凸不平,增大對光的散射和減少反射?;瘜W消光是靠在涂料中引入一些例如聚丙烯接枝物質類能吸收光線的結構或基團來獲得低光澤。

      2. 消光方法① 消光劑在現今的涂料行業,人們普遍采用的是加入消光劑的方法。主要有以下幾類:

      (1) 金屬皂金屬皂是早期人們常用的一種消光劑,它主要是一些金屬硬脂酸鹽,像硬脂酸鋁、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂等等。其中硬脂酸鋁應用的多。金屬皂的消光原理是基于它和涂料成份的不相容性,它以非常細的顆粒懸浮在涂料中,成膜時則分布在涂膜的表面,使涂膜表面產生微觀粗糙度,降低涂膜表面光的反射而達到消光目的。

      (2) 蠟蠟是使用較早應用較為廣泛的一種消光劑,它屬于有機懸浮型消光劑。在涂料施工完畢后,隨溶劑的揮發,涂膜中的蠟析出,以微細的結晶懸浮在涂膜表面,形成一層散射光線的粗糙面而起到消光作用。蠟作為消光劑的特點是使用簡便,并且可以賦予涂膜良好的手感和耐水、耐濕熱、防沾污性。但蠟層在涂膜表面形成后也會阻止溶劑的揮發和氧氣的滲人,影響涂膜的干燥和復涂。今后的發展趨勢是合成高分子蠟與二氧化硅并用,使其獲得佳消光效果。

      (3) 功能型細料體質顏料,如硅藻土、高嶺土、氣相二氧化硅等都是專用作消光劑的功能細料,它屬于無機填充型消光劑。在涂膜干燥時,它們的微小顆粒會在涂膜表面形成微粗糙面,減少光線的反射獲得消光外觀。這類消光劑的消光效果要受到很多因素的制約。以二氧化硅為例,它在用作消光劑時,其顆粒的孔體積、平均粒徑及粒徑分布、干膜厚度以及顆粒表面是否經過處理等因素,都會影響到它的消光效果。實驗表明較大的孔體積、粒徑分布均勻并且粒徑大小和干膜厚度相匹配的二氧化硅,其消光性能較為優良。

      除以上三類常用的消光劑外,有些干性油,如:桐油也可以在涂料中做為消光劑使用。它主要是利用桐油中共軛雙鍵的高反應活性,使涂膜底面不同的氧化交聯速度使涂膜表面產生凹凸不平而達到消光效果。

      涂料為獲得低光澤,消光劑起了不可替代的作用。但它在使用過程中,仍存在著諸多缺陷等待改進,如消光劑的選取和使用條件較為苛刻;消光劑的價格偏高,國內用的消光劑多數需從國外進口,這就使得低光澤涂料的價格也隨之上漲;國內生產的消光劑因多含有環瞇類物質,因此所得涂膜易泛黃,耐烘烤性差。如何生產性能優良價位適中的消光劑,仍是涂料工作者需要解決的問題之一。

      3. 消光樹脂樹脂是涂料必不可少的一種成份,因此就有人合成出消光用樹脂,利用它和其它樹脂作用成膜獲得低光澤??梢员苊馐褂孟鈩?,降低涂料成本。國外已有相應的產品上市,國內的辜繼先和姜其斌等人也都對此做了研究,并先后合成出丙烯酸系消光樹脂,用在粉末涂料中,效果頗佳,并消除了涂膜易泛黃,耐烘烤性差等缺陷。它的機理:一是利用消光樹脂中官能團和涂料組成中的固化劑與另外樹脂固化溫度的不同,產生先后固化,使涂膜表面產生不均勻收縮,從而破壞涂膜表面的光滑性,產生消光。G9010消光樹脂就是利用此機理獲得消光。二是增大兩種樹脂之間的表面張力差,使涂膜收縮不均勻產生微粗糙度。姜其斌合成的消光樹脂就是有此原因才產生消光效果。三是在合成樹脂中引入相容性差的單體,涂料成膜使這些單體會促使合成樹脂從涂膜中部分析出,從而增大涂膜表面的微觀粗糙度,獲得低光澤。

      三 展望低光澤涂料在未來的涂料市場中會越來越引起人們的關注,這就使得消光問題愈加重要。合成性能優良的改性消光劑(如用高分子蠟表面處理的二氧化硅等)和合成消光樹脂無疑將成為人們研究的重點。

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