涂料工業:一、流平性的定義
流平 (levelling),按GB/T 5206-2015 / ISO 4618: 2014《色漆和清漆 術語和定義》中2.150描述為:涂料施涂后流展的能力,從而可最大程度消除由施涂過程引起的任何表面不平整性。
具體來說,即涂料施工后,有一個流動及干燥成膜過程,然后逐步形成一個平整、光滑、均勻的涂膜。涂膜能否達到平整光滑的特性,稱為流平性。
濕涂膜的運動可用三個模型進行描述:①在底材上的展布流動-接觸角模型;②由不平整表面向平整流動的正弦波模型;③在垂直方向的貝納德Benard漩渦。它們正好對應濕膜流平的3個主要的階段——展布、流平前期和后期,其間表面張力、剪切力、黏度變化、溶劑等因素均在各階段起著重要作用。
二、相關標準
目前國內無流平性相關標準。現行有效的相關標準有ASTM D4062-2024《用垂伸法測定色漆平整性的試驗方法》。
GB/T 1750-1979《涂料流平性測定法》(已廢止)提供了流平性的實用測定方法,其中包含刷涂法和噴涂法。刷涂法要求查看涂膜在多少時間內能夠從刷痕恢復到平滑狀態。
ASTM D2801-1969(1981)《Method of Test for Leveling Characteristics of Paints by Draw-Down Method》(已廢止)則使用特殊的刮刀,將涂料刮成不同厚度的條形涂層,觀察其流平性,并提供了0到10的評級方法。
三、流平性不良的表現及成因
1. 流平性的不良表現
(1) 縮孔
涂膜中存在低表面張力物質(縮孔污源),其與周圍的涂料存在表面張力差,這個差值促成了縮孔形成,使周圍的液體流體向四周背離它而流開成凹陷。
(2) 桔皮
經干燥后的涂層表面外觀呈現許多半圓狀突起,類似桔皮一樣的波紋,這種現象被稱為桔皮現象。
(3) 流掛
濕涂膜受重力驅動造成流痕,稱為流掛。
2. 影響流平性的因素
(1) 涂料表面張力對流平的影響
涂料施工后,會出現新的界面:涂料與底材之間的液/固界面以及涂料與空氣之間的液/氣界面。
如果涂料與底材之間的液/固界面的界面張力高于底材的臨界外表張力,涂料就無法在底材上鋪展,自然就會產生回縮、縮孔、魚眼等流平缺陷。
(2) 溶解性能對流平性的影響
漆膜的干燥過程中,有時會產生一些不溶性的膠粒,進而會形成外表張力梯度,導致縮孔的產生。
另外,在含有外表活性劑的配方中,如果外表活性劑與體系不相容,或在干燥過程中隨著溶劑的揮發,其濃度發生變化導致溶解性發生變化,形成不相容的液滴,也會形成外表張力差。這些都可能會導致縮孔的產生。
(3) 濕膜厚度和外表張力梯度對流平性的影響
貝納德Benard旋渦——漆膜干燥過程中溶劑的揮發,會在漆膜外表與內部之間產生溫度、密度和外表張力差,這些差異進而導致產生漆膜內部的湍流運動,形成所謂貝納德Benard旋渦。
貝納德Benard旋渦所導致的漆膜問題不僅有桔皮。在含不止一種顏料的體系中,如果顏料粒子的運動性存在一定差異,貝納德Benard旋渦還很可能導致浮色和發花,垂直面施工還會導致絲紋。
(4) 施工工藝和環境對流平性的影響
涂料在施工和成膜過程中,如果存在外界的污染物,也可能會導致縮孔、魚眼等流平缺陷。這些污染物通常是來自空氣、施工工具和底材的油污、塵埃、漆霧、水汽等。
涂料本身的性質(如施工黏度、干燥時間等),也會對漆膜的最終流平產生顯著影響。過高的施工黏度和過短的干燥時間,通常會產生流平不良的外表。
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