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涂層起泡的原因分析及其控制

來源:慧聰網涂料行業頻道 瀏覽次數:3706次 更新日期:2007-07-24

對于這種涂料相關的實質性問題,我想有必要給更多的人分享一下,所以我復制過來了:

1 氣泡的特征及分類

    氣泡是涂層表面出現的細小的肉眼可見至數毫米直徑的泡,它是不溶性氣體在外力作用下進入液體之中,并被液體互相隔離的一個非均相體系。涂料中的氣泡是氣體在涂料液體中的分散形式,它是 一 種典型的熱力學不穩定兩相體系:氣泡的存在增加了涂料體系的表面積,即增加了體系的能量;當氣泡破滅后,體系的總表面積大大減少,于是能量也相應降低。所以,存在氣泡的涂料體系始終處于熱力學的不穩定狀態中。

    在涂料生產過程中,氣泡作為干擾因素出現,使涂料產品在應用時產生表面缺陷,既有損外觀,也會影響涂膜的防腐性和耐候性。氣泡通常是涂膜附著力不足的體現,對于防腐涂料而言,它往往是其防腐能力不足的最先外觀表征。

    氣泡有大小,泡內可以含液體、蒸汽、其它氣體 或結晶物。泡的尺寸多依賴于涂料對基材表面的附著力、泡內液體或氣體的壓力以及為了跟涂料基材的附著力保持平衡而將涂膜拉伸反向頂起的程度。按其形態,氣泡可分為泡和泡沫兩種。泡是指單個的球形的微小的空氣分散在高粘介質中的小泡。溶劑型涂料產生的氣泡多為此類。泡沫則是出現在 易起泡的介質分散時,由于空氣的填充密度大,往往 會產生大量的氣泡,因為空氣和液體的密度相差很大,氣泡會很快地上升到液面,形成以少量液體構成的依靠液膜隔開的氣泡密集體。水性涂料起泡多為此類 。

2 氣泡產生的原因

    起泡通常是伴隨涂層老化過程發生的,從此意義上說,起泡可分為膨脹起泡和腐蝕起泡兩種。溶劑型涂料在涂布成膜后,都殘留有一定的溶劑,這些溶劑有的甚至可以存在數十年。另外,涂膜可以認為是一種半透膜,水、水汽等小分子可以透過,而對 一 些溶質則不易透過,因而會產生滲透壓。Van.der Meer Lerk和 Heertjes證實涂膜在多數情況下存在滲透壓。

    起泡是因為涂層局部失去附著力,受泡內氣體或液體的壓力離開基底 (底材或下涂層)鼓起,使涂膜呈現似圓形的凸起變形。這種變形在涂膜干燥過程中可以消失,也可以永久存在。所以起泡必須具 備兩個條件:一是涂層具有透水透氣性,所有的涂膜 都不例外,只不過隨涂料品種不同,透水速度有差別而已。其二是涂層與底材之間存在附著缺陷,如潤濕不良、漏涂、塵土、油污、可溶性物質(如工業大氣所形成的硫酸鹽“巢”,磷化處理時未洗凈的殘留鹽,涂膜打磨后用自來水洗滌后殘留痕量的鹽,某些水溶性太高的顏料,甚至手接觸底材殘留下的皮膚分泌物)等。當在高濕環境或與水接觸時,水或水蒸氣 透過涂膜凝結在這些地方,當溫度升高時,它們膨脹產生應力,促使附近的涂層附著破壞,從而導致泡的產生、擴大。大多認為涂膜起泡通常有以下幾方面的原因。


 
  2.1 基材表面處理不當

    基材表面氧化物、可溶性鹽等物質是涂層起泡的誘發點。由于基材表面沾染蠟質、油污、塵土、可溶性鹽等物質,或基材表面有潮氣、水珠或揮發性液體存在,或表面處理時,工件凹處有銹、潮氣等,造成涂膜干燥后,這些地方的涂層與基材表面附著不牢,潮氣積聚于低附著力區域,使這些區域中積聚液相或氣相。當溫度變化時,其受熱膨脹產生的蒸氣壓是氣泡生成的主要原因。此時,涂膜愈厚,起泡的傾 向愈大。當涂層很薄,又處于潮濕環境中,將會發生 滲透,滲透壓是氣泡生成的主要原因。當處于濕熱環境中,蒸汽壓、滲透壓雙重作用更會加劇氣泡產生。未除凈的銹蝕、氧化皮等與涂料中某些物質或從涂膜微觀通道內滲人的水、氣體、腐蝕介質反應,生成氣體,加上環境溫度、濕度的影響,也會造成涂層起泡。這種現象多出現于高級涂裝采用油性膩子,由于石膏凝膠中的水分或木器件潮濕時涂漆,在受熱情況下,也可導致氣泡;前一層涂料涂好,涂膜將干未干時遇雨,存在潮氣或水珠涂面漆也會產生氣泡。

    已腐蝕的表面,基材空隙中殘留鹽和氧化物,腐蝕性氣體(如硫化氫、氯化氫、二氧化碳等)穿過涂層而被吸收,將涂層推離表面也會引起起泡或腐蝕性 氣體滲透進涂膜與表面發生反應,同樣也會引起滲 透壓起泡。

    2. 2 溶解于涂料內的氣體隨溫度升高釋放

    經涂裝形成的濕膜中, 尚有約10%的揮發溶劑,其它約90%的溶劑已在涂裝過程中揮發到大氣中,另外一些涂料中溶劑不適當的揮發也會造成溶劑殘留。溶劑的保留能力除與溶劑的揮發速度和外部條件有關外,還與它們與溶質的相互作用及顏填料的吸附性等有關。涂料中殘留的溶劑就象增塑劑一樣,會使涂膜變軟。由于溶劑對水有一定的敏感性,殘留溶劑能增加涂膜對水的吸收和涂料中潮氣的轉移。如果涂料本身的粘結不牢,則其耐水性的下降,會引起附著力喪失,涂層起泡。

    隨著涂層表面溫度的變化,殘留溶劑本身也會產生足夠的蒸汽壓,使涂層起泡。最嚴重的是潮氣滲透進涂膜中,結合殘留溶劑,引起涂層起泡。僅僅是由溶劑蒸發引起的氣泡,常常是涂料施工后不久 出現的。 這種現象多出現于烘干性涂料噴涂后,濕膜閃蒸時間過短及烘干升溫過程中,初期溫升過快或因噴涂濕膜過厚,且濕膜表干過快,造成底層溶劑揮發 不暢;雙組分聚氨酯涂料,配漆時產生的氣泡未消失,氣泡溢出時涂膜已失去流動性,此時也會出現起泡現象。特別是涂料、溶劑中含有微量水時,更易產生此類弊病。另外底漆未干時,涂刷快干面漆,也會封閉底漆中的溶劑,造成溶劑殘留。

    2.3 多孔性底材殘留的氣體

    溶劑也會引起涂膜在多孔 基材,如水泥、木材等上起泡。通常有機涂料涂布在無機底材上,且表面溫度較高時易出現。此時泡的生成速度極快,易破裂而露出底材。這類泡可通過施涂滲透型底漆而消除。滲透型底漆通常粘度低,成膜薄,能迅速干燥,并有足夠時間滲透、避開高溫時問施工等也可避免此類氣泡。

    多孔性基材表面涂裝快干漆時,表面成膜而阻止空氣透過或溶劑不適當釋放, 日光曝曬會加劇氣泡產生。

    2.4 顏料或填料表面吸附氣體或液體

    涂料中可溶性顏填料是許多泡弊病產生的原因?扇苄灶伭衔胀高^涂層的潮氣,變成溶液。由于滲透作用,水將通過涂層被拉到濃溶液處。另外如可溶性鹽沾染了基材或涂層之問的任一表面,同樣的現象也會發生。涂料中含有可溶性物質,則起泡不可避免。

 2.5 其它

    氣泡還通常發生在陰極保護區域和用來彼此互補的涂料。這是因為在陰極保護區域的涂層下金屬基材表面有氫氣產生,當氫氣量達到一定體積,就有足夠的壓力頂起涂膜。

    在涂布預涂底漆后,使用高性能涂料罩面時,也常常出現氣泡現象。這是因為底漆附著力不夠。在很多情況下,高性能涂料的溶劑也會引起底漆與基材表面的脫離。

    腐蝕介質滲透到底材并與之發生反應,直接產 生氣泡,如有機酸、無機酸等與鋼材、苛性堿與鋅、鋁等反應產生氫氣。

    3 涂層起泡的控制

    從以上的原因分析可見,涂層起泡的原因通常有兩類:一是由于涂料生產過程控制不嚴,比如溶劑或樹脂含水、顏填料受潮等;二是由于涂料施工管理松散。所以控制涂層起泡一方面要控制涂料生產過程,另一方面要控制涂料的施工過程。

    3.1 加強生產管理

    涂料生產時,嚴格控制所用顏料、填料及溶劑的含水量;在底漆配方中,盡量避免使用可溶性的顏填料;使用溶劑要兼顧其揮發平衡,避免溶劑過多殘留;在高濕環境中,使用滲透性低的基料。

    3.2 加強施工管理

     施工時要避免高溫、潮濕等不良氣候環境,被涂裝表面溫度應保持在露點溫度3℃ 以上,相對濕度不高于 85 %;施工前因涂層遇雨或凝露、結霜等,要 使其干燥后,方可涂刷下一道涂料;施工前應將涂料稀釋攪拌后靜置一段時間后再涂刷,特別雙組分涂料應有一定的熟化期,從而避免混合不均勻和反應產生熱,引起氣泡;控制涂層厚度,降低其透水性;控制表面打磨程度,粗糙度太大易產生漏涂、空穴,必然引起氣泡;底材經預處理后,表面一定要保持干凈,不得留下電解質、粉塵、油脂等影響涂料附著力的雜質;制品使用和保存時,盡量避免高溫、高濕環境,減少直接與水接觸的機會;涂刷多孔性基材時,應先涂刷滲透性好的封閉底漆,盡量驅除孔內殘留空氣、溶劑等殘留物。

    4 結語

    綜上所述,涂層的起泡原因比較復雜,我們應盡量避免在生產和使用中氣泡的產生,從而得到一個完美的涂層,取得裝飾和防護具佳的效果。

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