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为了提供最佳的保护和美观性能,大多数涂层应该光滑均匀,没有气泡、裂缝等。薄膜缺陷会破坏涂层的防护性能和美观性。涂层缺陷种类繁多,本文对其中的几种缺陷进行简要讨论。
1、Crawling
Crawling是一种均匀的脱湿效果。固体基材的表面能太低,无法让具有一定表面张力的液体涂料覆盖基材。由此产生的效果是,液体涂料没有完全润湿基材,而是缩回并形成液滴,留下部分基材裸露,如图1所示。
在两种情况下,润湿变得更加关键:当基材的表面能较低时(和/或)当液漆的表面张力较高时。表面能低的底物称为疏水底物。这意味着基材的表面不能与施加在其上的材料发生强烈的相互作用。例如,未经改性的塑料具有较低的表面能。
要获得完全润湿,必须满足的先决条件是基材是干净的。在某些情况下,必须对基材进行改性以提高其表面能。这意味着底物由疏水性变为亲水性。塑料通常在涂漆前进行预处理。另一种防止的方法是通过添加润湿剂来降低液体涂料的表面张力。然而,这可能会使系统的关键性能恶化,如硬度、可重涂性和泡沫敏感性。通过选择合适的涂料润湿剂来避免这些问题。
2、Cratering
Cratering是一种界面现象。它可以从涂层-空气界面开始,也可以从基材和涂料之间的界面开始。
Cratering是由润湿不良和/或表面张力梯度引起的液体流动的结果,例如,当液体涂料中的材料具有低表面张力(意味着它们是疏水的)并且与涂料的混溶性有限时,这种梯度就会形成。系统力求达到能量最小的状态,液体会从表面张力较低的区域流向表面张力较高的区域,如图2所示。
防止不相容的疏水污染物的存在,寻找油漆中可能存在的消泡剂,检查基材是否清洁,使用辅助设备。
3、Flooding
Flooding是由于溶剂蒸发引起的薄膜缺陷。这导致颜料在干燥膜上的不均匀分布。当溶剂快速蒸发时,温度和成分的梯度就会增大。
这种现象是梯度的直接结果,是液体从湿膜的大块流向油漆-空气界面。油漆的温度在油漆-空气界面附近最低,因为溶剂在这个界面蒸发。不稳定的可移动颜料会在液体流动中被拖走。当颜料的流动性不同时,就会发生颜料分离,从薄膜的主体到油漆-空气界面。颜料组成的梯度在整个涂层中形成,如图3所示。
当颜料的颜色不同时,Flooding就会变得明显。预防的方法包括:
使用蒸发速度较慢的溶剂。通过使用合适的分散剂,可能结合调整涂料的流变性,提高颜料颗粒的胶体稳定性。
4、Foaming
在开始应用之前, foaming可能已经存在于油漆中。它也可以在应用过程中引入。特别是在涂刷、滚动和喷涂过程中,空气可能会进入油漆。
Foaming的形成、稳定和释放主要受两个方面的影响。具有表面活性剂(肥皂)结构的添加剂可以稳定泡沫气泡。这种泡沫问题在水性涂料中表现得最为强烈。第二个重要的方面是涂料的流变性。尽管粘度很高,气泡可能会移动到薄膜表面,在那里它们可能会破裂。然而,当薄膜粘度过高时,所产生的孔可能无法平整,如图4所示。
应尽量减少表面活性剂的使用。在生产、处理和应用过程中,应尽可能防止在油漆中引入空气。最后,系统的流变性应使进入涂料的空气在成膜的第一阶段能在短时间内逸出。请注意,消泡剂的使用,增加了形成 cratering的风险。
5、开裂
基底上的固体薄膜在受到压力时就会破裂。在涂层工艺中,涂层的破损称为开裂,如图5所示。
涂层在薄膜破裂的地方失去了保护性能;在这些点上,基材和环境之间可以直接接触。当基材是金属时,这可能导致腐蚀,或者在木制基材的情况下导致腐烂。
在许多情况下,涂层的开裂伴随着附着力的丧失。例如,水可以从涂层的裂缝处迁移到与基体-涂层界面接触的地方。当这样做时,水会导致附着力的丧失。
收缩应力
由于在成膜过程中发生收缩,涂层中的应力通常会增加。薄膜收缩基本上可以由两个过程引起。
首先,在薄膜形成过程中发生的化学反应,称为交联,可以很快。例如,紫外线系统通过自由基聚合固化,是一种快速交联化学。在UV系统固化过程中,在短时间的成膜过程中产生高交联密度,从而引起应力冻结。
其次,蒸发可能进行得太快。在许多情况下,薄膜形成过程中存在蒸发和固化之间的竞争。
固体颗粒的高载荷引起的应力
特定的水基系统可能遭受内应力导致开裂。水性墙漆通常是基于粘合剂分散体。在成膜过程中,水从膜中蒸发,粘结剂颗粒合并。
在这样的系统中,压力很容易积聚,特别是当存在大量固体颗粒、颜料和/或填料时。据说,这样一个系统的粒子负荷很高。在这样一个加载系统中,粘合剂颗粒的合并可能变得至关重要,并且应力可能在薄膜中积聚。薄膜会因应力而破裂。
最后,当基材的尺寸不稳定时,就会产生应力。例如,木材的尺寸会因湿度的变化而变化。
与许多缺陷一样,有几种方法可以解决裂缝问题。最好的解决方案总是基于开裂的主要原因,做出应对方案。