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涂料涂装技术是在经表面准备的基体上除覆涂料而形成均匀、连续、附着牢固的,具各耐腐性能或功能的涂膜的过程或技术的总称。它广泛用于装饰、防护和各种功能,尤其防大气腐蚀约占整个金属腐蚀与防护经费的2/3以上。显然,要涂覆的基体结构设计及其表面状态必须符合相应涂装的技术要求,所要选用的涂料除了既能涂覆满足性能要求的涂膜之外,还要适应涂覆的基体,要适应所要采用的涂覆方法。只有这样,涂料涂装才能真正达到预期的装饰、防护和多种功能的目的。
水性漆配方的搭配关键问题
水性木器漆配方成功的关键(快干性)
快干是最常听到的客户对水性涂料的要求。由于其分子结构的独特性,即分
子间极强的氢键作用,特性与绝大部分有机溶剂有着明显的区别。
在水性涂料领域,这个特性集中体现在,由于水的蒸发热高,水的蒸发速度
要比常见的涂料溶剂慢十几倍甚至几十倍。而且,由于空气中水蒸汽的含量显著,
并随季节变化大,水的蒸发速度随之发生变化。最严重时,如果空气相对湿度达
到 100%时,水的蒸发会停止,而非水溶剂则不受此因素影响。
虽然,水性涂料面临以上所述技术挑战,但由于其环保特性,必然会成为涂
料领域重要的一员。随着过去十几年水性涂料工作者的不懈努力,水性涂料技术
日趋成熟。
以下就影响水性涂料干燥速度的主要因素,及配方时可采取的相应措施进行
讨论。
1.树脂的选择:
像所有涂料一样,水性涂料的性能在很大程度上是由配方中选用的树脂决定
的。绝大多数水性成膜树脂为乳液体系,该体系的成膜机理与溶剂型涂料不同。
溶剂型树脂与溶剂形成单相体系,随着溶剂的蒸发,体系粘度增大,直至成为固
体,从体系的机械性能来讲,是一个连续的过程。
而水性乳液则是一个双相体系,随着水的蒸发,体系粘度起始时变化不大,
但当乳液颗粒的体积占总系统体积达到一临界值时,系统突然从液态变为固态,
是一个不连续的过程,这一临界点是水性涂料表干的开始,因此水性涂料的表干
时间要比某些溶剂型涂料还要短。从表干到漆膜性能的全部体现,取决于系统中
残留水分的蒸发速度,乳液颗粒中高分子的相互渗透,及体系中其它有机小分子
的挥发速度。
为了实现系统的优化,制作水性漆配方时,应从以下几个方面对树脂进行选
择:
a)固含量:通常,乳液的固含量越高,其距离表干临界值就越近,干燥速度
就越快。然而固含量过高,也会带来一系列的不利因素。表干过快会使涂刷间隔
缩短,带来施工上的不便。固含量偏高的乳液,由于树脂颗粒间距小,通常其流
变性能较差,对增稠剂也不敏感,使对涂料的喷涂或粉刷性能调节的困难增大。
b) 乳液颗粒大小:乳液的颗粒越小,同样固含量下,颗粒之间的间距就越
小,表干临界值就越低,干燥速度就越快。乳液颗粒小,还会带来成膜性好,光
泽度高等其他方面的优势。
c) 树脂玻璃化转变温度(Tg):一般而言,树脂的Tg 越高,最终成膜的性
能就越好。然而,对于干燥时间来讲,其趋势则基本相反。Tg 高的树脂,通常
需要在配方时加入较多的成膜助剂,以便高分子在乳液颗粒间的相互渗透,促进
成膜质量。而这些成膜助剂,需要足够的时间从体系中挥发,实际上会延长从表
干到全干的时间。所以,从这 Tg 这个因素来讲,干燥时间与成膜性能往往是相
悖的。
d) 乳液颗粒的相结构:取决于乳液的制备工艺,同样的单体组成可能会形
成不同的颗粒相结构。被广为人知的核壳结构就是其中的例子之一。虽然一个乳
液不可能所有的颗粒都做成核壳结构,但这个形象的比喻是人们对乳液的成膜性
能可以有一个通俗的了解。如果颗粒的壳 Tg 低,核 Tg 高,那么该体系成膜助剂
需求少,干燥较快,但由于成膜后连续相是低 Tg 的树脂,漆膜的的硬度则会受
到一定影响。相反,颗粒的壳 Tg 高,则成膜需一定量的助剂,则膜的干燥速度
会较前者慢,但干燥后的硬度会比前者高。
e) 表面活性剂的种类和用量:常见的乳液在制造工艺中均采用一定的表
面活性剂。表面活性剂对乳液颗粒有隔离和保护的作用,在颗粒相互融合的成膜
过程中,特别是在初始阶段,即表干时有很大影响。而且,这些独特的化学品,
在水和油相中均有一定的溶解度,溶在树脂中的部分其实会起到成膜助剂的作用。
不同的表面活性剂,由于其在树脂中的溶解度不同,其成膜剂的作用也会不同。
2. 树脂的固化机理:
水性树脂成膜固化一般有几个层次上的机理。首先,乳液颗粒的聚集和融合,
是所有乳液表干都必然经历的机理。然后,水和其他成膜助剂的挥发,使热塑性
树脂本身的基本性能得以充分体现,是固化的第二个阶段。最后,某些乳液在制
备时引
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