[材料科学]漆膜的形成与性能

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1、§8漆膜的形成过程控制涂料施工后，要流动干燥成膜，然后逐渐形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。涂料施工中或施工后会产生许多种缺陷或不完整。避免这些缺陷需要在理论指导下加入相应的助剂。表面张力以及由表面张力引起的流动理论是理解这些缺陷形成原因的基础。1.1表面张力的概念物体本体内分子所受的力是对称的，而在表面上的分子受到的是拉入本体内的力，这就是表面张力。表面张力使这种受力的不平衡状态趋向平衡状态。表面张力也用表面自由能来表示，就是形成单位面积的新表面所需的最低能量。表面分子具有更高的自由能。表面张力的作用是降低表面自由能。体系达到平衡时，体系

2、的表面自由能达到最小，单位体积的液体表面积也变得最小，如使液滴变成球形。表面张力漆膜流平的推动力。①控制涂料的表面张力低，基材的高。低表面张力的能去主动覆盖高表面张力的。涂料覆盖基材，降低体系总表面自由能。②平滑的湿漆膜与粗糙的相比，与空气接触的表面积更小，流平能降低表面张力。涂料的表面张力越高，漆膜越易流平。表面张力推动湿涂层流动，一方面努力减少湿涂层的表面积（由粗糙变平滑），另一方面以低表面张力液体流动去覆盖高表面张力的表面。表面张力理论可用来理解涂层形成过程中出现的问题。涂装过程中湿涂层接触的物质包括基材表面、飞散物，以及空气。涂料

3、的表面张力低，基材的高，湿涂层自动地在基材表面流平。流平性太好的涂料通常容易发生“流挂”。涂料的表面张力高，基材的低，湿涂层不能在基材表面流平，这就造成“回缩”。涂层流平性不好，刷涂时会出现刷痕，喷涂时出现橘皮，滚涂时产生滚痕。飞散物落在湿涂层上，如果飞散物的表面张力比湿膜的低，涂料向它的周围流去，产生“缩孔”；比湿膜的高，引起邻近的低表面张力的湿涂层流过来去覆盖飞散物，产生“橘皮”。空气在湿涂层中形成气泡。在有孔隙底材上直接涂布涂料，孔隙内的空气自涂层内部上溢，因粘度作用气泡上升不到表面，留在涂层中就形成“鱼眼”；若气泡上升到表面，就会

4、在涂层上形成“针孔”。不同的官能团的表面张力也不同。全氟烷基（—CF3）有最低的表面张力，次之是甲基。亚甲基的表面张力比甲基的大，因此线性脂肪烃随链的延长，表面张力增大。表面张力依次增大的次序为：脂肪链、芳香环、酯、酮、醇、水。表面张力在涂料中的应用：液体分子中能将表面张力降至最小的链段趋向于在表面取向排列。聚二甲基硅氧烷的表面张力低。硅氧烷链很柔软，可容易地在主链上旋转而允许大量的甲基在表面上取向。降低表面张力的机制：水的表面张力最高，水中加少量表面活性剂能显著降低水的表面张力。表面活性剂的疏水部分表面张力低，在水与空气的界面取向，伸展

5、到空气中去了。在有机溶剂中加聚二甲基硅氧烷能降低表面张力，因为甲基在溶液表面取向。动态表面张力施工时的强烈搅动会造成各种不同表面张力的分子均匀混合。不同表面张力的分子就进行移动，以达到体系总的最小。如何快速达到扩散平衡？表面活性剂的碳氢链短或有支化碳氢短链。分子量中等，主链柔性好。满足以上条件才扩散达到平衡快，降低体系表面张力的效果较好。硅油和低分子量的聚丙烯酸辛酯就用于降低涂料成膜时的表面张力。漆膜的流平湿漆膜大多是粗糙的，需要流平。漆膜流平性不好，刷涂时会出现刷痕，喷涂时出现橘皮，滚涂时产生滚痕。因为喷涂重要，橘皮就重要。漆膜表面由漆

6、雾颗粒形成的隆起，像橘子皮，称为橘皮。高挥发性溶剂涂料喷涂中最易出现橘皮。涂料常用挥发快和挥发慢的混合溶剂。原因：①溶剂挥发性太低时漆膜的特征长时间保持低粘度，能充分流平，但粗糙底材表面凸处的漆膜就太薄。②溶剂的挥发性太高时漆膜的特征原理：表面张力随温度下降而提高，溶剂通常比树脂的表面张力低。溶剂挥发时，造成漆膜表面温度降低、浓度提高，这都提高漆膜的表面张力。漆雾滴外围易挥发，中心的粘度仍然低，漆雾滴中心的表面张力低，要去覆盖表面张力高的外围。靠表面张力推动，漆雾滴去覆盖底材表面，得到厚度均匀的漆膜。要注意的是，漆雾滴虽然去覆盖，漆膜却未

7、流平。溶剂挥发高时，没有充足的时间流平，漆膜随底材表面的凹凸而相应凹凸，即漆膜不平滑。用挥发快和挥发慢溶剂的组合，可以获得既有合理的平整度，又没有很薄处的漆膜。喷涂时，这种混合溶剂可以避免流挂，促进流平。漆膜的流平表面张力越大，基材表面的粗糙度越小，涂料粘度越低，湿漆膜越厚，就越容易流平。流平快的涂料容易发生流挂。流挂是湿漆膜受自身重力作用向下流，即湿漆膜的向下流淌。回缩涂料施工时的机械作用力能把表面张力高的涂料涂覆于表面张力较低的底材上。但涂料却不能润湿底材表面，湿漆膜就倾向于收缩成球状。溶剂挥发造成湿漆膜粘度增大，在被拉成球之前，粘度

8、已高到使流动基本停止，就形成厚度不均的漆膜。这种行为称为回缩。容易造成回缩的场合：（1）油和有机分子的表面张力通常很低，在有油污的钢材上涂漆会造成漆膜回缩。（2）大多塑料的表面张力通常很低，在