表面張力對(duì)乳膠漆及其漆膜性能的影響

1、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，乳膠漆的使用越來(lái)越多。乳膠漆具有施工簡(jiǎn)單、 色彩豐富、美觀高雅、維修方便、污染小、能耗低、價(jià)格相對(duì)便宜等優(yōu)點(diǎn)。但是乳膠漆無(wú)論 在開(kāi)罐效果還是在涂刷效果上都還存在不足之處，主要表面在浮色、發(fā)花、縮孔、厚邊、隨 著不良等。當(dāng)然，出現(xiàn)上述弊病的原因很多，但乳膠漆體系的表面張力是一重要影響因素。1液體在固體表面的展布表面張力是液體能否在固體表面上自發(fā)展布(潤(rùn)濕)的關(guān)鍵。在涂料的制造和涂裝中，潤(rùn)濕 或自發(fā)展布是非常必要的條件，如在顏料分散中，漆料對(duì)顏料表面的潤(rùn)濕；涂裝中涂料對(duì)底 材的潤(rùn)濕；濕膜表面的流平等都與表面張力相關(guān)。因此表面張力是影響涂料質(zhì)量的關(guān)鍵因素 之一

2、。設(shè)固體的表面能為E1，經(jīng)液體涂布后為E2,涂布前后的表面能差為，稱為展布系 數(shù)(S)，則：E1=ysE2=yL+ysL式中:ys固體的表面張力；ysL液體/固體間的表面張力；YL液體的表面張力。則 S = AE=E1- E2=ys -(yL +ysL)=( ys -ysL)- yL式中的(Ys -ysL)即固體臨界表面張力或潤(rùn)濕張力。當(dāng)S = 0，即液體表面張力等于固體表面的潤(rùn)濕張力時(shí)，固體表面的表面能在涂布液體的前 后沒(méi)有變化。所以當(dāng)液體借外力在固體表面涂布后將不再展布或回縮。當(dāng)S0，則(ys -ysL)0，貝0( ys -ysL) yL，即液體表面張力小于固體表面的潤(rùn)濕張力。此時(shí)液體涂布

3、在固體 表面后會(huì)使體系的表面能下降。所以液體即使無(wú)外力也能自發(fā)展布。2表面張力對(duì)乳膠漆性能的影響2.1表面張力對(duì)濕膜流平的影響當(dāng)乳膠漆施工于底材上，剛形成的濕膜是不平整的，有刷痕、接痕等。依靠乳膠漆的表面張 力使?jié)衲け砻媪髌?，因?yàn)槠秸谋砻嬗凶钚〉谋砻娣e，即最小的表面能。濕膜的流平過(guò)程就 是濕膜表面表面張力的均化過(guò)程。均化過(guò)程可受到濕膜厚度、溶劑揮發(fā)、表面張力差和黏度 的影響。表面張力差是流平的動(dòng)力，余者都是對(duì)流平的制約。含有表面活性物質(zhì)的涂料，在濕膜剛形成時(shí)，由于表面積突然成倍擴(kuò)大，所以表面張力高于 平衡態(tài)。如果達(dá)到平衡態(tài)所需時(shí)間，就會(huì)延長(zhǎng)流平時(shí)間，因?yàn)榱髌绞且谟凶銐蛄鲃?dòng)性前提 下才能達(dá)到

4、的。在溶劑揮發(fā)過(guò)程中，濕膜較厚處會(huì)有較高的溶劑含量，因而比較薄處容易產(chǎn) 生上下的對(duì)流，以均化其所含物質(zhì)。區(qū)間的上下對(duì)流，引起了表層區(qū)間的濃度差，即表面張 力差，從而引起了濕膜的表層流動(dòng)。如濕膜因溶劑的不斷揮發(fā)而失去了有效的流動(dòng)性時(shí)，而 表層尚未能使表面張力均化，即尚在繼續(xù)流動(dòng)中，那么這表層流動(dòng)和上下對(duì)流就被“凍結(jié)” 而成為表面缺陷。2.2表面張力對(duì)涂膜附著力的影響涂膜對(duì)底材的附著力主要的、普遍存在的是范德華力?？擅黠@察覺(jué)的范德力是在極小的間距 內(nèi)(0，即ys ( yL +ysL)YS是已定的，所以要充分和快速地潤(rùn)濕就要降低漆料的表面張力和顏料漆料的表面張力。3表面張力引起的涂膜弊病及處理濕膜從

5、涂布到失去有效的流動(dòng)性為止，進(jìn)行著展布和流平。展布和流平是由表面張力所引起 的表層流動(dòng)，這種表層流動(dòng)不利于完整的流平而形成了涂膜弊病。3.1縮孔當(dāng)?shù)撞谋砻嬗捎诮M成的不均而導(dǎo)致潤(rùn)濕張力不均時(shí)，在漆料涂布后，有些區(qū)域或點(diǎn)上的濕膜 展布系數(shù)小于零，則濕膜將從這些區(qū)域或點(diǎn)向四周回縮，以降低總表面能，從而形成縮孔。 縮孔出現(xiàn)的早晚是由于濕膜的表面張力隨著溶劑的揮發(fā)而逐漸增高的緣故。展布系數(shù)小于零 就開(kāi)始回縮。為防止縮孔，需要提高乳膠漆的抗縮孔性，也就是說(shuō)降低成膜物的表面張力。其主要途徑有：（1）選用表面張力低的溶劑。由于乳膠漆的主要溶劑是水，表面張力很大（72mN/m）,遠(yuǎn) 大于底材的潤(rùn)濕張力。用水/有

6、機(jī)共溶劑的混合物，表面張力可降到一般有機(jī)溶劑的水平。（2）降低成膜聚合物的表面張力。聚合物的極性越大則表面張力越大，可通過(guò)降低聚合物 的極性來(lái)降低其表面張力。例如在高極性的聚酯中，常在分子結(jié)構(gòu)中引入飽和碳?xì)滏湺蔚?。?）使用表面活性劑。使用表面活性劑來(lái)降低乳膠漆的表面張力雖然很有效，但總會(huì)帶來(lái) 一些幅作用。因此，降低表面張力要多種措施共用。選用表面活性劑需要考慮其動(dòng)態(tài)表面張 力，動(dòng)態(tài)表面張力滯后過(guò)大，即動(dòng)態(tài)和靜態(tài)差值過(guò)大，則有可能產(chǎn)生更多的漆膜弊病。為防止縮孔，也可以通過(guò)對(duì)底材表面處理來(lái)降低潤(rùn)濕張力。3.2桔皮由于底材的幾何形狀和氣流的影響，導(dǎo)致區(qū)間的溶劑揮發(fā)速度有所不同，從而引起了濕膜中 局

7、部組成和溫度的差異，導(dǎo)致了表層流動(dòng)，但濕膜已失去了有效的流動(dòng)性，涂膜上就留下了 表層流動(dòng)的痕跡，這就是桔皮?？梢酝ㄟ^(guò)延長(zhǎng)濕膜的有效流動(dòng)時(shí)間減輕桔皮，以給予足夠的流平性，所以可加入揮發(fā)速度較 慢的溶劑，也可加入表面張力低的、動(dòng)態(tài)表面張力滯后短的流平助劑。3.3浮色濕膜的溶劑揮發(fā)發(fā)生于表面，密度大于本體，本體的上升和表層的下沉，形成對(duì)流。對(duì)流處 于呼自小區(qū)之內(nèi)，形成一個(gè)個(gè)小旋渦，當(dāng)色漆中含有不同顏料時(shí)，粒徑較小密度較輕的就容 易隨著旋渦流動(dòng)，由于顏色的不同而形成明顯的花紋，當(dāng)不同顏料的分離是水平向的，就是 浮色；當(dāng)不同顏料的分離是垂直向的，就是發(fā)花或近仿六角形的，稱為貝納德旋渦”；如涂 膜在垂直面

8、上時(shí)有時(shí)間回則表現(xiàn)為條紋。降低或消除浮色和發(fā)花就是降低濕膜上下對(duì)流的速度，降低顏料分離效果，使用揮發(fā)速度較 慢的溶劑或可控絮凝分散助劑，也可降低濕膜表層區(qū)間的表面張力差，即添加諸如硅油流平 助劑。也可設(shè)計(jì)乳膠漆的PVC來(lái)降低顏料顆粒的移動(dòng)性。3.4厚邊被涂物的邊角處與其鄰近處相比，表面積與體積之比較大，所以該處的濕膜，溶劑揮發(fā)也較 快，成膜物的濃度也較高。從而引起表層流動(dòng)，使鄰近的漆料流入邊角，增厚了邊角上涂膜 的厚度，形成了厚邊缺陷。防止厚邊可增大被涂物邊角的弧度，可提高乳膠漆的黏度，也可使乳膠漆的表面張力接近底 材的潤(rùn)濕張力，減弱表層流動(dòng)效應(yīng)。3.5縮邊露角 在被涂物的邊角上濕膜面積與平面

9、相比要大，為了降低體系的總表面能，濕膜就被迫從邊角 上縮回，形成縮邊露角?？赏ㄟ^(guò)縮短濕膜有效流動(dòng)時(shí)間來(lái)消除縮邊露角。3.6對(duì)底材附著不良涂膜對(duì)底材的附著力，從表面張力角度看來(lái)自濕膜對(duì)底材的潤(rùn)濕。當(dāng)濕膜的表面張力接近底 材的潤(rùn)濕張力時(shí)，則附著不良。要增進(jìn)對(duì)底材的附著力，就要降低乳膠漆的表面張力的提高 底材的潤(rùn)濕張力，有一個(gè)較大的展布系數(shù)。3.7氣泡痕乳膠漆在施工中常會(huì)帶入空氣到濕膜中，如氣泡在濕膜失去流動(dòng)性后破裂，其裂痕就殘留在 干膜上形成氣泡痕。含有較多表面活性劑的乳膠漆容易產(chǎn)生氣泡，可用消泡劑來(lái)消除氣泡。也可考慮降低消泡劑 的濃度來(lái)降低氣泡壁的表面黏度，從而消除氣泡。3.8針孔針孔就是濕涂膜表面上如毛孔狀的缺陷，是由于濕膜中空氣逸出時(shí)造成的，原因可有是濕膜 表層黏度和氣泡壁的界面張力過(guò)大。一般可用釋氣劑使空氣及早逸出濕膜。3.9幕式淋涂中的“破幕”在幕式淋涂中，如乳膠漆內(nèi)含有表面張力低的雜質(zhì)，在落下的“幕”上就