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涂层起泡的原因及控制
发布时间:2014-09-26 21:16:30 点击浏览:

   随着涂料工业的快速发展,涂料的品种、档次不断升级,高级涂料特别是汽车漆、UV漆、卷材涂料等迅猛发展,人们对涂料的保护性、装饰性都提出了更高的要求。因此,涂料的表面状态便非常引人关注。气泡的存在,严重影响了涂膜的外观效果,往往会造成涂膜缩孔、针孔、疵点、鱼眼等弊端。所以涂层起泡问题,已经不仅仅影响到涂膜的保护效果,而且也大大的影响了涂膜的装饰效果。涂料起泡现象一直贯穿于涂料生产、贮存、施工以及使用的全过程,涉及的问题较多,本文就涂料施工及使用中的起泡问题作一分析,提供几点控制方法,以解决涂层起泡的问题。

 

一.气泡的特征及分类
   

     气泡是涂层表面出现的细小的肉眼可见至数毫米直径的泡,它是不溶性气体在外力作用下进入液体之中,并被液体互相隔离的一个非均相体系。涂料中的气泡是气体在涂料液体中的分散形式,它是一种典型的热力学不稳定两相体系:气泡的存在增加了涂料体系的表面积,即增加了体系的能量;当气泡破灭后,体系的总表面积大大减少,于是能量也相应降低。所以,存在气泡的涂料体系始终处于热力学的不稳定状态中。
    在涂料生产过程中,气泡作为干扰因素出现,使得涂料产品在应用时产生表面缺陷,既有损外观,也会影响涂膜的防腐性和耐候性。起泡通常是涂膜附着力不足的体现,对于防腐涂料而言,它往往也是其防腐能力不足的最先外观表征。
    气泡有大小,泡内可以含液体、蒸气、其他气体或结晶物。泡的尺寸多依赖于涂料对基材表面的附着力、泡内液体或气体压力以及为了跟涂料基材的附着力保持平衡而将涂膜拉伸反向顶起的程度。按其形态,气泡可分为泡和泡沫两种。泡是指单个的球形的微小空气分散在高粘介质中的小泡,UV和溶剂型涂料产生的气泡多为此类。泡沫则是出现在易起泡的介质分散时,由于空气的填充密度大,往往会产生大量的气泡,因为空气和液体的密度相差很大,气泡会很快地上升到液面,形成以少量液体构成的依靠液膜隔开的气泡密集体。水性UV和其他水性漆气泡多为此类。
 

二.气泡产生的原因
   

       起泡通常是伴随涂层老化过程发生的,从此意义上说,起泡可分为膨胀起泡和腐蚀起泡两种。UV涂料和溶剂型涂料在涂布成膜后,都残留有一定的溶剂或小分子游离物,这些溶剂和小分子材料有的甚至可以存在数十年。另外,涂膜可以认为是一种半透膜,水,水汽等小分子可以渗透过,而对一些溶质则不易透过,因此会产生渗透压。
      起泡是因为涂层局部失去附着力,受泡内气体或液体的压力离开底材或下涂层鼓起,使涂膜呈现似圆形的凸起变形。这种变形在涂膜干燥过程中可以消失,也可以永久存在。所以起泡必须具备的两个条件:其一为涂层具有透水透气性,所有的涂膜都不例外,只不过随涂料品种不同,透水速度有差别而已。其次是涂层与底材之间存在附着缺陷,如润湿不良、漏涂、尘土、油污、可溶性物质等。
     当在高湿环境或与水接触时,水或水蒸汽透过涂膜凝结在这些地方,当温度升高时,它们膨胀产生应力,促使附近的涂层附着破坏,从而导致泡的产生、扩大。大多认为涂膜气泡通常有以下几方面的原因。
 2.1 基材表面处理不当
     基材表面氧化物、可溶性盐等物质是涂层起泡的诱发点。由于基材表面沾染蜡质、油污、尘土、可溶性盐等物质,或基材表面有潮气、水珠或发挥性液体存在,或表面处理时,工件凹处有杂质,锈质潮气等,造成涂膜干燥后,这些地方的涂层与基材表面附着不牢,潮气积聚于低附着区域,使得这些区域中积聚液相或气相。当温度变化时,其受热膨胀产生的蒸气压是气泡生成的主要原因。此时,涂膜愈厚,起泡的倾向愈大。当涂层很薄,又处于潮湿环境中,将会发生渗透,此时渗透压是气泡生成的主要原因了。当处于湿热环境中,蒸气压,渗透压双重作用更会加剧气泡的产生。未除净的锈蚀、氧化皮等与涂料中某些物质或从涂膜微观通道内渗入的水、气体、腐蚀介质发生反应,生成气体,加上环境温度、湿度的影响,也会造成涂层起泡。这种现象多出于一些疏松类的底材领域,由于底材中的水分或工件潮湿时涂漆,在受热情况下,也可导致气泡;前一层涂料涂好,在未完全干燥完毕时遇到高湿度环境,存在潮气或水珠面漆也会产生气泡。
      基材空隙中残留的盐类或氧化物、腐蚀性气体等穿过涂层而被吸收,将涂层推离表面也会引起起泡或腐蚀性气体渗透进涂膜与表面发生反应,同样也会引起渗透压起泡。
2.2溶解于涂料内的气体随温度升高而释放
      经涂装形成的湿膜中,尚有约10的挥发溶剂,其它约90的溶剂已经在涂装过程中挥发到大气中,另外一些涂料中溶剂不适当的挥发也会造成溶剂残留。溶剂的保留能力除与溶剂的挥发速度和外部条件有关外,还与它们与溶质的相互作用及颜填料的吸附性等有关。涂料中残留的溶剂就像增塑剂一样,会使涂膜变软。由于溶剂对水有一定的敏感性,残留溶剂能增加涂膜对水的吸收和涂料中潮气的转移。如果涂料本身粘结不牢,则其耐水性的下降,会引起附着力丧失,涂层起泡。
      随着涂层表面温度的变化,残留溶剂本身也会产生足够的蒸汽压,使涂层起泡。最严重的是潮气渗透进涂膜中,结合残留溶剂,引起涂层起泡。仅仅是由溶剂蒸发引发的气泡,常常是涂料施工后不久便会出现的。
      这种现象多出现于烘干性涂料或喷涂UV涂料的喷涂后,湿膜闪蒸时间过短及烘干升温过程中,初期温升过快或因喷涂湿膜过厚,且湿膜表干过快,造成底层溶剂挥发不畅;涂料在配漆时产生的气泡未消失,气泡溢出时涂膜已经失去流动性,此时也会出现起泡现象。特别是涂料,溶剂中含有微量水时,更容易产生此类弊病。另外底漆未完全干透时,立即进行面漆涂装或进行真空电镀,也会封闭底漆中的溶剂,造成溶剂残留。
2.3多孔性底材残留的气体
      溶剂也会引起涂膜在多孔基材,如木材、水泥、纸张等上起泡。通常有机涂料在无机底材上,且表面温度较高时易出现。此时起泡的生成速度极快,易破裂而露出底材。这类泡可通过施涂渗透型底漆而消除。渗透型底漆通常粘度低,成膜薄,能迅速干燥,并有足够时间渗透、避开高温时施工也可避免此类气泡。
     多孔性基材表面涂装时,若是流平时间短而进行快速固化,表面成膜而阻止空气透过或溶剂不适当释放,日光暴晒会加剧气泡产生。
2.4颜料或填料表面吸附气体或液体
      涂料中可溶性颜填料是许多泡弊病产生的原因。可溶性颜料吸收透过涂层的潮气,变成溶液。由于渗透作用,水将通过涂层被拉到浓液处。另外如可溶性盐沾染了基材或涂层之间的任一表面,同样的现象也会发生。涂料中含有可溶性物质,则起泡不可避免。
2.5其他
      气泡还通常发生在阴极保护区域和用来彼此互补的涂料。这是因为在阴极保护区域的涂层下金属基材表面有氢气产生,当氢气量达到一定体积,就有足够的压力顶起涂膜。
      在涂布预涂底漆后,使用高性能涂料罩面时,也常常出现起泡现象,这是因为底漆附着力不够。在很多情况下,高性能涂料的溶剂也会引起底漆与基材表面的脱离。
     腐蚀介质渗透到底材并与之发生发应,直接产生气泡,如有机酸、无机酸与钢材等反应产生氢气等。

 

三.涂层起泡的控制
   

       从以上的原因分析可见,涂层起泡的原因通常有两类:一是由于涂料生产过程中控制不严格,比如溶剂或树脂含水,颜填料受潮等;二是由于涂料施工管理松散。所以控制涂层起泡一方面要控制涂料生产过程,另一方面要控制涂料的施工过程。
3.1加强生产管理
     涂料生产时,严格控制所用单体、树脂、颜填料及溶剂等材料的含水量;在底漆配方中,尽量使用可溶性的颜填料;使用溶剂要兼顾其挥发平衡,避免溶剂过多残留;在高湿环境中,使用渗透低的基料。
3.2加强施工管理
     施工时要避免高温、潮湿等不良气候环境,被涂装表面温度应保持在露点温度3℃以上,相对湿度不高于85;施工前因涂层遇雨或凝露、结霜等,要使其干燥后,方可涂刷下一道涂料;施工前应将涂料稀释后静置一段时间后再涂装,特别是双组份涂料应有一定的熟化期,从而避免混合不均匀和反应产生热,引发起泡;控制涂层厚度,降低其透水性,控制表面打磨程度,粗糙度太大易产生漏涂、空穴等,必然引起气泡;底材经预处理后,表面一定要保持干净,不得留下电解质、粉尘、油脂等影响涂料附着力的杂质;制品使用和保存时,尽量避免高温、高湿环境,减少直接与水接触的机会;涂装多孔基材时,应先涂布渗透性好的封闭底漆或腻子,尽量驱除孔内残留空气,溶剂等残留物。
     综上所述,涂层的起泡原因比较复杂,我们应尽量避免在生产和使用中气泡的产生,从而得到一个完美的涂层,取得装饰和防护俱佳的效果。







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