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基于涂料樹(shù)脂表面張力分析漆膜縮孔產(chǎn)生原因——樹(shù)脂表面張力

2023-09-11

　　對(duì)于溶劑型涂料而言，溶劑通常能夠溶解成膜物質(zhì)，因而在體系中存在著成膜物質(zhì)溶液。而成膜物往往由多種高分子樹(shù)脂組成，而且每一種高分子樹(shù)脂，其分子量大小、端基種類、支化形式、鍵接結(jié)構(gòu)等也各不相同，這種溶液本身就具有多分散的性質(zhì)。顏料在溶劑中溶解度極小，通常呈懸浮狀態(tài)，因而顏料在溶劑中所形成的則是一種多分散性的膠體和粗分散系相混合而成的復(fù)雜體系。對(duì)于涂料這樣一種復(fù)雜的多分散而言，在涂料施工工程中會(huì)出現(xiàn)很多界面現(xiàn)象，因而詳細(xì)討論和研究因而討論和研究涂料樹(shù)脂界面性能對(duì)理解涂料體系的特性，解決涂料涂裝過(guò)程中的漆膜缺陷問(wèn)題具有重要的指導(dǎo)作用。因此，本文討論了涂料樹(shù)脂間的界面張力產(chǎn)生及影響因素，重點(diǎn)分析了涂料界面張力對(duì)漆膜缺陷-縮孔產(chǎn)生的原因及相應(yīng)對(duì)策。

　　1.1樹(shù)脂的表面張力

　　涂料樹(shù)脂屬于低表面張力的物體。大多數(shù)樹(shù)脂的表面張力小于50 mN/m。在實(shí)際應(yīng)用中，需要研究樹(shù)脂與空氣、水蒸氣等氣體，與各種有機(jī)溶劑液體，與其他樹(shù)脂、顏料等固體材料間的界面現(xiàn)象和相互作用，其內(nèi)容相當(dāng)多，而目復(fù)雜。

　　由于高分子沒(méi)有氣態(tài)，即樹(shù)脂氣相的蒸氣壓為零。因此，與液態(tài)樹(shù)脂共存的只有氣相。固體樹(shù)脂表面張力的測(cè)定有很大的困難，因此，固體的表面張力一般是通過(guò)間接方法進(jìn)行測(cè)定的，對(duì)于涂層而可以先測(cè)定樹(shù)脂熔體的表面張力，再根據(jù)表面張力與溫度的關(guān)系進(jìn)行外推。表1列出了一些樹(shù)脂從液態(tài)外推至固體時(shí)的表面張力值。

　　在黏流狀態(tài)下，樹(shù)脂的表面張力與溫度的關(guān)系是呈線性變化的。隨著溫度的改變，高分子鏈構(gòu)象變化受到長(zhǎng)鏈分子纏結(jié)的影響，變化較小，所以其表面張力的溫度梯度也小。同系物的表面張力往往隨分子量的增加而增加，但是，當(dāng)分子量達(dá)到一定數(shù)值后，表面張力不再變化。當(dāng)發(fā)生力學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，樹(shù)脂表面張力也將明顯改變。

　　1.2 樹(shù)脂熔體間的表面張力

　　當(dāng)形成兩相的兩種樹(shù)脂極性完全相同時(shí)，樹(shù)脂間的表面張力將變小，如聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸正丁酯；隨著兩相間極性的差異增大，樹(shù)脂間的表面張力將變大，如聚乙烯和聚醋酸乙烯酯極性相差較大。界面張力的大小主要取決于兩相極性之差。極性差別越大，界面張力也越大。

　　兩種樹(shù)脂熔體的界面張力隨溫度的增加而降低，其幅度很小一般僅為0.01 mN/(m·k)。樹(shù)脂熔體間的界面張力一般可從幾到十幾毫牛/米，且隨分子量的增加而增大。如果兩種樹(shù)脂間完全相容，則其界面張力為零。一般說(shuō)來(lái)，樹(shù)脂間要完全相容，其分子量是不能太大的。樹(shù)脂的分子量一般都較人，對(duì)于結(jié)構(gòu)上差異較大的樹(shù)脂間，要實(shí)現(xiàn)完全相容是不大可能的。但如果采用接枝或嵌段聚合物作為添加劑，其中分別含有與兩種樹(shù)脂結(jié)構(gòu)相似的鏈段。則可以大大降低它們之間的界面張力。

　　1.3 樹(shù)脂溶液表面張力

　　樹(shù)脂溶液的表面張力與其他溶液的表面張力一樣，與組成有關(guān)。當(dāng)樹(shù)脂的表面張力比溶劑的表面張力低時(shí)，溶液表面將富集樹(shù)脂；反之，則富集溶劑分子。

　　樹(shù)脂溶液在一定的條件下會(huì)產(chǎn)生相分離。分離的兩相間也存在著界面張力。如果臨界相分離的溫度為了T*，T>T*時(shí)，因?yàn)橄喾蛛x尚未發(fā)生。因而不存在分離相，界面張力也為零。隨著溫度的降低，相分離逐漸明顯，界面張力也隨之增加，并有近似的線性關(guān)系，同時(shí)，分子量越大，界面張力越小。通常分層的樹(shù)脂溶液間的界面張力比樹(shù)脂熔體間的界面張力小得多，僅為10-2mN/m數(shù)量級(jí)。可見(jiàn)，溫度越高。界面張力越低。當(dāng)溫度達(dá)到相轉(zhuǎn)變溫度T*后，兩相融合，界面張力消失。但也有些體系是隨著溫度的升高而產(chǎn)生相分離，此時(shí)，溫度的影響恰好相反。

　　1.4 樹(shù)脂固溶體表面張力

　　合成樹(shù)脂具有多分散性，因此在樹(shù)脂本體中，由于各處結(jié)構(gòu)上的差別、分子量的差別及密度上的差別，將導(dǎo)致各處表面張力也不同。低表面張力的部分將隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸遷移至表面，使表面張力繼續(xù)降低。一般非結(jié)晶相部分，分子量低的組分，含有烴基或氟烴基、有機(jī)硅等基團(tuán)部分的表面張力較低，因而在材料的表面往往會(huì)聚集被蓋一層低分子量的、以烴基為主的無(wú)定形層，使高分子材料表面密度總是低于體相晶態(tài)的密度，極性也往往較低。隨著時(shí)間的推移，這些低表面張力組分還將陸續(xù)向表面遷移，導(dǎo)致材料的表面張力還會(huì)有所下降。

　　對(duì)于高分子共聚物、共混物等這類含有若干種結(jié)構(gòu)單元的體系，可以把它看成是高分子的固體溶液。和小分子溶液一樣，在這些體系中，低表面張力組分總是優(yōu)先吸附于表面，以降低體系的表面自由能。對(duì)于嵌段或接枝共聚物，其低能組分表現(xiàn)出明顯的表面活性，這是由于處于嵌段或接枝部分的低能組分有足夠的長(zhǎng)度，它們可以獨(dú)立于分子的其他部分積聚到表面上，并形成定向結(jié)構(gòu)。從而使體系的表面張力降低。

　　而當(dāng)樹(shù)脂共混時(shí)，無(wú)論是相容或不相容，都顯示出顯著的表面活性，只是不相容的混合物比相容體系的混合物的表面活性更為顯著。不相容混合物由于其多相結(jié)構(gòu)。使其表面活性變得更為復(fù)雜。表面活性隨分子量的增加而增加，顯然這是不相容性增加的緣故。

　　在涂料中往往還有很多添加劑。低能添加劑可以大大降低涂層的表面張力，例如，氟碳表面活性劑、含硅表面活性劑等消泡劑、流平劑的加人都會(huì)使涂層的表面張力大大降低。添加劑遷移至表面的速度是由擴(kuò)散控制的。

　　了解了這些結(jié)果對(duì)于研究多分散體系的穩(wěn)定性是有用的。例如，在涂料配方中，顏料、基料和溶劑是三個(gè)基本組分，三者間的相互作用能力應(yīng)相近，相容性匹配良好，方能保證顏料在基料溶液中的分散性。如果表面張力匹配不好，相互作用又較弱，則低表面張力的組分將向表面遷移而造成起霧或發(fā)汗，或者顏料絮凝而沉底等不良現(xiàn)象。