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低成膜溫度測定儀測試塗料成膜的幾種方法
點擊次數:547 更新時間:2023-02-23

塗料一般由三個組分組成,分別是成膜物、顏料和溶劑,有時需要加一些功能助劑來提高其特殊功能,如添加BETTERSOL 7442 來增加成膜的附著力。塗料會在基材表麵形成一層薄膜。這種膜除了具有一定的機械性能外,一些裝飾性能等特殊的功能也越來越多的受到人們的追求。例如:夜光、變色、保溫、特殊的觸感等。除粉末塗料外,一般常見的塗料初始狀態都是一種流動的液體,在塗布完成之後形成固化成膜。

塗料成膜的方式主要有下列幾種。

溶劑揮發和熱熔的成膜方式

一般聚合物隻在較高的分子量下才表現出較好的物理性質,但分子量高,通常玻璃化溫度也高。為了使它們可以塗布,必須用足夠的溶劑將體係的玻璃化溫度降低,使T—Tg的數值大到足夠使溶液可以流動和塗布。當溶液在室溫下接近0.1Pa·s左右的粘度時可以用於噴塗。在塗布以後溶劑揮發,於是形成固體薄膜,這便是一般熱塑性塗料的成膜形式。為了使漆膜平整光滑,需要選擇好溶劑。

如果溶劑揮發太快,濃度很快升高,表麵的塗料可因粘度過高失去流動性,結果漆膜不平整;另外,揮發太快,由於溶劑蒸發時失熱過多,表麵溫度有可能降至零點,會使水凝結在膜中,導致漆膜失去透明性而發白或使漆膜強度下降;溶劑不同會影響漆膜中聚合物分子的形態。在不良溶劑中的聚合物分子是卷曲成團的,而在良溶劑中的聚合物分子則是舒展鬆弛的。溶劑不同,最後形成的漆膜的微觀結構也有很大差異,前者分子之間較少纏繞而後者是緊密纏繞的,前者往往有高得多的強度。這種成膜方式可以用罐頭內壁氯乙烯漆來說明,將聚氯乙烯溶於丁酮和甲苯混合溶劑中,使所得聚氯乙烯溶液25℃時粘度達到0.1Pa·s左右。塗布以後溶劑逐漸揮發,Tg不斷上升。三天以後,Tg可達室溫左右,即T-Tg=0,這意味著自由體積已達,不能充分提供分子運動的孔穴,溶劑不易再從膜內逸出,但此時大約還有3-4%的溶劑束縛在膜內,這些溶劑必須在180℃加熱(亦即增加T-Tg數值)2min以上才能被除去。

為了使聚合物成膜,除了加溶劑降低體係的Tg外,也可用升高溫度的辦法來增加T-Tg(即增加自由體積),使聚合物達到可流動的程度,亦即加熱使聚合物熔融。流動的聚合物在基材表麵成膜後予以冷卻,便可得到固體漆膜,這也是熱塑性塗料成膜的另一種形式,即熱熔成膜,例如塗在牛奶紙瓶上的聚乙烯就是用這種方法成膜的。粉末塗料也是熱熔成膜的。聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯等熱塑性聚合物都可被粉碎成粉末,然後用靜電或熱的辦法將其附在基材表麵上,並被加熱至熔融溫度以上,熔融的聚合物粘流體流平後,冷卻即得固體漆膜。粉末塗料中主要是熱固性粉碎末塗料,它在加熱熔融成膜過程中還伴有交聯反應。

化學成膜方式。

成膜樹脂塗覆在基材表麵以後,在加溫或其它條件下,分子間發生反應而使分子量增加或發生交聯而成堅韌的薄膜。這種成膜方式屬於熱固性塗料,包括光敏塗料、粉末塗料、電泳漆等。如:1、幹性油和醇酸樹脂通過和氧氣的作用成膜;2、氨基樹酯與含羥基的醇酸樹脂;聚酯和丙烯酸樹脂通過醚交換反應成膜;3、環氧樹酯與多元胺交聯成膜;4、多異氰酸酯與含羥基低聚物間反應生成聚氨酯成膜;5、光敏塗料通過自由基聚合或陽離子聚合成膜等。在體係發生化學反應之前或同時,一般也包含一個溶劑的揮發過程。

 乳膠的成膜在討論乳膠成膜之前要明確區分一下乳膠與乳液之不同,乳膠是固體微粒分散在連續相水中,而乳液則是液體分散在水中。一般乳膠是通過乳液聚合劑製備的。乳膠的特點是其粘度和聚合物的分子量無關,因此當固含量高達50%以上時,即使分子量很高也有較低的粘度。乳膠在塗布以後,隨著水分的蒸發,膠粒互相靠近,最後可形成透明的、堅韌的、連續的薄膜,但是也有的乳膠幹燥後隻得到粉末而得不到堅韌的薄膜。乳膠是否能成膜和乳膠本身的性質特別是它的玻璃化溫度有關,也和幹燥的條件有關。由於乳膠在塗料和其它方麵用途極廣,而且大都需要乳膠成膜,因此了解乳膠成膜機理是非常重要的。乳膠成膜的過程比較複雜,目前的看法也不甚相同,這裏僅作簡單介紹。

乳膠在塗布以後,乳膠粒子仍可以以布朗運動形式自由運動,當水分蒸發時,它們運動逐漸受到限製,最終達到乳膠粒子相互靠近成緊密的堆積。由於乳膠粒子表麵的雙電層的保護,乳膠中的聚合物之間不能直接接觸,但此時乳膠粒子之間可形成曲率半徑很小的空隙,相當於很小的"毛細管",毛細管中為水所充滿。由水的表麵張力引起的毛細管力可對乳膠粒子施加很大的壓力,其壓力(P)的大小可由Laplace公式估計:

P=τ(1/r1+1/r2) 式中τ為表麵張力(或界麵張力),r1和r2分別為曲麵的主曲率半徑。

水分再進一步揮發,表麵壓力隨之不斷增加最終導致克服雙電層的阻力,使乳膠內的聚合物間直接接觸。聚合物間的接觸又形成了聚合物-水的界麵,界麵張力引起新的壓力,此種壓力大小也各曲率半徑有關,同樣可用Laplace公式計算。毛細管力加上聚合物和水的界麵張力互相補充,這個綜合的力可使聚合物粒子變形並導致膜的形成。壓力的大小和粒子的大小相關,粒子越小,壓力愈大。

 


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