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涂料 | 涂料体系中的界面原理(五)浮色现象的形成及解决方法

高分子学习研究


作者:guicheng

浮色是指含两种以上颜料的色漆,经施涂后多种颜料中的一种或几种以较高的比例被分离出来,并飘浮到涂膜表面,这种现象,称为浮色。

它与发花相似,但又有所不同。发花是颜料在水平方向发生分离,导致涂膜颜色不匀。而浮色是颜料在垂直方向上发生变化。浮色现象分为两种,静态浮色和动态浮色。



静态浮色是指在储存过程中,一种或多种颜料浮至表面的现象。动态浮色是指在涂膜干燥过程中,颜料粒子浮至表面的现象。


判断浮色发花的方法是指研法,即用手指揉磨具有一定流动性的涂层,待涂层失去流动性后观察未揉搓和揉搓后涂层的色相。如果两处的色相存在差异,说明涂膜在干燥过程中发生浮色现象。


在静止状态下,涂料发生浮色现象主要与不同材料的HLB值的相匹配性有关。在涂料体系中,亲油物质的表面张力比较小,在储存过程中倾向于向涂料的表面移动。从热力学角度分析,这有利于降低体系的能量,使体系变得稳定。但会导致体系内颜料在垂直方向分布不均匀,发生浮色现象。


解决静态条件下涂料浮色现象的方法是选择合适的分散剂,使不同颜料的HLB相匹配。如果涂料浮白色,说明白色颜料比较亲油,因此需要提高白色浆的亲水性。如果涂料浮的是色浆的颜色,说明白色浆比较亲水,需要将白色浆做的偏油一些,来阻止涂料浮色现象。提高涂料的黏度可以有限减慢浮色现象发生的动力学过程,使体系变得相对稳定。


静止状态下,涂料体系内不同颜料的表面张力的不一致也会导致浮色现象的发生。在涂料体系中,表面张力比较小的颜料倾向于向涂层的表面移动。如果色浆之间的表面张力差比较大,选择合适的润湿分散剂可以解决或减慢浮色现象的发生。另外颜料的沉降速率与其粒径的平方成正比,体系内大粒径的颜料粒子更容易发生沉降。这种现象在涂膜干燥过程中也会有较明显的体现。


如果选择的分散剂不恰当,颜料粒子间容易发生絮凝,直接结果会导致粒子的运动能力减弱,尺寸增大,体系发生浮色现象。这时需要提高分散剂和树脂的用量,使颜料表面形成足够完善的吸附层,减轻颜料絮凝现象,减弱浮色现象。加入增稠剂会提高体系的黏度,减弱涂料体系的浮色现象。


但是,如果颜料与增稠剂或分散剂的相互作用过强,这会导致颜料粒子间形成桥架絮凝,导致体系发生浮色现象。同样,如果增稠剂与表面活性剂的相互作用过强,这会导致表面活性剂在填料表面发生脱吸附,造成颜料粒子聚集和絮凝,最终导致浮色现象的发生。因此,在制备涂料时需要尽可能提高体系内颜料尺寸的均一性。但是如果很难实现颜料尺寸的均一性,应向体系内加入分散助剂和增稠剂,这需要大量的验证性实验。


涂膜发花属颜料动态分离现象之一,在涂膜干燥过程中,某些颜料浮升至表面,漆膜表面颜色虽均匀一致,但与刚施涂时的湿膜颜色却有明显的差异。这是因为,湿膜的溶剂挥发是发生于表面,因而密度就大于本体。


这促使本体的上升和表层的下沉,形成对流。上升的含有较多的溶剂,故上升处表面张力较低而向四周表面张力较高处流动。又因湿膜厚度是不均一的,在溶剂挥发中,较厚处的溶剂含量总是大于较薄处,所以这种对流是各自处于小区之内,形成一个个小漩涡,当色漆中含有不同的颜料,那么粒度较小的,密度较轻的就比粒度(或聚集粒度)较大的,密度较重的容易随着漩涡流动,犹如水流分级作用而造成分离,由于颜色的不同而形成明显的花纹,当不同颜料的分离是水平向的,这就是浮色,即表层的颜色和其下层的颜色是不一致的。如果分离是垂直向的,这就是发花或近似六角形的,称为“贝纳德漩涡”的花纹


在垂直面上的发花有时会表现为条纹。降低或消除浮色和发花就是降低湿膜上下对流的速度,降低颜料分离效果,即使用挥发速度较慢的溶剂;也可以使用可控絮凝分散助剂,将不同颜料以一定程度絮凝起来而不再分离,也可以降低湿膜表层区间的表面张力差,即添加诸如硅油等的流平助剂。


这些流平助剂覆盖在湿膜上,抑制了溶剂的挥发速度,即降低了上下对流速度和表层区间表面张力差,并且“稳住”了表面积,抑制了表层流动。降低或消除浮色,发花也可以降低不同颜料的分离,例如降低颜料颗粒的移动性。颜料颗粒的移动性受涂料的PVC影响很大,往往超过某一PVC时,浮色、发花就消失。


根据以上分析,在开发涂料时,应该使溶剂和树脂的表面张力接近,并且溶剂对树脂的溶解能力足够大。在选用几种不同的树脂时,应保证树脂间的相容性。尽可能通过初期的研磨来提高体系内颜料尺寸的均一性。增加体系的黏度,减慢颜料粒子的运动能力。选择合适的分散剂。



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