涂料性能与检测49509

五、涂料性能与检测,涂料在储存过程中，必须在相当长的时间内保持稳定，也就是说涂料中的组分彼此间不能发生化学反应。涂料一旦施工于物件表面之后，当然必须会硬干，但是某些涂料施工后在一定条件下并不干燥，这就说明涂料的干燥过程并不单靠涂料中液体的挥发，而是按照一定的干燥机理进行的。干燥机理有三类：两种化学机理，一种是物理机理。,（一）涂料的固化机理,1、物理机理干燥只靠涂料中液体（溶剂或分散相）的蒸发而得到干硬涂膜的干燥过程称为物理机理干燥。在物理机理干燥的涂料中，聚合物在制成涂料时已有足够大的分子量。当它失去溶剂之后就相当硬而不粘了。在干燥过程中，聚合物不发生反应。如果该聚合物在涂料中是溶解在溶剂中的，那么在成膜以后还会被这些溶剂所溶解。如果聚合物在涂料中是以乳液或胶态分散液形态存在的，成膜后就不会溶解在原来的分散介质液体中，但会被其它溶剂所溶解，因为它是线性聚合物。,2、化学机理干燥用交联了的聚合物作涂料的成膜物质无疑会有很多优点，但交联了的聚合物是不能溶解在溶剂中的，所以不能用交联了的聚合物制涂料。为了得到交联化了的涂膜，将线型的或轻度支链化的聚合物，甚至用简单的低分子化合物配制成涂料，待涂料施工后再使它发生交联反应，成为交联化的聚合物。,交联反应大致有下述两类,（1）涂料与空气发生反应的交联固化空气中的氧气和水蒸气是具有化学反应性的。氧气是能与干性植物油和其它不饱和化合物反应而产生游离基并引起聚合反应的。水能与异氰酸酯发生缩聚反应。,R-NCO+H2OR-NHCOOHR-NH2+CO2R-NCO+RNH2R-NHCONH-R,通过这两种反应都能得到交联的涂膜。在这两种情况下，空气都被利用来作为一种反应性组分。因此，涂料在储存期间，涂料罐的盖子必须紧紧盖住而使涂料与空气隔绝，如果不是这样，涂料表面就会形成一层漆皮。漆皮有时也会将下面的涂料封住，隔绝了它们与空气进一步的反应。但漆皮往往还是透气的，这样交联反应就会扩展到整罐涂料，使它互相交联。易于形成冻胶。,（2）涂料组分之间发生反应的交联固化：涂料在储存期间必须保持稳定！采取两种方式：可以用双组分包装涂料法：聚氨酯双组分涂料靠异氰酸基与羟基的化学反应，交联固化形成聚氨酯漆膜。,选用在常温下互不发生反应，只是在高温下或受到辐射时才发生反应的组分。比如，紫外光固化涂料是一种单组分、无溶剂的涂料，涂覆时接受紫外光的照射，液体涂料将会在零点几秒到几十秒的时间内固化成膜。,涂料的颜料体积浓度是表征涂料最重要、最基本的参数早期涂料工业普遍采用颜基比描述涂料配方中的颜料含量。由于涂料中所使用的各种颜料、填料和基料的密度相差甚远，颜料体积浓度更能科学反映涂料的性能，在科学研究和实际生产中成为制定和描述涂料配方的参数。,（二）颜料体积浓度,1、颜基比涂料配方中颜料(包括填料)与粘结剂的质量比称为颜基比。在很多情况下，可根据颜基比制定涂料配方，表征涂料的性能。一般来说，面漆的颜基比约为（0.250.9）：1.0，而底漆的颜基比大多为(2.04.0)：1.0，室外乳胶漆颜基比为(204.0)：10，室内乳胶漆颜基比为(4.07.0)：1.0。要求具有高光泽、高耐久性的涂料，不宜采用高颜基比的配方，特种涂料或功能涂料则需要根据实际情况采用合适的颜基比。,2、颜料体积浓度（PVC）与临界颜料体积浓度（CPVC）颜料体积浓度(PVC)与临界颜料体积浓度(CPVC)在颜料和基料的总体积中既干膜体积中，颜料所占的体积分数称为颜料体积浓度，用PVC表示。即：,当基料逐渐加入到颜料中时，基料被颜料粒子表面吸附，同时颜料粒子表面空隙中的空气逐渐被基料所取代，随着基料的不断加入，颜料粒子空隙不断减少，基料完全覆盖了颜料粒子表面且恰好填满全部空隙时的颜料体积浓度定义为临界颜料体积浓度，并用CPVC表示。,CPVC可以通过CPVC瓶法、密度法、颜料的吸油值求算。吸油值：一定质量的干颜料形成颜料糊时所需的精亚麻仁油的量称为颜料的吸油值，该值反映了颜料的润湿特性，用表示，单位为g/100g.颜料的吸油值与颜料对亚麻仁油的吸附、润湿、毛细作用，以及颜料的粒度、形状、表面积、粒子堆砌方式、粒子的结构与质地等性质有关。将转化为体积分数，可以求出：,式中，为颜料的密度，0.935为亚麻仁油的密度，实际生产中，由于树脂基料的变化，本公式求算的结果仅供参考。,3、涂膜性能与PVC的关系,颜料体积浓度在CPVC附近变化时，漆膜的性质将发生突变，因此，CPVC是涂料性能的一项重要表征，也是进行涂料配方设计的重要依据。颜料体积浓度对涂膜机械性能的影响如图。,流变学是研究流体流动和变形的科学。涂料的流变性能对涂料的生产、贮存、施工和成膜有很大的影响，最终会影响涂膜性能，研究涂料的流变性对涂料的体系选择、配方设计、生产、施工，提高涂膜性能具有指导意义。,（三）涂料流变学,1、粘度涂料的流变性能与涂料在不同条件下的粘度有关。设面积为A、距离为d的两层液体，在剪切力F的作用下以一定的速度差d作平行流动，单位面积所受的力（F/A）称为剪切力（），速度梯度（d/d）称为剪切速率（D），剪切力与剪切速率的比值（/D）称为粘度（），是液体抵制流动的量度。牛顿流体的流动示意图：,粘度不随剪切速率变化的流体称为牛顿流体，粘度随剪切速率变化的流体称为非牛顿流动，非牛顿流体又可分成假装塑性流体，胀流性流体和触变性流体。（1）假塑性流体的粘度随着剪切速率的增加而减小（即切力变稀的流体）（2）胀流性流体的粘度随着剪切的速率的增加而增大（3）触变性流体的粘度随着剪切时间的延长而降低涂料大都为非牛顿流体。,2、粘度的影响因素影响涂料粘度的主要因素温度、聚合物浓度，分子量大小及其分布，溶剂粘度等。溶液的粘度随温度升高而降低，其关系可用下式表示：,实际应用中涂料的粘度与聚合物的浓度之间的关系可用下式表示：,式中,为相对粘度，w为溶质的质量分数，Ka和kb为常数，Ka和kb可以通过作图或者计算求出，该式适用于低分子量聚合物的溶液。,对于聚合物良溶剂的稀溶液，可以用Mark-Houwink方程表示：,式中为特性粘度，Mw为聚合物的平均分子量；K和a为常数。测定涂料粘度方法很多，常用的有斯托默粘度计、布鲁克菲尔德粘度计、旋转同心圆筒式粘度计、旋转圆筒杯式粘度计、锥板粘度计等。,3、涂料流动特征涂料在制备、贮存、施工和成膜阶段经受不同的剪切速率的作用。分散过程中搅拌下的剪切速率约为103104s-1，而器壁经受到的剪切速率只有110s-1，物料放出后，剪切速率可立即下降到10-3-0.5s-1的范围，颜料有可能沉降下来，在施工中，刷涂、喷涂或辊涂的剪切速率至少在103s-1以上，甚至达到105s-1；施工后，剪切速率立即下降到1s-1以下，为此涂料总被设计和配制成非牛顿流体，以满足性能要求。,三种典型涂料的剪切速率与粘度的关系见下图：,涂料1的配方不合理，它在施工时粘度过低，施工后粘度过高，导致流平性较差。,涂料3的配方也不合理，施工时粘度过高，会产生刷涂拖带现象；施工后粘度过低，从而产生过多的流挂。,涂料2表示的涂料较合理，低剪切速率下该涂料的屈服值0在0.41Pa之间，保证涂料有较好的贮存稳定性以及施工后的流平性，不致产生过多的流挂。高剪切区，该涂料的粘度在0.10.3Pas之间，从而确保涂料有较好的施工性能。,高剪切速率区，涂料的流动行为主要受基料、溶剂和颜料的影响；在低剪切速率区，涂料的流动行为主要由流变剂，颜料的絮凝性质和基料的胶体性质所决定。当涂料施工后，不可避免地产生条痕，如果流平得很快，条痕就能够消失，流平过程的推动力是涂料的表面张力。当涂料在垂直底材表面上施工时，由于重力的作用，涂料会向下流动，过度的向下流动会造成涂料的流挂。涂料具有最好的流平性和最低的流挂性是我们所希望的，但降低涂料的粘度有助于流平，却也加速流挂；增加涂层的厚度有助于流平，却又导致流挂。目前的研究表明，只有具有合理屈服值的假塑性涂料体系，才能同时满足上述要求。,（四）涂膜病态防治,1、流挂涂料涂装于垂直物体表面，在涂膜形成过程中湿膜受到重力的影响朝下流动，形成不均匀的涂膜，称为流挂要防止流挂病态的发生，最重要的是要控制在刷涂剪切速率下的涂料粘度。另外，所用溶剂的品种也是重要的因素，因为它影响着粘度的变化。在采用喷涂方法施工时，涂膜厚度要掌握好，喷涂过厚或溶剂挥发速率过慢，也会造成流挂。另外，底材及底层表面状态，以及施工涂装方法和大气的环境条件等也会导致流挂的产生。,2、刷痕、滚筒痕涂料采用刷涂或滚涂方法施工时，涂膜表面干燥后产生未能流平的痕迹称为“刷痕”或“滚筒痕”，它明显地影响了涂膜的外观。预防措施是控制涂料质量，调整施工粘度及环境条件，必要时可添加少量高沸点溶剂或者流平剂。,3、桔皮桔皮是湿膜未能充分流动形成的似桔皮状的痕迹。施工粘度较高，烘干前的闪蒸时间不当，稀释剂的质量，底材的温度等均会导致涂膜桔皮病态的产生。预防措施主要是添加适量挥发速度较慢的溶剂，以延长湿膜的流动时间使之有足够时间流平，加入适量流平剂也能减轻涂膜桔皮病态。,4、起粒起粒是涂装后漆膜表面出现不规则块状物质总称。颜料分散不良、基料中有不溶的聚合物软颗粒或析出不溶的金属盐、溶剂挥发过程中聚合物沉淀、小块漆皮被分散混合在漆中等是造成起粒的主要原因，因此要防止此病态发生，必须注意颜料充分分散、溶剂合理设计、涂料的净化及施工场所环境的的洁净度。,5、缩孔缩孔也是涂膜因流平性不良出现的病态之一，产生缩孔的主要原因是湿膜上下部分表面张力不同。实际应用时，可以采取加入适宜的流平助剂或低表面张力溶剂来解决，此外，还应注意提高底材的可润湿性。,6、泛白泛白（变白）现象常发生在挥发型涂料装中，是涂装后溶剂迅速挥发过程中出现的一种不透明的白色膜的情况，这是由于溶剂迅速挥发吸收大量热量导致正在干燥的涂膜邻近的水分凝结在涂膜上面的缘故，有时溶剂含水也会引起泛白，一般来说，溶剂的挥发性越高，漆膜变白的倾向越大。预报措施是调整好涂料所用溶剂，并适量增加高沸点溶剂，减少挥发快的溶剂用量，控制空气中相对湿度。,7、静电喷涂导电性差静电喷涂法对所用涂料和溶剂均有一定要求，其中导电性差是经常出现的一种弊病，电阻的调整方法有两种，一是靠溶剂来调整，通常在高电阻涂料中添加电阻低的极性溶剂，二是在设计配方时，添加助剂使其符合静电涂装工艺的要求。,8、涂料的缺陷和改善措施,（1）结皮现象：涂料在储存或生产过程中，由于受表面空气或油漆表面粘度增高，形成一层油皮。结皮因素：-涂料中干性油含量太高。-涂料表面与空气接触时间过长。-涂料本身粘度过高。改善措施：-依据涂料性能适当调整涂料中干性油比例。-减少涂料表面与空气接触。-生产过程中适当调低粘度，并及时密封剩油和调配好的油料。,涂料的缺陷和改善措施,（2）沉淀现象：涂料出现分层，下层形成结块沉淀原因：-金属色涂料由于其铝粉/珍珠粉比光油重。-储存时间过长或稀释后放置时间过长。-涂料中防沉剂用量不当或没加防沉剂。改善措施：-如未过期，生产时应充分搅均分散。-稀释后，用拉丝膜绝对密封，-退供应商重新调整。,涂料的缺陷和改善措施,（3）胶化：油漆成棉花状，无应用作用。-一般出现在油漆过了储存保质期或储存环境温度过高。-改善储存条件，最佳储存温度为100C-300C（4）浮色：在储存内出现油漆表面浮出一层颜色。原因:-由于色漆中颜料比重小于光油。-涂料中浮色发花防止剂用量不当。-过涂料保质期。措施：-生产过程中充分搅均分散。-如生产过程中充分搅拌仍出现浮色，则需要退供应商改善。,涂料的有害性及使用安全,（5）大多数涂料、溶剂及其辅料，不但易燃，还有毒性。-途径：呼吸、皮肤渗入。-后果：对眼、鼻、喉、肺的刺激作用，并能引发呼吸、神经、造血系统疾病。通常燃料气体密度小于空气，而溶剂蒸气的密度则大于空气，挥发后便往低处流，停滞在地面低洼的地方。所以通风口要靠近地面。措施：尽量避免皮肤接触涂料，不可用溶剂洗手，戴防溶剂手套和防毒面具。,(五)涂料与漆膜性能,液体涂料性能,固体干漆膜性能,涂料性能,1、液体涂料性能,（1）清漆透明度清漆应具有足够的透明度，清澈透明，无任何机械杂质和沉淀物。,清漆透明度对形成漆膜的影响？,清漆：清漆颜色越浅越好。真正水白透明无色的清漆很难达到，多数清漆都带有微黄色。,（2）颜色与外观,色漆：呈现的颜色应与其颜色名称一致，纯正均匀。在日光照射下，经久不褪色。,（3）固体分含量定义：固体分在涂料组成中的含量比例，用百分比表示。公式：GS=100%M式中：G固体分重量（g）M涂料重量（g）S固体分含量（%）,固体份含量对涂装有何意义？,涂料固体分含量的测定,不同漆种固体分含量如下：聚氨酯漆：4050；挥发型硝基漆：1520；无溶剂型不饱和聚酯漆和光敏漆：100,（4）粘度粘度即流体内部阻碍其相对流动的一种特性，也称粘（滞）性或内摩擦，也就是液体涂料的粘稠或稀薄的程度。不同涂装方法要求不同的涂料粘度：1、手工刷涂、高压无气喷涂、淋涂、辊涂可使用粘度高些的涂料；2、空气喷涂法要求涂料粘度较低。,（4）粘度涂料的粘度分为：原始粘度（出厂粘度）和施工粘度（工作粘度）。,工作粘度：是用稀释剂调配涂料，适合某种涂饰方法使用，并能保证形成正常涂层的粘度。,原始粘度：是指用漆单位购进的漆的粘度。,涂料粘度与周围环境气温以及涂料本身温度有关，当涂料被加热时，粘度自然降低。在施工过程中，随着溶剂的挥发，涂料的粘度会变高。要注意随时测量涂料的粘度。,（5）干燥时间,定义：涂料涂饰于制品表面，由能流动的湿涂层转化成固体漆膜的时间即干燥时间，它表明涂料干燥速度的快慢。,影响因素：如南方北方、冬季不同季节的环境温湿度影响，涂层厚度，通风条件，不同涂料品种等。,（5）干燥时间在整个涂层干燥过程中经历了：表面干燥也称表干、指干、指触干燥。表面形成微薄漆膜。实际干燥涂层已完全转变成固体漆膜，具有一定硬度。完全干燥也称彻底干燥，是指漆膜已干透，已达到最终硬度，具备了漆膜的全部性能。,重涂时间：允许重涂的最短时间间隔。当采用“湿碰湿”工艺连续喷涂时，需要确定重涂时间，过早重涂可能咬起下层涂膜。可打磨时间：即涂层干燥至可打磨的时间。此时打磨爽滑方便，否则容易糊砂纸。干硬：漆膜已具备相当的硬度，对于面漆干至此时已经可以包装出货，产品表面不怕挤压。,表干时间的测定：吹棉球法指触法实干时间的测定：指触法；压棉球法。,测定漆膜、腻子膜的干燥时间，它对涂在表面上的色漆、清漆等各种涂料由流体变成稳定的薄膜，都能以描绘直线轨迹的形式、自动连续展现干燥过程各个阶段的状态，能直观的分析各阶段所用时间,直线式漆膜干燥时间测定器,自动漆膜干燥时间测定器,漆膜干燥时间测定仪,（6）施工时限也称配漆使用期限，是指多组分漆当按规定比例调配混合后能允许使用的最长时间。施工时限长短对于方便施工影响很大。时限过短，便来不及操作或粘度增加而影响施工和涂料的流平，成膜易出现各种缺陷等。,（7）贮存稳定性涂料不是可以长期贮存的材料，一般来讲，从生产日期算起，至少有半年至一年以上的使用贮存期，在此期限内贮存应是稳定的。涂料的贮存稳定性与存放的外界环境、温度、日光直接照射等因素有关。,（8）流平性定义：涂料经某种涂饰方法（刷、喷、淋等），涂饰到某表面上后，液体涂层能否很快流动分布均匀平整的性能。涂料流平性与其粘度、所含溶剂的沸点高低、表面张力、涂料本身温度有关。,2、固体漆膜性能,（6）耐温变性,固体漆膜性能,（2）硬度,（3）耐液性,（4）耐热性,（5）耐磨性,（8）光泽,（1）附着性,（7）耐冲击性,国标中规定了8项检测项目、方法和指标1、家具表面漆膜耐液测定法2、家具表面漆膜耐湿热测定法3、家具表面漆膜耐干热测定法4、家具表面漆膜附着力交叉切割测定法5、家具表面漆膜厚度测定法6、家具表面漆膜光泽测定法7、家具表面漆膜耐冷热温差测定法8、家具表面漆膜耐磨性测定,制膜仪,（1）附着性也称附着力，是指涂层与基材表面之间或涂层之间通过物理与化学作用相互牢固粘结的能力。提高附着力应使成膜物质分子充分流动，铺展，使基材表面能被成膜物质溶液充分润湿。,基材表面状态影响漆膜附着力的因素有哪些？,附着力试验仪,划格法附着力试验仪电动漆膜附着力漆膜附着力试验仪,用途：通过十字切割法测定漆膜附着力的性能试验技术特征：以格阵图形切割并穿透漆膜，按六级分类评价漆膜从底材分离的抗性。,用途：通过划圆轨迹法测定漆膜附着力性能试验技术特征：以圆滚线划痕范围内的漆膜完整程度，按七个等级评价漆膜对底材粘结的牢固,电动漆膜附着力,漆膜附着力试验仪,用途：通过划圆轨迹法测定漆膜附着力性能试验技术特征：以圆滚线划痕范围内的漆膜完整程度，按七个等级评价漆膜对底材粘结的牢固,（2）硬度硬度是材料的一种机械性质，是材料抵抗其它物质刻画、碰撞或压入其表面的能力。,漆膜硬度并非越高越好，过硬的漆膜柔韧性差，容易脆裂，抗冲击强度低也影响附着力。,硬度试验仪,漆膜划痕试验仪巴克霍尔兹压痕试验仪摆杆阻尼试验仪QBY摆式硬度计便携式铅笔法硬度计QHQ铅笔法硬度计,用途：测定涂层抗划透能力大小评价涂膜硬度试验技术特征：硬度以划针划破涂膜时承载砝码的最小荷重（抗划痕值）表示,漆膜划痕试验仪,摆杆阻尼试验仪,用途：测定油漆涂料皮膜的硬度试验技术特性：硬度以阻尼时间-即以摆杆在规定角度内的摆动次数与摆动周期的乘积表示,QHQ铅笔法硬度计,用途：通过犁破漆膜的铅笔硬度等级测定漆膜硬度试验技术特征：硬度以在规定试验条件下通过犁破漆膜的铅笔硬度等级表示,国标规定，采用一套同一批号的中华牌高级绘图铅笔，从6H、5H.H、HB、B、2B.6B，其中6H最硬，6B最软，由6H到6B硬度递减。,（3）耐液性指漆膜接触各种液体（水、溶剂、饮料、酸、碱、盐以及其他化学药品等）时的稳定性。耐液性测定方法：用浸透各种试液的滤纸放在试样表面，经规定时间移去，根据漆膜损伤程度评级。,盐雾耐腐蚀实验箱,（4）耐热性指漆膜经受了高温作用而不发生任何变化的性能。在检测漆膜耐热性时常分为耐干热与耐湿热两种方法。耐热性测定方法：用一铜试杯（内盛矿物油），加热至规定温度置于试样板漆膜上，经规定时间移走，检查漆膜状态与光泽变化情况评级（干热测定）。,（5）耐磨性漆膜在一定的摩擦力作用下，成颗粒状脱落的难易程度。耐磨性测定方法：采用漆膜磨耗仪。以一定负载下不露白的研磨转数与漆膜在规定转数（一般100转）下的失重克数表示，以此来评定漆膜耐磨性等级。,用途：测定建筑涂