实现单组分涂料的适当成膜

作者: 路博润高性能涂料团队 日期:06/19/2019

就其本质来说,表面涂层用于保护材料表面免受环境影响,不过您可能已经知道这一点。 “成膜”是通常用于水性涂料(胶乳型聚合物)的术语,成膜对于涂层的保护特性至关重要。 水性涂料施涂以后,当其中的水分开始干燥蒸发时,就会发生成膜,使其中的颗粒“糊”在一起(聚结)以形成均匀的膜层。 水性聚合物中不分散颗粒的聚结是创造良好的防护性涂料的基础。 水性涂料不同于溶剂型涂料,后者中的聚合物会被溶解,这意味着其中没有聚结步骤。

 

如果颗粒只是简单地分散在表面上而没有聚结,则不会发生成膜。 这就像把一桶滚珠轴承倒在桌面上一样。 这些滚珠轴承会自由移动,作为独立的个体存在,不会形成屏障层。 如果将这些滚珠轴承粘合在一起,它们就会形成一致的实心屏障。 为了形成可靠的保护性涂层,一款好的产品中的聚合物颗粒将从离散的个体转变为均匀的膜层。

 

影响成膜过程的考虑因素:

 

  • 涂料配方和环境条件
  • 聚合物的玻璃化转变温度(Tg)

 

在涂料配方设计过程中需要考虑其中的每一项因素,以充分提高成膜效果,形成最佳涂层。 以下这些方法可通过考虑这三项因素来对涂料进行优化,以获得最宽广的施涂窗口。

 

聚合物化学性质

有两种方法可帮助聚结颗粒:

 

  1. 提高施涂期间的温度,以通过熔融过程软化聚合物。
  2. 使用共溶剂(最常用的是乙二醇醚型共溶剂)使聚合物稍微膨胀,从而使其更有效地融合在一起。 

 

根据应用选择适当的技术。 例如,通过工业制造流程生产的部件可能需要经历烘烤流程(烘箱),因此升温技术就是自然而然的选择,因为已经有了加热步骤,这意味着需要的共溶剂更少。

 

使用共溶剂时,为聚合物选择正确的共溶剂类型与数量非常重要。 大多数胶乳聚合物需要使用共溶剂协助成膜,这可以软化共聚物并使颗粒更容易聚结。 某些聚合物需要这两种机制发挥更大的作用才能形成良好的膜层。 而其他一些聚合物本身就更加柔软,自身也更容易聚结。 聚合物越硬,成膜需要的帮助就越大。

 

也可以使用增塑剂(最常用的是邻苯二甲酸酯),其作用类似于共溶剂,但分类不同。 增塑剂不会蒸发,因此不会像共溶剂一样释放出膜层。 它们往往还会降低聚合物体系的整体硬度。

 

环境

施涂点的温度越低, 实现良好成膜就越困难。 为了能在低温下涂覆涂层,配方必须加以优化。 另一个因素是湿度。 如果湿度太低,油漆有时会很快干燥,这可导致膜层产生更多孔隙。 另一方面, 高湿度会降低漆膜中水的蒸发速度,从而使其有更多时间进行有效的聚结。

 

玻璃化转变温度

玻璃化转变温度(Tg)与最低成膜温度(MFFT)是相互关联的。 Tg是指聚合物从坚硬的玻璃态转变为无定形橡胶态的温度。 低Tg聚合物在室温下为软性,而且更容易成膜。 玻璃化转变温度越高,聚合物就越硬,而且更难成膜,这意味着需要更高的共溶剂水平或更高的温度(如进行烘烤),或者使用增塑剂。

 

这些因素在很大程度上取决于具体的应用。 此外还需要考虑政府法规,因为每种涂料/应用都有相应的规章来规范配方中VOC的含量。

 

例如,喷涂一件农用设备需要耐刮擦而且极其耐用的硬质聚合物。 这种情况下可以使用更高水平的共溶剂,而且政府法规也允许这样做。 屋面涂料则更具弹性,这类应用可以仅使用低水平的共溶剂,因为它们不需要共溶剂。

 

我们必须结合多种因素和技术,才能创造出有用的优质涂料。 请联系您的路博润客户经理,以利用我们的成膜技术专长。

路博润高性能涂料团队

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