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    談消泡劑在溶劑型木器涂料中的應用

        摘要:氣泡在涂料生產施工中廣泛存在,它可能引起生產時間延生,能源浪費,涂料包裝時計量失準等副作用。在成膜過程中若氣泡不消失,則造成漆膜縮孔、氣泡、針眼等弊病。探討了溶劑型木器涂料如何解決氣泡問題。

        關鍵詞:木器涂料;氣泡

        1·引言

        氣泡是穩定地存在于液體介質中的氣體。一種是不穩定氣泡,空氣導入純液體中,氣泡遷移到表面,然后破裂,泡內的氣體消失;另一種是穩定氣泡,液體中含有表面活性劑,當氣泡向空氣界面上升,被一層表面活性劑的表面膜包圍住。涂料中的氣泡通過幾個因素達到穩定,由于穩定的夾層變得很薄,表面活性劑穩定吸附了空氣并在制造和施工過程中滲入涂料,從而形成穩定的氣泡。

        把蜂窩狀薄層包含的空氣泡定義為宏泡,把細球狀氣泡定義為微泡。在溶劑型涂料體系中,空氣的存在主要導致針孔、氣泡。它是小氣泡在較高黏度或在漆膜干燥過程逸出時產生的微細氣孔,保留在涂層中形成空隙即氣泡。在干燥過程中,由于涂料黏度增大,氣孔細微管道關閉,體系夾帶的空氣在上升和逸出過程中受阻或上升緩慢,形成微泡管道留在干燥漆膜中,即產生針孔。

        2·氣泡產生的原因

        2.1顆粒表面吸附的空氣

        涂料中的顏填料有些比表面積較大,常吸附更多的空氣,生產時進入涂料中,產生氣泡。

        2.2混合進入的空氣

        在生產制造、包裝或配漆施工過程中,空氣進入涂料中,產生氣泡。

        2.3反應性氣泡

        涂料施工過程有副反應產生,溶劑型雙組分聚氨酯木器涂料中含有異氰酸酯組分,它很容易與空氣反應產生二氧化碳氣體,從而產生氣泡。

        2.4由基材引起

        由于木材是多孔性的物質,有很多木紋、孔隙、管口等,如水曲柳、柞木等縫隙較深,孔隙較多,含有較多空氣,施工時易產生氣泡。

        3·氣泡的防止

        根據stoke原理:

    stoke原理

    stoke原理

        V為氣泡上升速度,r為氣泡半徑,η為涂料體系黏度。因此調低涂料黏度,可顯著減少氣泡的產生。在黏度恒定的情況下,氣泡上升速度’與氣泡半徑(的平方成正比,則大氣泡比小氣泡上升更快。氣泡由微泡"稍大氣泡"上升逸出。因此通過對宏泡和微泡產生過程以及產生原因的分析,認識了氣泡產生的原理,為此可以采取以下措施來避免或防止氣泡的產生。

        (1)首先要有選擇性地控制好原材料,設計配方時選擇一些含泡量低或含不穩泡的原材料,如含不穩泡的流平劑,盡量消除穩定氣泡的組分。

        (2)在涂料生產中調整好生產工藝,如驅除依附在粉體顆粒表面的空氣,可以讓粉體緩慢加入到樹脂基料中,便兩者相互潤濕、滲透,先低速攪拌再高速分散,可明顯減少氣泡的產生。

        (3)可以通過加入潤濕和分散助劑進行有效的空氣脫出,加入消泡劑、脫泡劑使表面氣泡破裂或讓氣泡盡快逸出表面后再破裂。

        (4)應減少生產或施工時副反應的發生,在此導入涂料的氣泡,必須在漆膜固化成形前排除。

        (5)控制好涂料施工的環境條件,如溫度、濕度、通風條件,高溫、高濕時易產生氣泡。同時要依天氣情況選擇配漆輔料稀釋劑,其質量好壞、溶解力強弱、揮發速度的快慢與加入量都會影響消泡結果。

        4·消泡劑的作用機理

        使用消泡劑是用來避免氣泡的形成或將已形成的氣泡盡快排除,因此,消泡劑一般應具有以下"個性質:①有選擇性的不相溶。②具有高度的展布能力。③要有較低的表面張力。消泡劑在涂料中要有一定的溶解度,才能遷移到空氣界面上,相溶性太好,不能遷移進氣泡壁,反而進入整個涂料體系,此時消泡作用微乎其微。但如消泡劑溶解度太小,會導致漆膜缺陷,如縮孔、霧影等。適當的消泡劑應在相溶性與不相溶性之間尋找一個“平衡點”。

        消泡劑必須與穩定的表面活性劑層結合并滲入到泡膜雙分子膜中,接著必須快速地展布開,穿過裂開的表面活性層,這層薄膜與先前穩定的夾層表面活性劑比,彈性有了顯著地降低,這種不穩定導致分子膜裂開,從而消泡。

        消泡劑用于消除涂料中的氣泡,有時將“消泡”和“脫泡”區別開來是有利的。首先,氣泡必須達到表面,這個過程稱之脫泡,然后氣泡在表面破裂稱之為消泡。脫泡劑的功能是提高氣泡的上升速度。這些助劑使相鄰的氣泡互相聚集合并,然后由于體積變大,向表面運動的速度加快,脫泡必須在整個涂層中有效地發揮這個作用。相反,消泡劑只在表面有效,它們只破壞上升至表面的氣泡。實際上不可能將一個助劑的工作機理明確地定義為消泡或脫泡,可能在某種場合同脫泡劑更合適。作為消泡劑可行化學結構應是一些具有低表面張力的分子,如礦物油、有機硅及其改性化合物,無有機硅的聚合性化合物、氟碳化合物等。

        5·消泡劑的測試與評價

        消泡劑的重要作用是消泡、脫泡、破泡,以達到在生產施工中消泡或有泡但易消泡。消泡劑的效果測試方法:(A)在試管中裝入同量的同一樹脂,加入同劑量不同種類的消泡劑,振蕩相同時間,觀察氣泡上升,破裂的快慢,記錄時間,同時最短者即效果最佳。(B)同一消泡劑不同劑量,可測試最佳用量,但此法應在涂料配方中試驗。這樣把不同的消泡劑或同一消泡劑不同的量加入到涂料配方體系中,通過觀察在生產及施工噴板中氣泡消涂的情況及性能測試來選擇一種有效的消泡劑。評價消泡劑不能以剛配制出來的涂料施工后板面效果作為最終判斷,應把涂料做好后快速貯存1個月(60℃烘箱中)后,再取出進行施工,仍有消泡作用且施工不產生漆膜缺陷,與剛配制出來的效果一樣,這時才能說明此消泡劑有效,或者自然貯存半年或一年來測試消泡與施工的表面效果。因為很多的消泡劑貯存一段時間后會失去其原有的消泡功能,甚至產生漆膜缺陷。

        由此可見消泡劑在體系中的穩定性很重要。在溶劑型木器涂料中可能因消泡劑選擇不當而產生缺陷,如在亮光清漆中因消泡劑的相容性不好而導致光澤下降,亮光清漆中的漆膜發霧從而影響透明度,有的產生縮孔現象,有的甚至不能消泡等,所以評價消泡劑要進行綜合、全面地測試后再作出決定,否則會造成不良后果,導致涂料沒有裝飾性也沒有保護性。

        6·消泡劑的選擇應用

        6.1涂料配方體系

        配方的設計必須全面考慮,從組成來看,有樹脂、顏填料、溶劑、助劑。樹脂有丙烯酸樹脂、醇酸樹脂、硝基纖維素等,消泡劑在其中的相容性及消泡效果可能都不同,要按上述方法試驗評價選擇。顏填料影響亦較大,如生產透明底漆,采用國產與進口$種不同的硬脂酸鋅,區別很大。進口產品不易產生氣泡,而國產的則易產生氣泡。前者可選擇相對較弱的消泡劑,后者需較強的消泡劑才能消除。溶劑方面,由于不同的表面吸力,不同的溶解力可能有些會有穩泡作用。助劑種類較多,如分散劑、防沉劑、流平劑、催干劑,它們如何與消泡劑搭配才能產生好的整體效果,需要試驗才能確定。在亮光清漆中,先考慮消泡劑與樹脂的相容性,相容性好,漆的外觀透明,相容性不好則渾濁。另一方面要考慮消泡劑的加入量,在相容性與不相容性中找到一個平衡點,達到既消泡又外觀清澈的效果。這種體系可選擇的消泡劑有有機硅聚合物型,無有機硅的聚合物消泡劑或兩者搭配使用。在亞光清漆中,相容性亦很重要,消泡劑用量較大,消泡效果有了,但帶來另一副作用—縮孔。在面漆中,如選用消泡劑不當可導致涂料與底層的附著力不好。在設計配方時要考慮各種因素的影響,選擇一個最佳組合。

        6.2底材的因素

        木器裝修中有不同的底材,如實木、貼樹皮、貼紙、中纖板、夾板等,因此要求的涂料亦不相同。實木中不同的材質亦有不同的要求,如水曲柳板,其縫隙較多、深孔,要求底漆消泡性好,破泡快,可選用有機硅與聚合型消泡劑搭配使用,使消泡劑既消泡好又快速脫泡、破泡。而櫸木板,因板面平整,孔隙很少,相對容易消泡。貼樹皮板與實木相似,貼紙板則平整光滑,空氣不易往下滲,主要應消除噴涂中空氣滲入的氣泡,最后達到破泡的目的。中纖板相對疏松平整,涂料易下滲,應選擇適中的消泡劑達到目的。

        6.3消泡劑的添加方式

        消泡劑種類有:有機硅型、聚合物型、礦物油型,其相對分子質量大小亦不同。有的很容易分散到體系,有的需要高速分散才能進入體系,有的在涂料生產研磨或分散前添加,有的在其后添加,這些都要根據消泡劑產品的性能,使用說明或體系來確定。實際上,添加方式亦非常重要,因它涉及到日后的貯存穩定性及施工效果。這在產品的生產工藝上必須注明。否則產品質量就沒有保證。

        6.4施工方式

        木器涂料的施工方式通常有幾種,如噴涂、輥涂、淋涂、刷涂。前三者主要在家具制造業使用,其中+,木器涂料主要采用輥涂或淋涂的方式。后者主要在室內家庭裝修中采用。不同施工方式對消泡劑選擇有不同要求,刷涂的要求比噴涂高,因此木器裝修漆選擇消泡劑應把有機硅與不含有機硅的結合起來,使之消泡、脫泡、破泡。淋涂相對輥涂消泡較難,既考慮選擇有一定消泡性的消泡劑又要同時考慮穩定淋幕??傊畱鶕┕し绞降牟煌x擇不同消泡劑或相互搭配、補充來滿足其要求。

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