聚氨酯涂膜发白现象的研究与病因分析
陈小文1, 2, 贾欣茹1, 荆红德2, 练世斌2
( 1. 北京大学化学与分子工程学院, 100871; 2. 广东华润涂料有限公司, 顺德528306)
0 引 言
聚氨酯涂料在施工时, 或者施工后几天、十几天、几个月乃至更长的时间里, 都可能出现漆膜发白的现象。引起漆膜发白的因素纷繁复杂: 涂装环境的温度与湿度, 涂料中挥发性溶剂的含量和挥发速率, 喷涂系统和稀释剂中是否带进少量水, 涂料中填料的含量, 涂料体系的耐水性等, 都是导致涂膜发白的重要原因 。本文将针对聚氨酯涂料出现涂膜发白现象的涂装养护环境, 提出与其具有高度相关性的实验室模拟方法, 探讨温度、湿度、涂膜厚度、涂膜干燥时间、填料添加量等因素对涂膜发白现象的影响, 分析涂膜发白的原因。
1 涂膜发白现象的涂装养护环境及其实验室模拟
涂装养护环境的特性, 直接影响木器漆漆病出现的可能与漆病的严重程度。当前, 一种常见的出现聚氨酯( PU)透明底漆涂膜发白现象的涂装养护环境如下: 家具厂在对批量木器进行某种PU 涂料的涂装之后, 将涂装后的木器比较密集地放置, 或将涂装后的家具放在一间门窗经常关闭的房间; 隔了一段较长的时间( 1个月以上)之后, 将木器放置的空间由较为密集改成较为宽敞, 或将家具所处房间的门窗由经常关闭变为连续开放1 d 以上。结果发现, 处于这种环境下, 涂装后的木器家具往往容易出现涂膜发白现象。根据上述出现涂膜发白现象的涂装养护环境, 提出如下的实验模拟方法来对其进行实验室研究: 制作数块40 cm x 60 cm、3 mm 厚柚木木皮夹板粘在中纤板上的底板, 对其进行2遍厚涂( 4个"十"字/遍) , 2遍喷涂之间的时间间隔为30 m in; 喷涂完毕, 在涂膜表干后的不同时间, 分别用透明胶片对底板的不同部位进行封闭, 再将此底板放入温度为( 25 ± 5) ℃ 、湿度55% ~ 65%的大气环境中; 5 d后, 撕去透明胶, 置于温度为8℃ 、湿度为80% 的恒温恒湿试验箱中;24 h后取出样板, 观察并记录涂膜发白情况。
2 实验部分
2 实验部分
2. 1 原料及仪器
原料: 分散剂、润湿剂、消泡剂、防结皮剂、防沉剂、短油醇酸树脂、滑石粉、真溶剂、固化剂、稀释剂等。
仪器: GFJ- 014型高速分散机及配套设备、分散罐; JS - ANTEWEN 型高低温湿热交变试验箱; Qua-N ix 1500型测厚仪; 日本M INOLTA 公司生产的CM- 508d型分光测色计等。
仪器: GFJ- 014型高速分散机及配套设备、分散罐; JS - ANTEWEN 型高低温湿热交变试验箱; Qua-N ix 1500型测厚仪; 日本M INOLTA 公司生产的CM- 508d型分光测色计等。
2. 2 聚氨酯透明底漆的制备
按一定比例依次投入短油醇酸树脂、助剂、溶剂,中速分散10m in; 再在低速分散下加入滑石粉, 高速分散15 m in; 加入稀释剂调黏度, 得到聚氨酯涂料的含羟基组分; 按基漆:固化剂:稀释剂= 1:0.5:0.4~0.6的质量比调制涂料。
3 结果与讨论
3. 1 温度与湿度的影响
不同温度与湿度条件下的PU 透明底漆涂膜照片如图1所示。图A ~ F的实验条件分别为: A 低温高湿( 8℃ , 80% ) ; B 低温低湿( 8℃ , 30% ) ; C 中温高湿( 22℃ , 80% ); D中温低湿( 22℃ , 30% ) ; E高
温高湿( 36 ℃ , 80% ) ; F 高温低湿( 36℃ , 30% )。图1所示的6个图中, a为漆膜干燥1 h后封闭之处,b为漆膜干燥2.5 h后封闭之处。
由图1可见, 不管是低温、中温还是高温区, 同一温度条件下, 湿度越低, 发白现象越明显。这一结论与/湿度越大越易出现发白现象0的习惯性说法是不一致的。得出"湿度越大越易出现发白现象"结论的前提是, 由于溶剂挥发吸热, 使其膜面周围温度下降,湿气凝结于湿膜面上使膜面变白。这就表明, 在上述所提的涂装养护环境中, 涂膜发白现象并非湿气在涂膜上的凝结所引起。
从图1还可看出, 在高湿区( 80% ) , 随着温度的升高, 涂膜发白程度不断加剧。在低湿区( 30% ) , 随着温度的升高, 涂膜发白的程度差别与变化趋势均不太明显: 当温度从低温( 8℃ )升高至中温( 22℃)时,涂膜发白程度加剧; 但当温度从中温( 22℃ )继续升高至高温( 36℃ )时, 涂膜发白的程度有所缓解。
3. 2 涂膜厚度与涂膜干燥时间的影响
3. 2 涂膜厚度与涂膜干燥时间的影响
本文所提的涂膜干燥时间, 是指从第二道喷涂完到开始封闭的一段时间。用目测法测定不同涂膜厚度与干燥时间条件下的涂膜发白程度(即感官值) ,所得结果如表1所示。
表1 不同涂膜厚度干燥时间不同涂膜发白程度的感官值
注: 1) 严重发白; 2) 发白; 3) 稍发白; 4) 轻微发白; 5) 不发白。
对表1进行横向比较发现, 保持涂膜干燥时间不变, 随着涂膜厚度的增大, 发白现象逐渐严重; 纵向比较则表明, 当涂膜厚度一定时, 随着涂膜干燥时间的增加, 发白程度越来越小, 但干燥时间达到5 h以后, 涂膜发白情况与不封闭处基本一致, 即均无发白现象。为了准确地显示涂膜的发白程度, 使用分光测色计测定了不同涂膜厚度与干燥时间条件下涂膜的明度值L, 并计算出各封闭处与同一底板不封闭处的明度差(ΔL ), 所得结果列于表2。
从表2可知, 保持涂膜干燥时间不变, 随着涂膜厚度的增大, 明度与明度差基本上呈现不断增大的趋势, 这与表1的结论大致相同。从纵向看, 保持涂膜厚度不变, 随着涂膜干燥时间的增大, 各封闭处的明度与明度差逐渐减小, 表明涂膜发白程度减弱, 这也与表1的结论完全一致。但是, 从表2可以发现一个更为细致的现象: 同一底板上, 干燥时间达到一定程度时( 160 um 的涂膜干燥3 h以上, 其他较大厚度的涂膜干燥5 h), 封闭处的明度比不封闭处还小, 即明度差为负数, 反映在感官上, 封闭处更透明、颜色更深、更偏向于黑色。这可能是因为封闭处仍有较多的挥发速率慢的溶剂留在涂膜内所致。
3. 3 填料添加量的影响
图2所示的A ~ D 4个涂膜照片图分别表示滑石粉添加量为5% 、10% 、15% 、20% (质量分数)的PU底漆涂膜发白情况。图2所示的4个图中, a为涂膜干燥1 h后封闭之处, b 为涂膜干燥2.5 h后封闭之处。由图可见, 不封闭处(即空白之处) 和b处均无明显发白现象; 但是, 随着滑石粉添加量的增大, a处逐渐由不发白(图A、图B )转变为轻微发白(图C ) ,后变为明显发白(图D) , 且涂膜的透明性随着滑石粉添加量的增大而下降。
4 结 语
对涂料涂装养护环境的模拟实验发现, 温度与湿度直接影响PU 木器漆涂膜发白的严重程度, 但涂膜发白现象并非湿气在涂膜上的凝结所引起。在其他因素不变的条件下, 随着涂膜厚度的增大, 涂膜发白现象逐渐严重; 随着涂膜干燥时间的增加, 发白程度越来越轻; 随着涂料配方中滑石粉含量的增加, 漆膜的透明性下降, 发白程度不断加剧。
