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涂料理论—谈谈涂料罐内浮色发花与漆膜的浮色发花现象

       浮色发花是涂料常见的弊病,分为罐内的浮色发花及漆膜的浮色发花,其产生原因各异。通过采用合适的分散剂、添加控制絮凝型分散剂、加入合适的防沉剂、有机硅流平剂等方法,可以解决这类问题。浮色发花,二者有共通之处,也有差异,本文就这两个现象进行讨论。

       一、罐内的浮色发花。

       我们经常会遇到涂料在罐内呈现颜色不均一的状态,此称为罐内浮色发花。上下层颜色存在明显的差异称为浮色,表面产生花斑状的颜色不均一称为发花。罐内浮色发花是很常见的弊病,对漆膜的性能、颜色均一性都可能会造成很大的影响。罐内浮色发花多数与颜料的沉降相关,不同的颜料,如钛白粉、碳黑、无机颜料、有机颜料,其结晶形式不同,表面特性不同,原生粒径也差别很大。

       两种颜色混合就有可能产生罐内浮色或发花的现象。采用红色颜料浆与钛白浆混合后,既有可能产生浮白的现象,也有可能产生浮红的现象,如左图1所示。



       酞菁蓝浆与钛白浆混合后,有些基本无浮色发花,有些会产生浮蓝,有些会发生浮白,有些则浮白及浮蓝同时存在,如左图2所示。多种颜色的混合体系,情况可能会更加复杂。



       Stokes定律指出,球形颜料粒子在液体中的沉降速率主要与粒径有关:

       式中,v 为沉降速率;ρ1为颜料的密度;ρ2为树脂基料的密度;r 为颜料粒子半径;η为树脂基料黏度;g 为重力加速度。该公式说明粒径越大,沉降速率越快。不同的颜料粒径差异很大,沉降速度也就存在明显的差异。例如上述的天蓝色浆中含有钛白粉和酞菁蓝两种颜料,钛白粉的粒径明显大于酞菁蓝,密度也比酞菁蓝大。通过计算可知钛白的沉降速率大约是酞菁蓝的100倍,蓝白颜料混合如果处理不当就会有浮蓝的倾向。但是,相对于钛白粉而言,酞菁蓝颜料的比表面积更大,更容易产生絮凝,当酞菁蓝颜料产生严重絮凝,而钛白粉没有絮凝,絮凝的酞菁蓝粒子粒径可能会超过钛白粉的粒径,这时更容易沉降的是酞菁蓝粒子,就会显现出浮白的现象。而且不同颜料粒子还有各自的运动特性,一般是密度低、比表面积大、粒径小的粒子运动速度快,例如,酞菁蓝的运动速度比钛白颜料要快很多,这时可能就会产生浓度差,造成浮色。所以图2的天蓝色涂料,颜料和树脂体系是相同的,但罐内外观就差别很大。所以,不同颜料本身性质(如粒径的大小、极性、密度等)以及颜料是否产生絮凝,是造成罐内浮色发花的主要原因。

       二、漆膜的浮色发花。

       漆膜的浮色与发花是略有区别的,浮色是指涂料涂装后,湿膜中的颜料呈水平方向层状分离,也就是漆膜中多种颜料的一种或几种以较高的浓度集中于表层,呈均一的分布,但却与原配方的颜色有明显的差别;发花则指涂料涂装后漆膜中存在多种颜料的不均匀分布,通常呈条斑或蜂窝状,可以理解为颜料垂直方向的分离。

      漆膜的浮色可以通过指研试验来测试。如左图3所示,指研试验是指将研磨好的色浆用线棒刮涂在黑白纸或其他基材上,漆膜半干后在漆膜上轻轻指研,直至漆膜近似表干。观察和测量指研区域和其他区域的颜色变化,若观察不到色差或色差很小,表明浮色不严重。而当指研区域与非指研区域颜色差异很大时,则表明漆膜的浮色很严重。碳黑浆与钛白浆混合时,既有可能发生表面浮黑,也可能发生表面浮白。图3显示了黑浆与白浆混合后分别产生了浮白(指研区域变黑)、不浮色(指研区域与非指研区域颜色没有差异)、浮黑(指研区域变白)3种现象。

       漆膜的发花可以通过成膜(喷涂、刷涂、辊涂)后观察漆膜表面颜色的均一性来判断。漆膜的浮色发花产生的原因很多,一般认为,贝纳尔涡流、颜料粒子运动速度的差别、颜料粒子絮凝等是主要原因,但颜料组合匹配不当、分散剂选择不当、容积不匹配、树脂拼合不合理等也会造成浮色发花。

       涂料中颜料粒子的絮凝是造成漆膜浮色的主要原因。颜料团粒经研磨分散后,若采用了不当的分散剂,或是分散剂的添加量不足,其中的一种或几种颜料就会产生絮凝的现象。另外几种不同的颜料浆混合在一起时,也会产生分散剂的争夺吸附,例如蓝色与白色混合后,钛白粉将酞菁蓝表面吸附的分散剂夺走了,就容易产生絮凝的现象。絮凝的颗粒展色性大大减弱,没有絮凝的粒子颗粒更小,颜色展色性更强,更容易浮在漆膜表面。通常来说,有机颜料及碳黑的原生粒径要比其他无机颜料更小,但有机颜料和碳黑的表面的活性吸附基团少,树脂聚合物对其的润湿性差,加之其粒径小,运动速度快,碰撞的频率高,更容易产生絮凝。而无机颜料表面一般具有反应活性中心,容易与树脂和助溶剂的活性基团产生反应,使其锚定在颜料表面上,起到良好的润湿分散的作用。漆膜的发花则与贝纳尔涡流有很大的关系。

       三、罐内浮色发花的防止或减轻。

       罐内浮色发花主要是由颜料粒子的沉降速度不一、颜料的絮凝等因素引起的。所以可以采用合适的分散剂来解决颜料的絮凝问题;或者使用受控絮凝型的分散剂,控制颜料粒子的运动,都可以有效地防止罐内浮色发化。同时,添加合适的防沉剂或增稠剂,控制所有颜料粒子的运动和沉降,对于防止罐内浮色发花也有一定的帮助。

       四、漆膜浮色发花的防止或减轻。

       漆膜的浮色同样与颜料粒子运动速度的差别、颜料粒子絮凝相关,通过采用合适的分散剂,可以解决颜料的絮凝问题,也可以明显解决漆膜的浮色问题。使用控制絮凝型分散剂,添加合适的防沉剂或增稠剂,也可以改善漆膜的浮色现象。漆膜的发花则与贝纳尔涡流有更大的关系。使漆膜的表面张力均一,就可以减少涡流的存在,同时也就具有防止发花的作用。在配方中加入合适的有机硅流平剂,它们能快速迁移到漆膜表面,形成单分子膜层,降低漆膜的表面张力,使漆膜的表面张力趋于平衡,贝纳尔涡流无法把内部富含溶剂的涂料推到表面张力比较低的漆膜表面上来,从而无法把下面的颜料推上来,因此达到防止发花的效果。

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