技術資料
塗料浮色發花的主要因素及解決方案
在塗料生產和施工過程中常常碰見浮色發花問題,塗料出現浮色發花時,顏色與標準板產生色差,調色變得很困難,既浪費顏料又調色不準,同時塗料的開罐效果很差,且塗料幹燥後施工塗膜顏色偏離並難以塗成均勻一致。
發花屬顏料動態分離現象之一:顏料在水平方向發生分離障礙以致塗膜顏色不均而出現發花。浮色是顏色在垂直方向上發生變化,塗料在成膜和幹燥過程中一種或多種顏料發生分離,一種顏料浮到表麵,另一種顏子料原位不動或是沉到底部。
在實驗室如何觀察和判斷浮色發花現象呢?可以從兩方麵入手:罐內靜態浮色:色漆分散均勻後在貯罐內靜置一段時間後,罐內出現的一種或多種顏料分離出來浮現在表麵的現象,例如儲存一段時間後,開罐後看到罐內表麵浮現黑色,酞菁藍或白色等現象。塗膜動態浮色:塗膜幹燥過程中顏料粒子發生分離的現象稱為動態浮色,動態浮色的顏料分離分兩種情況:一種是塗膜發花表麵顏色不均,另一種是塗膜浮色佳表麵顏色均一,但是表層與底層顏色有差異。用手指揉展來鑒別浮色,首先將塗料傾倒或塗布在玻璃板或黑白卡紙上,流平狀態時,將手指揉磨直到塗膜開始變得粘稠,顏料粒子不再遷移分離,如果塗料存在浮色,未揉磨的表麵與揉磨後的表麵在色相上存在差異,揉磨過程中顏料容易分離而出現絲狀條紋,塗膜幹燥後揉磨的表麵會出現棱角渦流花紋,指揉變色程度隨指研條件而變化,揉磨時間的長短或揉磨動作的輕重以及塗膜幹燥速度等對顏色變化程度有很大的影響。
塗料的浮色發花因素很多,顏填料粒徑差、體係中各物質的表麵張力差、以及各物質的親水親油平衡值(HLB)、乳液與色漿的兼容性等對乳膠漆的浮色發花造成較大影響,以下進行具體討論。
1. 顏填料粒子的粒徑對塗料浮色發花的影響
塗料在幹燥過程中,隨著塗料中揮發分的揮發,這些揮發分還會夾帶一部分顏、填料把它們帶到塗膜上來,而這些顏、填料粒子在被輸送到表麵時,有較高表麵積的較細粒子易於輸送,而比表麵積相對低的粗粒子則有礙於運動,在乳膠漆塗膜幹燥時,更為親水的物質趨向於快蒸發,如果白漿相對色漿來說親水性強一些,即白色的顏填料粒子的親水性比色漿中顏料粒子更親水一些,它們就更易被強極性的揮發物質帶到表麵上來。加上顏填料粒子粒徑差太大,使得顏、填料之間的混容性變得很差,由於以上原因,用這種顏料製得的色漆不好施工,施工過程中塗料浮白現象嚴重,而塗膜則發生浮色。浮白色很難調深色漆,且會造成顏料的浪費。解決方案是仔細選擇顏、填料,使所選用的顏填料的粒徑要匹配;從而避免浮色發花現象。
2. 表麵張力差對塗料浮色發花的影響
在平常調色時,常發現有些色漿在白色基礎漆中很難分散均勻,分散好的色漆在靜止一段時間後,很快就有分色或浮色現象發生,或塗料的開罐效果不好。在製漆過程中,白漿的製作與色漿的製作工藝配方不同,製作白漿常采用陰離子型分散劑或離子型聚電解質分散劑,而色漿則多采用非離子分散劑,或與部分陰離子分散劑並用,因而白色顏料與彩色顏料粒子因吸附了一層不同的潤濕分散劑而具有不同的表麵性質,其親水親油值不一樣,其表麵張力也不一樣。一般離子型表麵活性劑比非離子型表麵活性劑的表麵張力大。都是非離子類表麵活性劑,因其疏水端分子結構不一樣,其表麵張力也不一樣,而且分子疏水端結構中.外麵的鏈節對表麵張力貢獻.大。表麵能低的分子意味著分子之間的力小,表麵張力也較低。從熱力學方麵來考慮,表麵張力低的物質容易吸附轉移到界麵,而使體係穩定,因表麵張力降低削弱了液體收縮表麵和液滴聚並的趨勢,降低彎曲液麵的附加壓力差,因而有利於液麵及分散體係穩定。所以,如果白漿或色漿之間的表麵張力與體係的表麵張力差相差大時,用這種漿配置的塗料比較容易出現浮色。
3. 體係之間的相溶性
乳液與色漿兼容性好則塗料和塗膜的浮色發花情況會好很多,乳液對色漿潤濕好則色漆展色性也很好。在水係塗料中經常使用陰離子和非離子型表麵活性劑作潤濕分散劑,在水係中具有極性和離子型表麵的無機顏料,能夠與添加的離子型表麵活性劑的極性基或離子發生作用,形成二層吸附層。在水係顏料漿中顏料粒子表麵吸附了表麵活性劑,形成保護層,但保護層之間的作用力有分子間力、靜電力之分,所以其間的作用力強弱不一樣,當以上色漿與各類乳液或乳膠漆混合時,色漿的分散穩定性表現就不一樣,當顏料粒子表麵的表麵活性劑與乳液粒子表麵吸附的表麵活性劑即乳化劑或者水之間的親和力大時,顏料粒子所吸附的表麵活性劑被剝離,使得顏料粒子表麵的保護層變薄,造成顏料的絮凝,從而引起塗料塗膜的浮色發花。當然當乳液顆粒外的乳化劑與色漿中顏、填料粒子外的表麵活性劑兼容性好時,則乳液對這些顏、填粒子的潤濕就好,整個色漆的展色性就好,色彩鮮豔,且不浮色。
4. 親水親油平衡值對浮色發花的影響
親水親油平衡值(HLB)是個很敏感的問題,在生產塗料時常使用多種材料:乳液、顏、填料、溶劑、助溶劑及各類助劑。這些材料它們都有自己的親水親油平衡值(HLB 值),各材料的親水親油平衡值匹配則塗料整個體係的性能就很優良,浮色、發花、分水等現象就會克服。當然深夜福利网使用的乳液、顏填料選定以後,親水親油平衡值即HLB 值就沒法改變,但可以通過仔細選擇助劑,即潤濕分散劑、增稠劑等來調整整個體係的HLB 值,使整個體係的HLB 值平衡。深夜福利网知道,親油的物質其親油端的表麵張力小,塗料貯存在容器貯罐中,這些親油的物質容易浮到表麵上來,從熱力學角度來講,整個體係能量降低,體係穩定。當生產的乳膠漆在靜態即在容器中就浮色,不僅開罐效果不好,施工性能也不好,塗膜狀態也不好。如果塗料浮白色,說明白漿HLB 值比較小,白漿比較親油,所以,生產白漿時就要把白漿做得親水一點;如果塗料浮的是色漿的顏色,說明白漿HLB 值比較大,比較親水,則在生產白漿時就要把白漿做得親油一些,來阻止塗料浮色。
親水親油平衡值(HLB 值)的匹配,可以通過仔細選擇潤濕、分散劑來完成。陰離子分散劑中帶疏水基團的銨鹽分散劑比羧酸鈉鹽類分散劑要親油,HLB 值小,且帶疏水基團的銨鹽分散劑對乳膠漆塗膜的浮色也有很大改善。因為當顏填料粒子包裹了這種類型的分散劑時,顏填料粒子周圍不僅有靜電阻力,還存在空間位阻,而且塗膜在幹燥過程中,隨著水分的蒸發,銨鹽中氨也揮發,使得此類分散劑更疏水一些,從而包裹了此類分散劑的顏填料粒子與成膜物兼容性更好,加上空間位阻使得結構變得很膨鬆,從而使塗膜在幹燥過程中塗膜浮色,即動態過程中浮色也得到抑製。
5. 增稠劑對乳膠漆浮色發花的影響
一些假塑性強的締合增稠劑與HLB 值較大的表麵活性劑有很大的親和性,使其在顏料表麵上脫附,造成顏料的聚集和絮凝,進而使體係著色力下降並生成浮色發花。在有機和無機顏料混用的體係中,尤其是鈦白與青藍、青綠和碳黑色漿共用時,采用假塑性弱的締合增稠劑可獲得色澤較為滿意的乳膠漆並有良好的流平性。增稠劑或分散劑等某些基團如疏水端基,顏料粒子有較強的親和力,吸附顏料粒子形成橋架絮凝導致塗料浮色,強疏水締合型增稠劑,如因疏水基團對色漿粒子的吸附,引起橋架絮凝著色性較差,堿溶脹型增稠劑因所帶離子電荷數量不同,成鹽增稠後在塗膜幹燥中導致成膜物帶電荷數量不同,耐強極性顏料粒子親和力不同,浮色嚴重程度,不同體係在展色方麵亦存在差異。
以上諸多原因,可以通過以下方法來解決。
(1)通過選擇聚合物與顏料之間的相容性或匹配性可以解決浮色發花。但是配方設計上受到一定的限製,且不是從根本上解決浮色,選用適宜的潤濕分散劑,調節粒子表麵性質,調節其運動平衡性,才是控製浮色的更好方法。潤濕分散劑吸附在顏料粒子表麵有以下幾種功能型分散劑,改善顏料粒子表麵性質,改善展色性,改善或控製浮色現象,常用的潤濕分散劑有離子型:陰離子、陽離子、非離子型、多官能團型。潤濕分散劑吸附在顏料粒子表麵吸附,改變顏料表麵的極性,分解改變顏料表麵的結構,調節主成膜物質:聚合物與顏料粒子之間的親和力。
(2)不管何種原因引起有色顏料絮凝、浮白、顏料絮凝浮色,都可使用潤濕分散劑來解絮凝,改善粒子表麵性質預防或控製浮色,在控製浮色過程中幾種浮色現象可以相互轉變,控製浮色。如水性塗料體係中塗膜出現色漿絮凝浮白色,基礎漆製備添加親油的低極性的助劑改性鈦白粒子,或將潤濕分散劑添加在色漿中,改性色漿顏料粒子,抗浮色助劑可以抗塗膜浮白色。
(3)某些體係中可以抗塗膜浮色,在成品漆中添加陰離子型潤濕分散劑,吸附在炭黑或有機紫顏料粒子表麵,改善了顏料粒子表麵性質,增強了極性,這些無極性弱極性粒子具有與白粒子一樣的極性,與聚合物具有同樣程度的吸附絮凝,因而在塗膜幹燥中運動能力相當,控製了浮色。選用強力降低表麵張力的表麵活性劑,常用有機矽表麵活性劑,使其在塗膜幹燥過程中遷移到表麵形成單一的分子膜,平衡表麵張力而控製發花;但是浮色有可能依然存在。
(4)解決絮凝發花或浮色還可以添加一些可生成觸變結構的添加劑,使在漆膜中形成一種網絡的結構,阻止顏料分離和流動,控製顏料絮凝、沉降和貝納德旋窩流動,減輕浮色發花現象,但是使用增綢劑有可能會影響體係和施工粘度,體係的pH值也需要控製得當。