内容发布更新时间 : 2024/5/21 5:13:36星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

表面张力作用在涂料在施工中的缺陷分析及消除措施

涂料在施工和涂膜干燥过程中，在漆膜里会出现多种缺陷或不完善，本文在尽可能的范围内论及一些最重要的缺陷，并讨论这些缺陷的起因以及消除或至少将其降至最低的可能方法。

涂料的涂膜造成的缺陷中，有许多与表面张力现象有关，看来对表面张力回顾一下是很恰当的和完全必要的。

在液体界面处的力与其内部的力有所不同，这是因为在此表面分子上的力不对称分布所致，表面分子具有较高的自由能，此自由能等于移动单位面积上分子表面层所需要的能量。自然的规律力求将这样的自由能降低至最小，一个途径是采用减少液体表面积韵方法，因为一个球体能包封的体积与表面积之比值最大，故表面张力就不断设法将液体形成液滴，基于同样的理由，表面张力驱使粗糙或不平整液体表面流动成为平滑的表面，平滑表面与空气的界面面积要比粗糙的界面面积小，因此，当此表面变得较平滑时，其表面自由能就降低，表面张力可以用垂直于表面的单位长度线上的力来表示，其单位为每米牛顿，或更为普通的是：mNm-1，在以前的文献里，以及即使在今天，人们还也许看到每厘米达因的：ldynecm-1＝lmNm-1。

这种力图趋向最低表面能的另一种状况，就是液体表面上的分子平衡定向，将表面张力可减至最小的分子链段在表面上趋向于定向化。全氟烷基可产生最低的表面张力，甲基次之，依次递增的表面张力为脂肪族链、芳香族环、酯类和酮类、醇类、而最后为水(水银具有还要高一些的表面张力)。

全氟取代的脂肪烃链在涂料领域里所涉及的任何一种材料表面张力中算是最低表面张力的物质，下一个就是聚二甲基硅氧烷，硅氧键极富挠性(易旋转)的骨架可使表面上的大量甲基定向，线型脂肪烃的表面张力随链长度而增加，此反映出亚甲基同甲基的比在增大。一般说来，当脂肪族脂类、酮类和醇类的链长度增加时，其表面张力亦增加。

水是用于涂料中挥发性组成里表面张力最大的物质，加少量表面活性剂于水中，在此表面上有了烃链而产生低表面张力。

一般说来，如果存在不止一种类型分子的话，那未产生最低表面能的那些分子链段就出觋在液体表面，当将液体搅拌或用其他方法搅动的话，在表面处的分子就与液体的其余部分混合，当停止搅动时，产生最低表面张力的再定向就发生了，此平衡表面组成并不立即建立。当进行涂布涂膜时，这些涂膜就经受相当大的搅动，在控制涂装行为的某些方面，重要的表面张力可能不是平衡态表面张力而是动态表面张力。

在搅动停止后，要建立平衡的时间因配方组成不同而异，可惜在涂料领域里，迄今还没有对各种主要的体系速率进行过定量研究。在定性上，人们可以见到，对小而有挠性分子时，而它们又与体系中的组成极性差别很大，此时平衡建立得最迅速；当具有最低潜表面张力基团的分子为聚合物时，要达到平衡需要更长的时间。然而，如此聚合物具有中等分子量且为挠性骨架时，它们就会很明显地相当快到达表面(上述提到的聚二甲基硅氧烷就是一例)。低分子量丙烯酸辛酯共聚物类，广泛地用作为降低在成膜时涂膜中表面张力之添加剂，在水性涂料中，已显示出不同的表面活性剂在达到平衡态表面张力的速率方面也存在着差异。

牢记表面张力随温度的降低而增加这一条很有用，溶剂具有比涂料树脂更低的表面张力，这也是一条十分正确的准则。因此，当溶剂从树脂溶液涂膜中挥发出来时，表面张力就因浓度和温度二者发生变化而增加。

如果二种具有不同表面张力的液体相互接触，低表面张力的液体就流向并复盖高表面张力的液体，这是由于可产生较低的总表面自由能之故，这样的流动就是一种表面张力差驱动流动，一些科技工作者建议用表面张力梯度驱动流动这一专用名词，对这种类型的流动已经观察了几千年，而Carlo Marangoni，一位19世纪意大利物理学家，为这种现象提供充分有力的科学理解而获殊荣。

总之，因表面张力影响而产生了二种重要类型的流动，表面张力驱动流动发生将液体表面积降至最小，表面张力差驱动流动发生于以较低表面张力的液体复盖较高表面啦力液体，或任何其他表面。

一，涂料的流平

大多数涂料施工的方法是先形成粗糙的湿膜，通常要让这些不平整处消失以达到外观和性能上的要求。最广泛研究的流平问题是刷痕的流平，而不熟悉这一领域的人就会马上说流平由重力作用所致，这显然不是这样，至少在较大程度上不是这种情况。如果重力是重要的因素，那么涂在顶棚上的漆应比涂在地板上的流平得更差，然而事实不那样。

底 材

图1 刷痕横截面示意图

在图1中可看到，在刷痕凹纹的湿膜厚度要比脊纹处的小，当单位表面积上挥发出

相同量的溶剂时，在凹纹处涂层所挥发的溶剂分数要比脊纹处的大。其结果造成凹纹处的树脂溶液浓度高于脊纹处的浓度，相应地在凹纹处的表面张力要高于脊纹处的表面张力。按Marangoni效应，涂料就从脊纹处流向凹纹处，换言之，按Overdiep提出的，并用实验证明的，即对挥发性溶剂来说，对流平的主要驱动力不是表面张力而是表面张力差。在某些情况下，如他所证明的那样，这些差异会超越最平滑阶段而导致脊纹成长。由表面张力差所驱动的流动程度取决于溶剂的挥发速率。

Overdiep对凹凸不平涂膜在粗糙底材上会产生什么影响特别重视，他推断，表面张

力驱动的流动应产生最平滑的涂膜，然而，如图2a所示，在薄涂层区，其保护必受到限制，因此此种情况是不希望有的。另一

方面，如图2b所示，表面张力差驱动的流动倾向于产生相同的漆膜厚度，然而此涂膜表面循着底材的粗糙度，而不是流平。Overdiep指出，最好是对涂层进行调整，这样这二种流动都显著，以便达到折衷的，有合理的涂膜平滑而无极薄的漆膜厚度部分，如图2c所示。这种平衡可由溶剂的挥发度来加以控制，用极低挥发度的溶剂，其流平将由表面张力驱动；用相对高挥发度的，其主要效应将是表面张力差；用中等挥发度的，则这二种现象可都重要。

良好的流平 不良的保护 (a)

不良的流平 良好的保护 (b)

可接受折衷

图2 涂料涂敷于粗糙表面可形成的各种流平结果

在喷涂施工时，表面粗糙度由谷所围绕的峰所构成，而不是脊纹和凹纹，由于这种效应多少会使人想起桔子的外皮，即普通称之为桔皮的外观，这种凸出一般要比喷涂液滴大得多。 ’

各种各样的因素会对桔皮产生影响，最普通的桔皮在喷涂具有高挥发速率溶剂之涂料时会遇到，通常人们可推断出，由于