针孔、缩孔是粉末涂料使用过程中较常见的弊病, 它们的存在不仅影响产品外观质量, 而且严重地影响产品的机械性能、保护性能, 被保护材料的腐蚀大多就从此开始而延伸, 从而失去粉末涂料的使用价值。因此, 在粉末涂料使用过程中, 尽可能减少针孔、缩孔的发生, 具有实际的重要意义。
 

1 粉末涂料成膜机理

粉末涂料固化是在一定温度条件下, 涂料组分之间发生化学反应的交联固化, 其成膜过程一般认为需要经过三个过程 :

( 1) 单独的粉末颗粒, 聚集成为一层连续的、不平整的膜( 聚集过程) ;

( 2) 连续不平整的表面流淌形成较为光滑与平整的表面( 流平过程) ;

(3) 熔融的涂膜通过交联反应, 粘度不断增加, 后固化为坚硬的涂膜( 固化过程) 。

针孔是指粉末涂料从熔融到固化的时间里, 粉末涂料中的气体从底层穿过高粘度的、已接近封闭的弹性树脂层到达涂层表面, 未能逸出而形成的缺陷。缩孔是由未被充分润湿的小颗粒与周围不相容的树脂所形成的圆涡, 即在一个较大的下陷圆涡中有一个突出的小点。涂膜的光泽、流平、遮盖及针孔、缩孔的产生, 主要取决于聚集、流平阶段, 机械性能取决于固化阶段。
 

2 影响因素

2.1 树脂选择

粉末涂料所选择的树脂都是高分子化合物, 根据高分子理论可知 玻璃化温度( Tg ) , 是无定型聚合物从玻璃态转变为高弹态的转变温度。玻璃化温度大小决定于高聚物的分子量和分子量分布。从涂膜外观来说, 要求流平性好时应选择熔融粘度较低的树脂, 一般低分子量的高聚物具有较低的熔融粘度。在烘烤固化温度条件下, 粉末涂料胶化时间长, 熔融水平流动性大较好; 但分子量过低涂膜物理机械性能差。因此, 在选择树脂时一般以软化点在( 85~ 95) ℃ 为宜, 这样产生针孔、缩孔可能性降低, 但低于60℃ 时粉末容易结块。

2.2 固化温度

从粉末涂料成膜过程中可以看出, 为避免产生针孔或气泡, 在涂膜开始固化前的熔融、流平阶段, 涂层下面的气体( 空气、水蒸气等) 需排除到达涂层表面, 否则在固化时将成为针孔、气泡。也就是说在涂料成膜过程中, 固化升温需慢些, 给予足够的排气时间。但为了获得较好流平效果及机械性能, 熔融聚结应当尽可能快地完成, 以便有较长时间来完成流平、固化; 同时在确保产品性能的前提下, 为提高生产效率, 也不允许一、二阶段时间太长。如安塑材料有限公司( 铝型材) 的生产炉温控制( 采用Data 炉温检测仪检测) , 使用纯聚酯A9016SF75 铝型材专用粉末涂料, 当固化温度达到200 ℃ 流平、固化前, 熔融聚结阶段有8min 左右时间排除涂层下面气体, 避免针孔的产生。通过多年实践证明, 其铝型材产品外观效果、机械性能较好, 很少发生针孔、缩孔现象。

2.3 粉末涂料混合

从缩孔形成的机理可知: 粉末涂料组成中树脂不相容性是导致孔形成的主要原因。在粉末涂料使用过程中, 由于各厂家配方体系和树脂的选择不同, 是不能混合使用的, 否则将产生缩孔、针孔等现象。即使在原料产地不变、配方未做任何变动的前提下, 偶尔发现不同批次粉末涂料混合时也能出现缩孔现象, 其原因可能是由于粉末涂料原材料性质不一致性引起的。因为粉末涂料用的聚酯树脂是以多元酸、多元醇聚合而成的, 工艺合成过程不可避免存在着操作工艺条件的差异, 带来批次间的质量不同, 从而导致批次间的粉末涂料相容性下降、增大缩孔产生的可能性。因此, 建议使用厂家根据喷涂数量定量订购粉末涂料, 集中某批次粉末涂料的使用, 尽可能避免不同批次粉末涂料的混合, 减少缩孔发生的偶然性。

2.4 前处理工艺

工件表面的前处理是粉末静电喷涂不可缺少的工艺过程, 它关系到喷涂产品的质量。表面处理好的工件, 要求不能含有油污点、斑点等小分子物质依附其上, 否则会出现缩孔、针孔现象。目前, 前处理大多采用脱脂、磷化处理, 由于前处理液的配方、处理底材的差异, 表面活性剂脱脂往往在工艺过程中有大量泡沫产生, 因而常常加入消泡剂( 硅油) 防止泡沫溢出。过量消泡剂的加入, 水清洗过程难以清除, 有些厂家为了节约, 常将二道水洗过程省略为一道, 且以江河水代替去离子水, 这样残留在工件表面的消泡剂( 硅油) 在粉末涂料固化时, 工件表面不可避免产生缩孔。因此, 只有每一工艺过程中间隔长、水洗、无离子水洗和时间以充分保证, 才能确保表面整洁, 避免缩孔的发生。
2.5 助剂的选用

2.5.1 消泡剂

粉末涂料使用的消泡剂是苯偶姻( 又称安息香) , 其消泡机理简述如下: 首先是消泡剂和气泡的接触, 然后是消泡剂在气泡的界面上展布, 随后消泡剂进入气泡内或置换气泡膜, 导致气泡的破灭。安息香在大多数粉末涂料配方中成为必要的组成部分, 如添加在聚酯环氧和( 纯) 聚酯粉末涂料中, 但是安息香用量过大, 在高温下会变色或分解, 将影响涂膜颜色, 使浅色涂膜发黄, 同时固化时固化炉上方冒白烟。工艺生产中其用量为树脂和固化剂总量的0.3% ~ 0.5%较为适宜。

2.5.2 流平剂

粉末涂料在烘烤固化成膜过程中, 容易产生缩孔, 为了克服这种涂膜弊病, 在粉末涂料配方中添加流平剂。流平剂主要功能是在粉末涂料熔融流平时降低表面张力, 避免成膜过程中形成缩孔。为了使含量少的流平剂充分发挥作用, 配方中的流平剂必须充分均匀分散。在较容易产生缩孔的树脂类型中, 还可以使用混合流平剂。目前国内使用的流平剂主要是丙烯酸树脂类流平剂, 其用量一般为树脂

用量的0.2%~ 2%较为适宜。

3 结语

缩孔、针孔是粉末涂料使用过程中常出现的弊病, 突发性较大。除上述工艺生产中较易出现的情况之外, 还有许多影响因素, 如涂膜厚度、输送粉末涂料的压缩空气油水分离质量、喷嘴与工件表面的距离太短及粉末粒径 等等, 需要我们在生产中不断地研究、探索和总结, 改进工艺条件, 尽可能避免缩孔、针孔的发生, 提高喷涂产品的质量。