烘烤型涂膜中气泡的产生及防止

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1.引言
    在石油化工等金属设备和管道防腐蚀中，根
据不同的腐蚀条件和工况环境，需要采用不同特性和形式的防腐蚀涂层材料。按照涂料的成膜固化机理，可以分成常温干燥或固化型涂料和烘烤型涂料。烘烤型涂料，如酚醛树脂类涂料，必须在一定的温度下加热烘烤一定的时间才能固化成膜，形成防腐蚀涂层。酚醛类烘烤型涂料具有较高的耐温性和良好的耐化学品及溶剂性能，适用于石油化工行业的强腐蚀工况环境。但是这类烘烤型涂料，在生产、涂装和烘烤固化过程中，常常容易产生气泡等弊病，影响涂装和耐蚀效果。因此，解决烘烤型涂料在成膜过程中的气泡等弊病对于确保酚醛类烘烤型防腐蚀涂层的使用质量是十分重要的。
2.气泡产生的原因
    烘烤型涂料不同于常温干燥或常温固化型涂料，其气泡的产生主要有两个原因：一是在生产和涂装过程中，混入空气，产生气泡；二是在烘烤过程中，溶剂的挥发引起的气泡。
2.1 生产过程和涂装过程
    以往，溶剂型涂料的消泡问题似乎并不重要，但随着涂装技术的发展，高速、省力、自动化己成为当前涂料施工的主流。酚醛改性涂料为了一次能厚涂，往往配制成固含量较高，粘度较大的涂料，这时气泡的产生在所难免。
    涂料是多种材料组成的，各自表面张力不同，具备了起泡的因素，若加入表面活性剂，如分散剂等，会形成表面膜，就容易产生气泡。因此涂料在搅拌和施工时，由于机械的作用会把大量的空气带入涂料中，产生气泡。
2.2 烘烤过程
    烘烤型涂料在烘烤固化过程中，如果配方中溶剂选择不当，低沸点溶剂太多，溶剂比例欠佳，挥发速率在开始时太快，过后有缓慢下来。由于低沸点溶剂挥发很快，在烘烤初期，大量溶剂的流失，使得涂层表面过早成型，阻止了剩余溶剂的逸出，涂层就很容易起泡。
    3 气泡防止的措施
3.1 添加消泡剂
    涂料有以最小比表面积形成稳定态的趋势（能量最低）。涂料中夹入的气泡是处干高能态的，就实际加工过程而言，能量的输入和气泡的形成是由机械搅拌、喷涂等原因造成的。因此，若无其它因素影响，夹入的气泡是能够快速逃逸出涂料的。但气泡可通过所谓界面活性物质（如分散剂等）而稳定，这种活性物质溶于涂料中，并具有亲水和疏水的化学基团，它们在空气/树脂界面取向排列并通过静电力阻止小气泡聚结成大气泡。
气泡稳定性的另一个重要因素是气泡的尺寸大小和液体的粘度。为了提高涂敷效率，一次能厚涂，在酚醛改性涂料中加入流变增稠剂，提高涂料的粘度。根据斯托克斯定律，气泡上升到液体表面的速度与气泡的半径的二次方成正比，而与液体的粘度成反比，即：
    V=r2/η
    其中，V为气泡上升速率；η为液体的粘度；r为气泡的半径。
   

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因此，要加快脱泡的速度，消除气泡，除了某些机械作用如抽真空外，还可通过下列手段加以提高：（1）消除界面活性物质；（2）形成大气泡将加速上升逸出；（3）降低液体或体系粘度。
    消泡剂的作用就在于能够置换出空气/液体（如树脂）界面上的活性物质。当消泡剂进入气泡的表面时，置换出空气/液体（如树脂）界面上的活性物质，使气泡的表面张力急剧的变化，在气/液界面间扩散，小气泡聚结成大气泡，加快上升，气泡壁迅速变薄，最后导致破灭。不溶的消泡剂再重新进入下一个气泡的表面，重复上述过程。这个过程将会继续不断地进行下去，直到消除所有的气泡。
3.2 采用高沸点溶剂
    对于常温挥发干燥型涂料而言，一般只要求溶剂的溶解力、挥发率，而对烘烤型涂料而言，由于需要高温烘烤，故对其有较高要求，尤其是溶剂的沸点，必须选择与树脂体系相适应的高沸点溶剂（150～230℃），如异佛尔酮和二甲酸酯（DBE）等，减少和防止涂膜在烘烤过程中产生气泡等其它表面问题，以满足涂膜的流平。
    烘烤型涂料由于涂层是在高温烘烤中逐渐形成的，故其表面流平受高温的影响尤甚。涂膜在低温阶段的流平需要一个时间过程，往往要求溶剂能稍慢挥发，而在高温阶段需要尽快干燥成型，否则不利于表面流平。二甲酸酯（DBE）的挥发速率随温度的升高而加快，增加的幅度比其他常规溶剂大，DBE的这种挥发速率非常适合于烘烤型涂料，可有效地控制涂层的干燥过程。在涂料的干燥初期，要求溶剂挥发较慢，这是形成涂层的关键，而大多数常规溶剂在这一阶段挥发量最大，挥发较快；在干燥后期，则要求溶剂加快挥发速率，以不影响涂层的干燥速度。DBE的挥发特性与涂层对溶剂的挥发速率要求相吻合，因而在烘烤型涂料中采用DBE可使涂层获得较好的性能。
    对于某些烘烤型涂料，其溶剂往往采用混合溶剂，一方面可降低成本，另一方面有利于涂膜的干燥成型。混合溶剂包含低、中、高沸点的各种溶剂，如芳烃族溶剂、醇类溶剂、酯、酮类溶剂等。
3.3 控制好烘烤温度
    烘烤型涂料在烘烤前应先在空气中晾干一定的时间，先使湿膜内部溶剂挥发掉大部分，并且有机会流平，以减少涂膜出现“气泡”、“针孔”、“起皱”等缺陷。烘烤时升温速度不易太快，否则涂膜因强烈加热，溶剂急剧挥发，涂膜来不及内流平，也容易形成 气泡。底漆及中间漆的烘烤温度不宜过高，时间不宜过长，以免影响层间附着力。面漆最好采用先中温后高温两级烘烤固化法。
    4 结语
    消泡剂能够加快烘烤型涂料中气泡的脱泡速度，通过添加消泡剂来解决涂料在生产过程和涂装过程中的气泡问题，是一种便捷有效的方法，重要的是应选择适当的消泡剂以达到最佳效果。
    高沸点溶剂应用到烘烤型涂料中，可改善涂膜得流平性，消除涂料在烘烤过程中的气泡。与其它低、中沸点溶剂混合使用，在涂料的成本上和涂膜的固化成型上，可以得到比较满意的效果。
    掌握好烘烤温度也是提高涂装质量的重要环节。

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加入快干性的溶剂反而得不偿失