桔皮或微波動是尺寸大小在0.1mm～10mm之間的波紋狀結構。在高光澤的涂層表面，人們可看到波狀、明暗相間的區域。可以區分兩種不同等級的波動:長波動,也稱為桔皮,這是間隔達2～3距離上能觀察到的波動;另一種叫短波動或微波動,這是間距約50cm處觀察到的波動。
要指出的是有時為了遮蓋底材的表面缺陷或者獲得特殊的涂層表面外觀,而有目的的設計一定的波動度或波紋結構。
因此,“桔皮”可定義為“高光澤表面的波狀結構”,其使漆層表面產生斑紋、未流平的視覺外觀。
粉末涂料涂膜的視覺外觀(光澤、霧影度、流平桔皮)的控制非常重要,特別是在不同埸合噴涂的部件組裝時。
本文簡要介紹了粉末涂料成膜過程中流變力對膜流動和表面外觀的影響。論述了如何避免桔皮形成、以及如何判斷和比較桔皮現象等其它方面。
影響粉末涂料中涂膜流動和外觀的因素
在工業涂料中、粉末涂料在制備和成膜過程中的相變化是獨特的。由于缺乏溶劑 來潤濕和提高涂膜流動性,導致粉末涂料比液體涂料更難去除表面缺陷。雖然兩者的主要組份類似,但相比于液體涂料、熱固性的粉末涂料立足于十分不同的機理.
粉末涂料是無溶劑的均一體系。在制備過程中,顏料和其它組 份通過熔融混合被分散和部分包裹于低分子固體樹脂中。粉末涂料使用是通過空氣把粉末傳送到底材上(粉末懸浮于空氣中),再通過電荷使之附著于底材上。在預定的溫度下加熱,使粉末顆粒熔化、聚集在一起(聚結),流動(成膜),接著流平,這期間通過一個有粘性的液態階段潤濕表面),最后化學交聯形成高分子量的涂膜,這就是粉末涂料的成膜過程。
影響涂膜流動和外觀的因素
成膜過程可分為熔融聚結,形成涂膜,流平三個階段
在給定溫度下,控制熔融聚結速度最重要的因素是樹脂的熔點、熔融態粉末顆粒的粘度以及粉末顆粒的大小。為了使流動效果最佳,熔融聚結應當盡可能快地完成,以便有較長時間來完成流平階段。固化劑的使用縮短了可供流動和流平所需的時間,因而那些極為活性的粉末形成的涂膜常呈現桔皮。
影響涂膜流動和流平的關鍵因素是樹脂的熔融粘度、體系的表面張力和膜厚。轉而,熔融粘度尤其取決于固化溫度、固化速度和升溫速率。
以上提及的種種因素,連同粒徑分布和膜厚,通常由所要求的涂膜性能、被涂物件和粉末施工條件等所決定。
粉末噴涂時流動和流平的動力來自體系的表面張力,這一點前面也曾經提到。該作用力同施加到涂膜上的分子間引力相反,其結果導致如熔融粘度越高,則對抗流動和流平的阻力越大。因此,表面張力和分子間引力之間的差值大小決定著涂膜流平的程度。
對于流動性很好的涂料，顯然,該體系的表面張力應盡可能高,且熔融粘度盡可能低。這些可通過加入能提高體系表面張力的助劑和使用低分子量低熔點的樹脂來實現。
根據以上條件制備的涂料能具有極好的流動性,但是由于其高的表面張力會導致縮孔,同時由于較低的熔融粘度會產生流掛,且邊角涂覆性差。實際工作中,體系的表面張力和熔融粘度都控制在特定范圍內,這樣可得到合格的涂膜表面外觀。
表面張力和熔融粘度對涂膜流動的影響見圖2。圖中可以看到,太低的表面張力或太高的熔融粘度會阻止涂膜流動,導致涂膜流動性差,而表面張力太高時成膜過程中會出現縮孔。熔融粘度太低會使粉末的物理貯存穩定性變差,施工時邊角涂覆性差,且施工于立面時產生流掛。
綜上所述,很明顯,得到的粉末涂料涂膜最后的表面狀況、缺 陷和不足(如桔皮,流動性差,縮孔,針孔等)是相互密切關聯的,同時也被在成膜過程中參與相變的流變力所控制。
粉末顆粒大小分布狀況也影響著涂膜的表面外觀。顆粒越小,由于其熱容較大顆粒的低,因此其熔化時間比大顆粒的短,聚結也較快,形成涂膜的表面外觀較好。而大的粉末顆粒熔化時間比小顆粒的長,形成的涂膜就可能會產生桔皮效應。粉末靜電施工方法(電暈放電或摩擦放電)也是導致桔皮形成的一個因素。
怎樣減小或避免桔皮效應
促進流動和流平能減少或避免桔皮。體系使用較低的熔融粘度、固化過程中延長流平時間以及較高的表面張力可提高流動和流平性。控制表面張力梯度是減少桔皮的重要參數，同時還要控制涂膜表面的表面張力均勻,以獲得最小的表面積。
實際工作中常使用流動促進劑或流平劑來改善涂膜外觀,以消除桔皮、縮孔、針孔等表面缺陷。性能好的流動促進劑能降低熔融粘度,從而有助于熔融混合和顏料分散,提高底材的潤濕性，涂層的流動流平,有助于消除表面缺陷以及便于空氣的釋放。應考察流動改性劑用量與效果的關系。其用量不足會導致縮孔和桔皮,而用量過多又會導致失光、霧影,并產生對上層重涂附著力的問題。通常,流動改性劑在預混時加入。它們或做成樹脂的母料(樹脂和該添加劑的比為9/1～8/2),或者以粉末狀吸附在無機載體上。粉末涂料中該添加劑的用量為0.5～1.5%(在以基料計算的有效聚合物中),但是在濃度較低時可能效果也不錯。
流動改性劑中聚丙烯酸酯系樹脂應用最廣,如聚丙烯酸丁酯(“Acronal 4F”)、丙烯酸乙酯-丙烯酸乙基己酯共聚物和丙烯酸丁酯-丙烯酸己酯共聚物等。它們可在濃度很寬的范圍內使用。一般聚丙烯酸酯對表面張力影響很小,它們能有助于涂層形成比較恒定的均勻表面。同那些使表面張力降低的添加劑(如硅氧烷等)相比,它們不會降低表面張力,因此可用來加速流平。降低表面張力的添加劑包括表面活性劑、氟化烷基酯以及硅氧烷等。它們對加入量的多少非常敏感。安息香是一種脫氣劑,也有降低表面張力的效果,被廣泛用于改善粉末涂料涂膜的表面外觀。
桔皮外觀的判斷
可以從視覺上或使用外形測示儀的機械方法或通過波紋掃描來評估和比較桔皮外觀。
(1)目測法
在此測試中,樣板置于雙管熒光燈下。通過適當放置樣板可獲得樣板的反射光源。定性分析反射光的清晰度就可以從視覺上評估流動和流平性質。在流動性差(桔皮)情況下,兩個熒光燈管看起來模糊,不清晰,而高流動性產品則可獲得清晰的反射。
(2)“外形測量法”:
在此方法中,通過高靈敏探針的偏移來記錄表面形狀。由此可快速區別由縮孔、針孔或臟污物引起的粗糙、桔皮以及流動不佳引起的波動間的差異。
(3)Byk-Gardener“波紋掃描桔皮儀測量法”
通過在表面聚焦,“波紋掃描”設計用來模擬視覺判斷。將該儀器在樣品表面上移動10cm以上距離,用來掃描樣板的表面。此法使用激光光源從60°角照射樣板表面,再在相對的同樣角度下測量反射光。當光束照射到表面上的峰端或峰谷時,檢測到的信號最大;而當光束照射到峰坡上時,記錄的信號最小。波紋掃描測量的是人們視覺上能看得見的光學表面光潔度,而外形測量儀測量的是人們觸摸能感覺到的機械外形光潔度。
總結
本文對粉末涂料的成膜機理作了簡短的論述,同時闡述了影響涂膜流動和外觀的因素,桔皮形在的條件以及選擇最佳成膜涂料和使用流動促進劑來避免這些缺陷的原理。另外還簡潔介紹了桔皮的評測方法。
