水性涂料涂膜表面缺陷-缩孔防治

水性涂料涂膜表面缺陷-缩孔的防治

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摘要：本文阐述了引起水性涂料漆膜缩孔的影响因素与缩孔的防治措施。

关键词：缩孔；表面张力差；消泡剂

1. 引言

随着社会的发展，涂料的应用已经越来越广泛，在城市建设和美化中，涂料成为装扮城市的三大要素之一，即花草、灯光、色彩涂料。但在涂料的应用中会碰到各式各样的问题，漆膜产生针孔、缩孔是最常见的问题之一，它会导致建筑物的表面出现缺陷、影响光泽和耐沾污性，降低涂层屏蔽性，使建筑物的整体效果大打折扣，严重影响涂料的使用寿命。本文要介绍了乳胶漆缩孔的形成和预防，以及缩孔问题的处理。

2. 缩孔的形成

涂膜的表面缺陷主要是凹陷、针孔、以及边角的缩边或厚边等现象。涂膜表面凹陷有两种情况，一种是圆形凹陷、一种六角多边型凹陷。涂膜表面出现的凹陷是由表面张力梯度造成的，由于涂料组成的变化和温度变化导致表面张力不均，流体由低表面张力处流向高表面张力处，结果在流体表面形成凹陷，也称为Maragoni效应，最终出现边缘隆起、中心下陷成圆形的缩孔，或边缘隆起、中心下陷为六边形槽的贝纳尔多旋涡。缩孔中心有低表面张力的物质存在，其与周围的涂料存在表面张力差，这个差值就是缩孔形成的动力，促使周围的液体流体向四周背离它(缩孔污源)而流开成凹陷-缩孔。

涂料在施工干燥过程中形成缩孔，有涂料本身的问题和基材清洁问题，由于涂料本身有低表面张力液滴的存在、或被涂饰表面因污染存在有低表面张力区，造成表面张力的不均匀，涂料在表面张力差的作用下，由低表面张力处流向高表面张力处，结果形成一个个中心凹陷的孔洞-缩孔。我们将表面张力的不均匀归为缩孔形成的内因。其实涂料本身的一些性质，如涂料粘度、触变性、涂料干燥速度以及涂膜厚度等，能加剧或减弱涂料流体的流动能力，从而会加剧或减弱缩孔的程度，我们将这些因素归为缩孔的外因。内因是缩孔的必然条件，外因可以适当控制或加剧缩孔的程度。

涂料施工后，干燥成膜过程中，表面溶剂挥发，表面聚合物的浓度增高，涂料粘度增高，都会导致表面张力和表面密度超过本体，形成凹陷。总的来说，较厚涂膜(> 4 mm)的液体涂层，主要是密度梯度驱使流动(图1a)，较薄的液体涂层是表面张力梯度控制流动(图1b)，形成一个个缩孔。

(a) 密度梯度引起(b) 表面张力梯度引起

图1 贝纳尔多涡流示意图

3. 涂漠缩孔的危害

涂漠是一张半透膜，可以透过液体水和蒸汽水，溶解在水中的各种气体(CO2、SO2、O2等)、可溶性盐类物质等可以进出这张半透膜。水蒸汽只有10-7 mm，液体水为几十微米到几个毫米。水和水汽进出涂膜的通道是涂膜的上的结构气孔和针孔、缩孔，以及涂膜表面因各种原因形成的裂缝。涂膜的结构气孔与成膜物质的化学结构和所处的状态有关，结构气孔大小尺寸通常在10-6 ~ 10-4 mm，结构气孔透过水蒸气是很容易的，透过液体水分子聚集体，就比较困难。高交联密度涂膜结构气孔小，成膜物质所处环境温度在其玻璃化温度T g以下，成膜物中的主成膜物质分子链节运动很小，结构气孔小，而环境温度高于成膜聚合物T g后，分子链节运动变得容易，链节间距离加宽，结构气孔变大，通透性加强。由于涂料本身存在表面张力不均匀的小分相，或基材被污染等问题，导致涂料施工过程中涂料对基材润湿不良，结果涂膜表面出现针孔和缩孔。针孔的尺寸在10-3 ~ 10-1 mm，缩孔尺寸大小能达几毫米甚至几十毫米。缩孔很容易透过液体水，在毛细作用下针孔成为水流通的通道。

针孔和缩孔的存在不仅影响涂膜的外观，涂装验收难以通过，更严重的是影响涂漠的防水渗透功能，缩孔的存在，降低涂膜的封密性，水进出涂膜变得更容易。涂膜通透性加强，水分的渗透最终会导致墙体湿度增加、室内潮湿、滋生霉菌，涂膜变色，起泡、脱落、泛碱，涂膜加速老化等。

4. 涂膜缩孔的影响因素

4.1. 消泡剂的影响

乳胶漆中使用了乳液、润湿剂、分散剂、消泡剂、增稠剂等，原料中含有表面活性物质或表面活性剂，容易生成气泡。泡沫阻碍颜填料分散、降低设备利用率、延长生产周期，严重的带来涂膜缺陷、针孔和缩孔。涂料生产好后第二次使用，施工工具带进空气，涂料润湿基材置换出基材空隙中的空气，这些空气在表面活性物质的作用下成为气泡，因此要使用消泡剂消除这些气泡。消泡剂的表面张力应小于消泡液体的表面张力，在消泡体系中溶解度尽量小，有良好的分散性。不能与体系中其它物质反应，不影响颜填料及乳液的稳定性，有很强的扩散能力，不能影响涂料的性能。消泡剂选择最重要的是干膜的性能选择。

为保护涂料生产和施工的正常，使用消泡剂，从涂料成分与性能关系分析，虽然消泡剂对涂料及涂膜性能的影响很小，但它是一种表面活性剂，表面张力低于涂料体系，通常其HLB值在3左右，它不溶解于涂料体系，但可以微小液滴形式分散在涂料体系中，其最佳液滴的直径大小就是气泡壁的壁厚。消泡剂液滴过大或过小都会影响到涂料的性能，消泡剂

液滴过小(消泡剂过度分散)消弱了消泡性能；过大，则涂料体系中有表面张力低于本体涂料

的液滴存在，导致涂膜缩孔现象。因此，有关消泡剂引起的缩孔主要是消泡剂本身存在相容

性欠佳，或分散性欠佳，消泡剂在涂料体系中分散的颗粒过大，或消泡活性物质容易聚集成

较大的消泡剂微滴。选用醋丙、醋叔和苯丙乳液制备三个PVC ~ 40%的有光涂料，光泽在

20 ~ 45% (苯丙光泽20%)，选用三种不同的消泡剂：含少量硅矿油的Foamaster NXZ、分散

性较好的Foamaster 111以及分子级消泡剂FoamStar A10。从表1结果看，普通消泡剂不具

备光泽潜力，容易产生缩孔，分子级的消泡剂FoamStar A10相容性最好，可明显减少漆膜

缩孔。

表1 亲水涂料体系中消泡剂缩孔比较

缩孔等级(级)

乳液

Foamaster NXZ Foamaster 111 FoamStar A10 醋丙3518-3 3 4 5

醋叔3502 3 4 4 苯丙B-98M 1 2 5 注：涂料体系：乳液 =40%，粉体 =39%，PVC ~ 40%的涂料，玻璃板基材，湿涂膜厚度100 µm；

缩孔定级：5 – 没有缩孔，1 – 膜严重缩孔。

3.2. 沾污的影响

涂料体系由于微小分相的存在，导致缩孔的第二个原因，也是涂料生产常见的问题，水

性乳胶漆用原材料污染-无机颜填料粉体的污染，使用污染的粉体生产涂料，同时又使用某

些矿物油类消泡剂，它们可能相互吸附聚集在一起，加剧了缩孔的程度，污染严重者在研磨

漆浆时形成大大小小的絮状油污浮现在涂料表面(如图2)，严重损害涂料质量，较轻微的细

小的油点看似小气泡浮在漆浆表面。涂膜表面缩孔，20倍放大镜下是粉、油混合物，如图3

所示；轻微者涂膜表面开裂，因为有松散的粉末团体存在，与周围本体涂膜膨胀系数不一样。

图2 浮絮状油污图3 油污

施工问题导致的涂膜缩孔，通常是被涂基材污染，涂漆前基材清洗不彻底，基材上存在

油渍、污渍等，导致被污染处表面张力低于其周围涂料的表面张力，涂料在被污染处无法铺

展而导致缩孔。

5. 缩孔的预防与解决

减少涂膜缩孔重点在预防，设计合理性强的涂料生产配方、控制涂料制造工艺，严格控

制涂料原料检测，可以减少缩孔发生的几率。缩孔已经造成，要彻底解决通常比较困难，需

要内外因结合控制缩孔的程度。