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涂层的匹配

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发表于 2016-11-30 10:33:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
0 前言

顾名思义,匹配广义上是和谐共处的能力或相处得很好。当涂料组分(包括稀料)在罐中如果不能很好地相互共存或与表面共存就常可能产生问题。可以肯定的一件事是施工人员首当其冲要承担责任。
本文将检查不同类型涂料相容性问题,讨论材料匹配性、涂料相容性和底材匹配性。
1 材料匹配
材料匹配始于涂料配方,配方设计人员应选择树脂、颜料、溶剂和相互匹配的其它组分来制备涂料。当混合涂料时涂料材料应连续一致。如果涂料已硬化、胶化或卷曲化,多数可能是制备或存放时涂料的不相容性引起。涂料既不能采用规格不符合的组分制备,也不能超过其贮存期。如果涂料混合后很快分离,混合的漆也存在问题。记住,富锌涂料特别是有机锌,因为锌粉密度比漆液中树脂、溶剂和其它颜料大得多,会分离沉降,所以分离是正常的和预料中的。在应用时它们确需一定的搅拌,不要采用硬化、胶化或卷曲化的材料或混合后分离的材料。
溶剂是涂料制备中的一个重要组成部分,采用不适合溶剂作涂料稀料可能引起材料分离或凝聚,只能采用涂料制造商推荐的稀料。对用于清洗设备的溶剂也如此,如果采用不合适的清洗溶剂,涂料在喷枪中或管路中硬化就会成为一个大问题。
2 新涂料的涂料
相容性
涂料相容性指涂料的一个涂层粘附到另一个涂层的能力(图 1 )。涂层固化机理有 4 个:空气氧化、溶剂挥发、多成分化学反应和水解(与水反应)。一般来说,由同样基本原理固化的涂层通常相互匹配,通过不同机理固化的涂层不相匹配。当然也有例外。
通过用空气中的氧化结合涂料树脂中的干性油来固化涂层将漆液转化为固体膜的。其中的涂料类型是油性漆、醇酸、有机硅醇酸、环氧酯和含油酚醛。涂料中的部分干性油甚至在固化后继续氧化(与氧气反应)。这可能使漆膜随时间增长变更硬和更脆。当它已达到发生开裂或发生细裂纹(不渗透到涂层之下的小裂纹)的某一点时,即使与本身配合也不能过涂。
在相对短的时间内一个涂层应用于另一个涂层的正常涂装操作中,空气氧化涂料是完全匹配的,但某些快干底漆可能很快达到不会接受另一个涂层的一个点。在装配店中快干底漆的采用,数周或数月后接着结合涂层,就已导致由于剥落的许多问题。
在施工约最初 6 个月后空气氧化体系不与通过溶剂挥发或化学反应固化的涂层相匹配(不能被重涂)。在这些漆中的强溶剂会攻击空气氧化层引起部分不溶,由此可能产生收缩、起泡和咬底。约 6 个月后它们更不匹配。
              
图 1 从中涂层脱落的不匹配的面涂层            图 2 胺红印            图 3 涂装到软涂层上硬涂层由于热膨胀和收缩引起的开裂
通过溶剂挥发固化的涂料一般不能经受从液体到固体的化学反应。它们必然是一种固体树脂的溶液。乙烯酯、丙烯酸酯、氯化橡胶、沥青、煤沥青及含沥青的涂料属于此类。通过溶剂挥发固化的涂料在其整个寿命中对溶剂是敏感的,这种敏感性使之易于用其本身重涂。然而,如果这些涂料在湿热的天气施工,快速挥发溶剂可能足以冷却表面而引起潮气冷凝,在表面而形成妨碍附着的红印( blush )。红印应通过打磨除去。通过溶剂挥发固化的涂料不应采用通过化学反应固化类型的涂料重涂,强溶剂会溶解涂层,发生在化学反应涂层中的固化应力既会将涂层拉开也会将本身拉离表面。
乳胶涂料可以归于通过溶剂挥发固化的特殊的一类涂料,乳胶是一种在水中树脂状材料的乳液。施工后,水挥发,微乳液粒子聚结(扩散)而非反应。普通乳胶漆是丙烯酸和乙烯(聚醋酸乙烯)乳液。乳液涂料确含少量有机溶剂,但不像其它涂层类型那样足以润湿表面,它们通常不能与通过化学反应或溶剂挥发固化的重涂涂层匹配。
通过两组分化学反应固化的涂料通常由 2 种或 2 种以上组分在施工前混合在一起来制备。它们通过化学反应转化为硬且平滑的涂膜。这种化学反应是不可忽视的,固化膜最终会丧失在普通涂料溶剂中的溶解度。环氧、煤焦环氧和聚氨酯是其中最普遍的涂料。
通过化学反应形成的涂料可以又硬又平整,且不会被下一涂层中的溶剂软化,这些涂料均具有最低重涂时间和最大重涂时间。所以尽管当开始应用时匹配但涂下一涂层的时间也有限制,重涂时间可以从几小时到一年以上,这取决于涂料类型和特定配方。
另外,某些环氧固化剂与水可反应,因而,在冷且湿的天气施工可能引起胺红印(图 2 )。这是一种形成于表面的黄色盐。为了下一涂层的良好附着应除去红印,它是一种盐,可溶于水中被冲洗掉。
最后一个涂层固化机理是水解或与水反应,水源是空气中的潮气。其中的 2 种涂料类型是无机富锌底漆和潮气固化 PU 。无机富锌底漆是这 2 种类型中固化较慢的,如果另一涂层在它充分固化前置于无机锌上,涂层可能剥离。在此情况下,底漆在自身内部与面漆一道裂开,一层薄底漆留在表面,而剩余部分在剥落漆片的背表面。
采用富锌底漆要涂面漆的表面大多是锌金属,富锌底漆的面涂层类似于镀锌。无机富锌涂料和镀锌与含干性油特别是通过空气氧化固化的涂层不相容,当其施工时涂层可能发粘, 但在 6 个月到 1 年里,潮气通过涂膜迁移,在油和锌之间发生反应,这种反应会引起干性油涂层明显从富锌底漆剥落。
涂层相容性的另一规则是硬涂层不应施涂于软涂层上,尽管其会很好地粘结在一起,软涂层具有柔韧性,而硬涂层没有。因而,在如热胀缩的应力下软涂层的运动会引起硬涂层开裂。所以,如在某种条件下,将醇酸置于沥青涂层上可能导致醇酸开裂(图 3 )。
上面主要概述了涂层相容性,因为通过同样机理固化的 2 种涂层不保证它们是匹配的,来自不同制造商的 2 种涂料即使是同一类型也可能不匹配。当应用一种涂料体系时,只采用一家制造商的产品且采用其推荐产品常常是明智的。在许多说明书中它会被强调。
3 涂料材料旧涂层
当一种涂料体系已开始劣化或需要局部清洁和重涂时,要注意上述提出的一般规则。主要关注的问题是对实际的涂料材料特别是面漆可能不完全了解。另外,对于一个成功的涂料项目还要了解存放期的影响因素。也许需要了解面漆的一般分类,如果不了解,涂料实验室可以分析样品区分一般涂料类型,但即使用这种信息,在制造商配方中的差别和目前已有涂层的条件将影响匹配。
当需要重涂时,一般推荐进行补丁试验来评估相容性(图 4 )。 ASTM D5064“评估涂料相容性进行补丁试验的标准实践”描述了如何进行这个试验(图 5 和图 6 )。应选择表征要涂装的结构的试验位置,考虑隐蔽及非隐蔽区、阴阳面、水平及垂直表面等。
推荐至少 3 个试验补丁区,每个试验补丁应尽可能大,推荐的最小尺寸是 1 m 2 ( 10 ft 2 )。当结构重涂时,采用某种方法来清洁表面,然后,应用推荐厚度的试验涂层。涂层较好的施工方法应是当工作进行所计划的同样施工方法,如用喷涂施工,但应用补丁试验时不易采用喷涂设备,在此情况下,用刷或辊涂施工可能是必要的,尽管这可能引起某种过失,为要求适当厚度、流平、流挂、遗漏孔眼等,检查试验补丁而纠正之。如果缺陷不能更正,采用一个新的试验补丁。
        
图 4 附着力差的试验补丁               图 5 试验补丁应用                   图 6 在试验补丁上测试湿膜厚度
然后试验补丁应可固化,应进行短期或长期评估,长期评估更可靠。在短期评估时,涂层可以固化最少 32 ℃ 7 d 、 21 ℃ 10 d 和 10 ℃ 14 d 。决定时间长短要谨慎,如晚间温度不会如白天那样变化大,检查试验补丁整体表面的收缩、起泡、泥裂、细纹、开裂、剥落、咬底或不粘接,然后进行胶带或刀片附着试验。短期评估将只是指出是否已有涂层和过涂体系有严重不匹配。
           
图 7 经过一个冬天后的补丁上的附着力测  图 8 从打磨级表面脱离的漆膜       图 9 从未除去过固化剂的混凝土表面的剥离涂层
在长期评估中,试验补丁可以尽可能长期保留,估量 推理的气候变化。试验应跨越最差的气候季节,如较冷气候的冬季及温暖气候的夏季(图 7 )。长期试验补丁的评估技术类似于用作短期补丁试验的技术,长期评估的优点是过涂材料会呈现其全部固化应力。将涂层暴露在最恶劣和应用环境热循环也是评估的一部分,6 个月是长期评估最理想的时间。如果时间不允许 6 个月,暴露的试验补丁要尽可能长,例如在北方的凉爽气候暴露试验补丁要整个冬天,深秋施工早春评估,大多数人可能考虑冬季来临前的涂装工作,但它也是计划下一个涂装季节工作的好时间。
4 底材匹配
涂料特别是底漆应与要施工的底材一致。
多数型钢通过热轧工艺制成,热轧产生氧化皮,氧化皮光滑且呈脆性,多数高性能涂料与氧化皮不 匹配(图 8 )。磨擦抛丸,用于除去氧化皮粗化表面,促进附着。
冷轧钢用于如家电、车身和办公家具等物品的制造,冷轧钢可以抛丸清理,那么其表面就如同热轧钢表面,但平滑的外观对消费者涂装相对薄的涂层是非常重要的,因而,通常的程序是用磷酸锌处理表面,形成粗糙度约 1 ~ 10 μm ( 0.04 ~ 0.05 mil )的磷酸锌铁涂层,然后可以采用类似于用在热轧钢的任何类型涂料。
对钢的腐蚀保护采用不同形式的锌涂层,包括镀锌、金属化和富锌底漆,前述涂料 ( 如通过氧化固化的油和醇酸 ) 与锌不匹配,通过化学反应或溶剂挥发固化的涂料是较好应用的材料。
铝由于其多种合金的耐腐蚀性因而是一种普遍采用的轻型结构材料。铝的表面平滑且相对软,很活泼的金属铝很快形成一种可能阻碍涂层附着的氧化层,用软擦拭的轻微打磨会除去氧化层,轻度粗化表面促进附着。用于促进铝和涂层间的匹配性的另一个方法是采用磷酸盐处理,这种处理形成促进附着的晶体结构。
混凝土是一种碱性材料,在油性涂料如通过氧化固化的涂料中的基料会打破碱性环境,不应该应用在这种底材上。而且,不与混凝土固化剂匹配的涂层会剥落,除非涂料施工前除去固化剂(图 9 )。
5 结论
涂料匹配可能意味着许多方面,它可能与配方中组分的相容性、与其它涂层的匹配、与旧涂层匹配,或与底材匹配有关。保证相容性的最好途径是遵循涂料制造商的要求,只用制造商推荐的稀料和清洗溶剂,不与其它制造商的涂料混用。确信要涂的底材涵盖在产品数据材料里。当在已有涂料体系上再涂时推荐补丁试验。






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