表面张力和粉末涂料的固化过程

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1、表面张力和粉末涂料的固化过程Surfacetensionstudyofthelevelingandcuringprocessofpowdercoating宁波志华化学有限公司任浩张欣华夏义文摘要：表面张力在粉末涂料的固化过程中起着至关重要的作用，一直以来被视为粉末涂料流平的推动力，而且关系到粉末涂料对底材的浸润和流平，处理不好表面张力的问题容易导致缩孔、橘皮以及针孔等缺陷。本文综述粉末涂料固化过程中表面张力的变化趋势，介绍了流平剂在粉末涂料固化过程中的作用机理，并分析了缩孔产生的原因和缩孔的分类。关键词：粉末涂料表面张力流

2、平剂增光剂缩孔1．引言粉末涂料固化后形成的表面状况，很大程度上取决于熔融和流平过程中表面张力（推动力）和体系粘度（阻力）[1],一方面，低的表面张力可以提供熔融粉末与底材较好的铺展，但是如果表面张力太低，又会影响流平效果，可能会产生橘皮现象。另一方面，如果不降低表面张力，熔融粉末会产生缩孔等弊病。所以，表面张力在粉末涂料熔融、流平过程中起着极其重要的作用，但是由于其很难通过实验方法测得，而且粉末涂料的固化过程是一个极其复杂的过程，所以到目前为止还没有一个确切的理论对其进行阐述。本文综述粉末涂料固化过程中表面张力的变化趋势，

3、介绍了流平剂在粉末涂料固化过程中的作用机理，并分析了缩孔产生的原因和缩孔的分类。2．原理介绍2.1表面张力两个物相相互接触时，交界处有几个分子厚度的过渡区称为界面，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。对于气-液界面，液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小，这种微观的受力不均匀放大到宏观的相界面，使表层分子处处存在一种张力，把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，力的方向指向界面的切线方向，用γ表示，单位是N·m-1。2.2铺展与浸润方程图1熔融粉末接触角附加压力示意图如

4、图1所示，在气-液-固三相界面接触处，存在一个接触角，用Young’s公式[2]表示为式中：γs-g——熔融粉末气相与基底之间的表面张力。γl-s——熔融粉末液相与基底之间的表面张力。γl-g——熔融粉末液相与熔融粉末气相之间的表面张力。称为浸润角，＞90°表示液体不能浸润固体表面；＜90°表示液体能润湿固体表面；=0°即=1表示液体能完全润湿固体表面。由此可见，γs-g力图使液体沿底材表面铺展，而γl-s和γl-g则力图使液体收缩。所以，减小熔融粉末涂料与气体间的表面张力γl-g，减小熔融粉末与底材间的表面张力γl-s可

5、以促进粉末涂料对底材的浸润和铺展。2.3弯曲表面上的附加压力在熔融粉末表面，每一段小平面两边都存在周围液体对它的表面张力γl-g，大小相等，方向相反，合力为零。对于凹凸不平的表面，如图1所示，在凹面上，由于表面张力γl-g方向不在同一直线上，所以产生了一个方向指向凹面圆心的合力Ps，定义为附加压力，外界大气压为P0，所以凹面上的总压为P0-Ps；凸面上有一向下的合力Ps，总压力为P0+Ps。附加压力的存在可以使凹液面上升，凸液面下降，所以表面张力γl-g是促进粉末涂料流平的主要动力。2.粉末涂料固化过程图2粉末涂料成膜固化

6、过程示意图/ESEM照片[3]2.1第一阶段：结聚（1min-3min40-60℃[4]）粉末在烘烤过程中，随着温度的升高，粉末涂料颗粒表面开始熔融，继而熔融的周界相互聚集。如图2-(a),2-(b)所示。2.2第二阶段：熔融铺展及流平（3-7min80-100℃）2.2.1流平阶段在这个阶段，由于流平剂本身具有很低的软化点，所以，当粉末涂料中加入流平剂以后，整个体系的软化点降低。流平剂快速迁移至熔融体系的表面，形成一层表面张力局部均一的分子层。众所周知，表面张力是粉末涂料流平的主要推动力，通常的理解是流平剂可以增加表面张

7、力，然而这却是一个比较大的理解误区。K.Grundke等人[5]用BASF公司的聚丙烯酸丁酯作为流平剂，用Wilhelmy平衡法测定表面张力，如图3所示，环氧树脂的表面张力较高，流平剂的表面张力较低，加入0.1wt%的流平剂就可以使其表面张力明显降低，同时，还发现丙烯酸流平剂的存在可以降低表面张力对温度的变化率dγ/dT.图3表面张力随温度的变化关系图4表面张力随流平剂添加量的变化关系物质名称表面张力dynes/cm环氧树脂(EpoxyResin)47聚酯类聚合物(PETPolymer)43聚丙烯酸酯类聚合物(Polyac

8、rilicpolymer)35聚乙烯类聚合物(Polystylenepolymer)33表1部分固体的表面张力数据（25℃）亲树脂端疏树脂端粉末涂料常用的部分固体材料表面张力数据见表1，聚乙烯类聚合物的表面张力比聚丙烯酸酯类聚合物的表面张力还低，而且二者都比环氧树脂的表面张力小，如果加入流平剂的环氧树脂