涂料的消光原理及其應(yīng)用

▌光澤及光澤的影響因素

 

光澤和光澤的測(cè)定

光線投射到物體的表面會(huì)發(fā)生光線的反射，物體表面對(duì)光線的反射能力稱(chēng)為光澤。不同物體表面的光澤不一樣，衡量物體表面對(duì)光線反射能力的大小，稱(chēng)為光澤度。光澤度用百分?jǐn)?shù)表示。物體表面的光澤度越高，它反射光線的能力就越強(qiáng)，亮度也就越高。光澤度的大小通過(guò)光電光澤儀進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)光澤度的大小，可以將涂料分為亮光、亞光、無(wú)光等。

光澤度分類(lèi)（以60°的反射光澤劃分為例）

分類(lèi)	無(wú)光	亞光	亮光
亮光光澤度（%）	<10	15-60	>60

 

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涂膜表面的粗糙度

物體表面光澤和物體表面的粗糙度緊密相關(guān)。光線射到物體表面上時(shí)，一部分會(huì)被物體吸收，一部分會(huì)發(fā)生反射和散射，還有部分會(huì)發(fā)生折射。物體表面的粗糙度越小，則被反射的光線越多，光澤度越高。相反，如果物體表面凹凸不平，被散射的光線增多，導(dǎo)致光澤度降低。

 

涂膜的成膜過(guò)程

涂料涂刷在物體表面上后，通過(guò)溶劑的揮發(fā)而固化成膜。涂料涂膜的形成過(guò)程對(duì)涂膜的表面粗糙度和光澤至關(guān)重要。在濕膜階段，溶劑的揮發(fā)速率在涂膜表面的擴(kuò)散控制，當(dāng)溶劑的各組分揮發(fā)速率差別不大時(shí)，有可能得到高光澤的表面；反之，當(dāng)溶劑的各組分在濕膜階段的揮發(fā)速率不相同時(shí)，它會(huì)使聚合物分子傾向于形成卷曲，甚至析出，變成大小不一的顆粒或團(tuán)狀物，涂膜表面呈現(xiàn)出凹凸不平。在干膜階段，溶劑的揮發(fā)速率主要受溶劑在涂膜整體里的擴(kuò)散控制，也會(huì)對(duì)涂膜表面的粗糙度產(chǎn)生影響。此外，在涂膜的形成過(guò)程中，隨溶劑的揮發(fā)，涂膜會(huì)變薄并收縮，涂料中的一些懸浮的重粒子就會(huì)在涂膜表面重新排列，造成涂膜表面不平整。

 

顏料、細(xì)料的粒度和分布

涂料中顏、填料的顆粒大小和粒度分布是影響涂膜光澤的重要因素之一。當(dāng)顏料顆粒的直徑小于0.3μm時(shí)，才可以獲得高光澤的涂膜。原因是分散在涂料中的顏料顆粒在制成一定厚度的涂膜，并干燥后，僅有最上層的顏料顆粒局部的上突，顆粒直徑小于0.3μm的顏料離子所造成的涂膜表面粗糙度不會(huì)超過(guò)0.1μm。當(dāng)顏料的平均顆粒直徑在3-5μm之間時(shí)，可以得到消光效果較好的涂膜。

 

除以上三個(gè)因素可以影響涂膜表面的光澤外，顏料的體積濃度（PVC）、顏料的分散性以及涂膜表面結(jié)構(gòu)和表面反射特性等因素也會(huì)影響涂膜表面的光澤。其中，隨顏料的PVC增大，涂膜表面的光澤度先是降低，在顏料的極限體積濃度（CPVC）處出現(xiàn)極小值，然后伴隨著PVC的增大，光澤度也變大。當(dāng)顏料種類(lèi)和用量確定后，分散越好，涂膜表面的光澤度越高。

 

▌消光原理

 

結(jié)合涂膜表面光澤產(chǎn)生的機(jī)理和影響光澤的因素，消光就是采用各種手段，破壞涂膜的光滑性，增大涂膜的表面微觀粗糙度，降低涂膜表面對(duì)光線的反射。可以分為物理消光和化學(xué)消光兩種方式。物理消光是加入消光劑，使涂料在成膜過(guò)程，表面產(chǎn)生凹凸不平，增大對(duì)光的散射和減少反射。化學(xué)消光是靠在涂料中引入一些例如聚丙烯接枝物質(zhì)類(lèi)能吸收光線的結(jié)構(gòu)或基團(tuán)來(lái)獲得低光澤。

 

▌消光方法

 

消光劑

（1）金屬皂

金屬皂是早期常用的一種消光劑，主要是一些金屬硬脂酸鹽，像硬脂酸鋁、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂等，其中硬脂酸鋁應(yīng)用的最多。金屬皂的消光原理是基于它和涂料成分的不相溶性，它以非常細(xì)的顆粒懸浮在涂料中，成膜時(shí)則分布在涂膜表面，使涂膜表面產(chǎn)生微觀粗糙度，降低涂膜表面光的反射而達(dá)到消光目的。

 

（2）蠟

蠟是使用較早應(yīng)用較為廣泛的一種消光劑，它屬于有機(jī)懸浮型消光劑。在涂料施工完畢后，隨溶劑的揮發(fā)，涂膜中的蠟析出，以微細(xì)的結(jié)晶懸浮在涂膜表面，形成一層散射光線的粗糙度面起到消光作用。蠟作為消光劑的特點(diǎn)是使用簡(jiǎn)便，可以賦予涂膜良好的手感和耐水、耐濕熱、防沾污性。但蠟層在涂膜表面形成后也會(huì)阻止溶劑的揮發(fā)和氧氣的滲入，影響涂膜的干燥和覆涂。今后發(fā)展趨勢(shì)是合成高分子蠟與二氧化硅并用，使其獲得最佳消光效果。

 

（3）功能型細(xì)料

體制顏料，如硅藻土、高嶺土，合成二氧化硅等都是專(zhuān)用作消光劑的功能細(xì)料，它屬于無(wú)機(jī)填充型消光劑。在涂膜干燥時(shí)，他們的微小顆粒會(huì)在涂膜表面形成微粗糙面，減少光線的反射獲得消光外觀。這類(lèi)消光劑的消光效果要受到很多因素制約。

 

以二氧化硅為例，它在用作消光劑時(shí)，其顆粒的孔體積、平均粒徑及粒徑分布、干膜厚度以及顆粒表面是否經(jīng)過(guò)處理等因素，都會(huì)影響到它的消光效果。

 

涂料為獲得低光澤，消光劑起到了不可替代的作用。但在使用過(guò)程中，仍存在諸多缺陷有待改進(jìn)，如消光劑選取和使用條件較為苛刻，價(jià)格偏高。國(guó)內(nèi)消光劑多含有環(huán)脒類(lèi)物質(zhì)，涂膜易泛黃，耐烘烤性差。生產(chǎn)性能優(yōu)良價(jià)位適中的消光劑，仍是需要解決的問(wèn)題。

 

消光樹(shù)脂

樹(shù)脂時(shí)涂料必不可少的成分，因此就產(chǎn)生了消光用樹(shù)脂，利用它和其他樹(shù)脂作用成膜獲得低光澤。可以避免使用消光劑，降低涂料成本。

 

它的機(jī)理：

①利用消光樹(shù)脂中的官能團(tuán)和涂料組成中的固化劑與另外樹(shù)脂固化溫度的不同，產(chǎn)生先后固化，使涂膜表面產(chǎn)生不均勻收縮，從而破壞涂膜表面的光滑性，產(chǎn)生消光。

 

② 增大兩種樹(shù)脂之間的表面張力差，使涂膜收縮不均勻產(chǎn)生微粗糙度。

 

③在合成樹(shù)脂中引入相溶性差的單體，涂料成膜使這些單體會(huì)促使合成樹(shù)脂從涂膜中析出，從而增大涂膜表面的微觀粗糙度，降低光澤。