针对不同物体、用途及环境,涂料除需具备装饰与保护功能外,对涂层的光泽度亦有特定要求。光泽,即涂膜定向反射光线的能力,其高低直接关联反射光量的多少,通常以光泽仪测量所得的光泽度来衡量。光泽度是指规定入射角下,涂膜表面正反射光量与标准板面在此条件下正反射光量的比值。
高光泽度常用于展现如轿车、飞机等物体的奢华与高端感;而家具、地板则倾向于采用柔和光泽,以符合人体视觉舒适度。电子厂房、医院则偏好哑光涂料,营造宁静、舒适及优雅的氛围。军事装备和设施出于隐蔽、保密及安全考虑,多使用消光涂料。部分仪器部件因光学性能需求,表面涂层呈现半光状态。建筑外墙涂料为减少光污染、掩盖瑕疵,则倾向于低光泽设计。
调节涂料光泽度的关键手段在于使用消光剂和增光剂。增光剂主要通过优化颜料分散、改善涂膜流平及降低表面张力,从而提升光泽度。消光剂种类繁多,如金属皂、改性油、蜡及功能性填料等,它们通过增加涂膜表面粗糙度来达到消光效果。在涂料配方中,光泽调节主要依赖消光剂的应用。
涂料光泽的影响因素
光线照射到涂膜上时,部分光线会被反射和散射。涂膜表面越平整,反射光线就越强,光泽值相应提高;反之,若表面粗糙,散射光线增多,光泽度就会降低。因此,涂膜的光泽度直接反映了其表面的粗糙程度,这一特性主要受颜料颗粒大小与分布、颜料分散情况、颜料体积浓度以及成膜过程等因素影响。
颜填料对涂料光泽的影响
颜填料的粒度和分布
颜料颗粒的大小和分布对涂膜光泽有着重要影响。减小颜料颗粒大小能有效降低涂膜粗糙度,从而提升光泽度。通常,颜料颗粒平均直径小于0.3微米时,涂膜才能呈现出高光泽,分散在涂料中的颜填料颗粒在制成一定厚度的涂膜并干燥后,仅有最上层的颜料颗粒局部上突,颗粒直径小于0.3μm的颜料粒子所造成的涂膜表面粗糙度不会超过0.1μm。粗糙度越低,光泽越高。当颜料的平均颗粒直径在3~5μm之间时,因表面粗糙度太高,反而会造成涂膜的消光。
调整颜料,尤其是体质颜料的用量,是控制色漆漆膜光泽的常用手段。在油基漆中,无光泽漆的颜料体积浓度(PVC)通常在52.5%至71.5%之间,半光漆的PVC为33%至52.5%,而磁漆的PVC则控制在20%至30%。这是因为树脂能够充分包覆颜料和填料,形成平整的涂膜。
颜料分散情况
颜料类型和用量确定后,其在涂料中的分散程度将决定漆膜的光反射特性。提高颜料分散性,能够减小颜料絮凝体尺寸,增加吸附基料的量,从而生成光滑表面,提高光泽度。然而,过度分散可能导致颜料颗粒吸附过多基料,反而降低漆膜光泽。
涂料的颜基比
颜填料的存在会弱化涂膜的镜面反射,因此涂料的颜基比越高,光泽越低。
颜填料的吸油值
颜基比一定时,颜填料的吸油值越大,光泽越低。一方面,颜填料的吸油值越大,颜填料的内部孔隙吸收的树脂越多,残留在颜填料颗粒外部的树脂层厚度越薄,进而导致光泽下降。另一方面,颜填料吸油值越大,越不易被分散,涂膜的表面粗糙度也就越高,也会导致光泽下降。
颜填料颗粒的形态
一般而言,针状颗粒较球形粒子具有更强的消光作用。因此,在含有填料的溶剂型涂料关泽不达标时,可以选择粒度及颗粒形状适宜的填料,增加研磨工序,降低涂料颜基比。
涂料的成膜过程
施工后,随着溶剂蒸发,漆膜厚度减小并收缩,悬浮颗粒重新排列在表面,形成不同程度的凹凸面。不同基料因分子结构内自由体积不同,成膜后的收缩率各异,光泽度也有所不同。对于溶剂型涂料,优质溶剂能确保树脂分子充分流平;但溶剂各组分挥发速度不同,若残留组分溶解性能不佳,树脂分子易析出颗粒,导致涂膜平整性下降。
对消光剂的要求
能使漆膜表面产生粗糙度,明显地降低其表面光泽的物质称为消光剂。涂料中使用的消光剂应能满足下列基本要求:
消光剂的折射率应尽量接近树脂的折射率,不至于影响清漆透明度和色漆的颜色;
化学稳定性好,不影响涂料贮存和固化;
分散性好且贮存稳定;
用量少,加入少量即能够产生强消光性能。
提高涂料光泽度的方法
基于上述涂料光泽的影响因素,涂料技术人员在遇到涂料光泽不达标的问题时,可以尝试从4个角度寻找突破口:
高R树脂(高光树脂)
粒径及形态适宜的颜填料
具有适宜溶解力与挥发梯度的混合溶剂
选择增光助剂,避免消光助剂
常用消光剂及其使用
涂料中大量使用的消光剂包括金属皂、蜡、改性油消光剂和功能性填料等几类:
金属皂
金属皂作为一种历史悠久的消光剂,因其与漆料组分不相容,故以微小悬浮颗粒的形式分散于涂料中。在涂膜形成时,这些颗粒会分布于表面,通过减少光线的反射来达到消光效果。
硬脂酸铝、锌、钙是金属皂消光剂中较为常用的几种,而铅和镁的皂类则相对较少应用。金属皂消光剂在涂料中的添加量通常为基料的5%至20%。使用时需注意,过度加热或研磨可能会影响其消光性能。此外,金属皂还具有增稠、防止颜料沉降以及防止涂膜流淌等多重作用。
蜡
蜡作为涂料消光剂,使用简便且历史悠久。在涂料施工后,溶剂挥发促使蜡从漆液中析出,形成微小结晶体,并浮于漆膜表层,构成散射光线的粗糙界面,从而实现消光效果。
天然蜡作为消光剂的应用已大为减少,取而代之的是半合成蜡和合成蜡。半合成蜡经由天然蜡改性而成,例如微粉脂肪酸酰胺蜡、微粉聚乙烯棕榈蜡等;而合成蜡则多为低聚物,包括低分子聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、聚四氟乙烯及其改性衍生物等。这些新型蜡质不仅具备出色的消光性能,还能显著提升涂膜的硬度、耐水性、耐刮擦性和耐湿热性等物理性能。
改性油消光剂
某些干性油,例如桐油,具备形成无光漆膜的特性。这源于桐油内共轭双键的高反应活性,导致漆膜底面氧化交联速度不一,进而在漆膜表面形成凹凸不平的质感,达到消光效果。为改善生桐油的不足,可通过部分聚合的方式进行处理,或在油料中掺入天然橡胶稀溶液等消光剂,以提升其性能。
功能性填料
功能性填料涵盖多种物质:如微粉级合成二氧化硅(包括气凝胶、沉淀及气相三种类型)、硅藻土、硅酸镁和硅酸铝等。
微粉级合成二氧化硅气凝胶,以其高强度、耐研磨的分散性及大孔容积著称,同时对涂膜的透明性和干燥性影响微乎其微,但此类产品目前多由国外公司供应。相比之下,微粉级沉淀二氧化硅在国内产量颇丰,但质量层次较低,主要应用于低端涂料市场。
气相二氧化硅,目前独家生产于德固赛公司,因涂膜透明性优异,常被用于高档涂料中。
使用消光剂时,需关注颗粒大小与膜厚度的匹配,以平衡消光效果和涂膜外观的美观度,还需避免过度研磨,以免影响性能。
增光剂
增光剂能够促进涂料流平、降低涂膜表面粗糙度从而提高涂膜光泽度,常用的润湿分散剂可以促进颜料分散,避免容易凝聚的颜料如炭黑等凝聚提高涂膜光泽度;高沸点真溶剂或丙烯酸酯齐聚物、丁基纤维素可改善涂料流平提高涂膜光泽度,硅油或改性聚二甲基硅氧烷可以降低涂料的表面张力,提高涂料对基材的润湿,避免橘皮等表面缺陷得到高光泽的涂膜。
写在最后
漆膜的光泽度是衡量装饰性涂料质量的重要指标之一,它直接反映了漆面的光学装饰特性。从物理学的角度来看,光泽度代表了漆膜表面反射光线的能力。反射的光线越多,光泽度就越高,这种光泽通常被称为镜面光泽。
在国内,我们通常使用光泽度计,通过测量不同角度下的相对反射率来量化光泽度。不同角度下测得的反射光强度有所不同,而常见的测量角度为45°或60°。根据60°光泽度计的测量结果,涂料的光泽度可以分为三个等级:光泽度高于70%的为高光泽涂料,70%至30%之间的为半光泽或中光泽涂料,而低于30%的则被视为哑光涂料。
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