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  • 涂料固化的影响因素及方法

    涂料固化,是指涂料被涂在被涂物上,通过各种方式形成干燥的涂膜(包括硬膜和软膜)的过程。
     
    影响固化速度的因素主要有涂料类型、涂层厚度、固化方法、固化条件、固化设备及具体固化规程等。
     
    (1)涂料类型 
    在相同的固化条件下,涂料的类型不同,固化速度有很大的差别。一般地讲,挥发性油漆固化快,油性漆固化慢,聚合型漆的情况很不相同,聚合型漆中光敏漆固化最快,而其他聚合型漆则多介于挥发性漆与油性漆之间,当采用机械化流水线进行涂饰时,挥发性漆、酸固化氨基醇酸漆比较常用。
     
    (2)涂层厚度
    在涂饰过程中,涂层基本上都不是一次形成的,通常采用多遍薄涂的方法(如油性漆一般一次涂35μm左右,硝基漆15μm左右等)。在相同的固化条件下,薄涂层在固化时,内应力小,形成的涂层缺陷少;而涂层太厚时,内部应力较大,易于产生起皱和其他缺陷,同时由于溶剂的挥发,涂层收缩,导致光泽不均匀,内部不固化等。实践证明,除聚酯漆外,其他漆类通过多次涂饰形成的漆膜,与一次涂饰所形成的同样厚度的漆膜相比,其物理性质要好。
     
    (3)固化条件
    1-固化温度固化温度对大多数涂料涂层的固化速度起着决定性的影响。当固化温度过低时,溶剂挥发及化学反应迟缓,涂层难以固化,提高温度,能加速溶剂挥发和水分蒸发,加速涂层氧化反应和热化学反应,涂层固化速度加快,但不能无限度地提高温度,因为温度与固化速度不是成正比的关系,固化温度过高时,固化速度没有明显地提高,反而会使漆膜发黄或色泽变暗,不仅如此,温度在涂层固化过程中还对基材产生影响,基材受热,引起含水率变化,基材产生收缩变形,甚至翘曲、开裂,挥发性漆涂层,固化温度超过60℃时,溶剂激烈挥发,表层迅速干固,内部溶剂蒸气到达表层时容易产生气泡,所以,采用人工固化方法时,表面温度一般不超过60℃。
     
    2-空气湿度空气湿度应适当。温度过大,涂层中的水分蒸发速度降低,溶剂挥发速度变慢,因而会减慢涂层的固化速度,大部分涂料在相对湿度为45%~60%的空气中固化最为适合,如果干燥固化场所空气潮湿,不仅使固化过程很慢,而且所形成的漆膜朦胧不清并出现其他缺陷,相对湿度高时,涂层极易产生'发白'的现象。
     
     
    由于油性漆,当相对湿度超过70%时,对涂层固化速度的影响要比温度对其影响显著。涂层在固化过程中,产生的内部应力与其相对湿度有关。
     
    3-通风条件涂层固化时要有相应的通风措施,使涂层表面有适宜的空气流通,及时排走溶剂蒸气、增加空气流通可以减少固化时间,提高固化效率,保证固化质量。
     
    a、气流速度。空气流通对漆膜自身固化有利。在封闭的、溶剂蒸气浓度较高的环境下,漆膜固化缓慢,甚至不干。通风有利于漆膜溶剂的挥发和溶剂蒸气的排除,并能确保自然固化场所的安全。
    强制空气干燥室是靠通风造成循环热空气,其干燥固化效果在很大程度上取决于空气流动速度。空气速度越大,热量传递效果越好。热量传递效果越好,热空气干燥通常采用低气流速度,一般为0.5~5m/s,温度为30~50℃。
     
    b、气流方向。空气流动方向也是非常重要的,气流与涂层的方向有平行和垂直两种形式,根据实验,垂直送风的热空气干燥优于平行送风。
     
    4-外界条件用于聚合固化成膜的涂料,其涂层固化为复杂的化学反应过程。固化速度与所含树脂的性质、固化剂和催化剂的加入量有关,而外界条件,如温度、红外线、紫外线、电子射线等,往往能加速这种反应的进行,外界条件作用的大小,又取决于外界条件与涂料性质相适应的程度,如光固化涂料再强紫外线的照射下,只需要几秒就能固化成膜。若采用红外线或其他加热方法,则很难固化,甚至不固化。又如电子射线固化涂料,其涂层在电子加速器所发射的电子射线照射下,比光敏漆固化更快,而其他涂料对电子束的反应就不强。所以,涂料固化方法要根据所用涂料的性质合理选择。
     
    涂料固化,通过有以下四种常用的方法
    一、自然固化:
    自然条件下,利用空气对流使溶剂蒸发,氧化聚合或与固化剂反应成膜,适用于挥发性涂料,气干性涂料和固化剂固化型涂料等自干性涂料,干燥质量受环境条件影响很大。
    1、溶剂挥发固化
     就是溶剂通过涂层表面挥发,留下涂料的固体物并被附着在被涂物表面上,形成干燥的固体涂膜。
    2、空气氧化固化
    就是利用空气中的氧来使涂料干燥成膜,空气中的氧与涂料发生交联反应形成干燥涂膜。
    3、热反应或化学反应固化
    此类涂料在加热或在催化剂(包括同化剂)的作用下产生化学交联反应,涂料中的各种成 膜物组分相互融合,交联形成立体网状结构的涂膜。
     
    二、传统加热固化:
    烘干根据烘干温度可分为低温烘干(低于100°C,主要是对自干性涂料或耐热性差的材质的表面涂层进行干燥)。中温烘干(100-150°C,主要用于缩合聚合反应固化成膜的涂料)。高温烘干(高于150°C,主要用于粉末涂料,电泳涂料等)。
    1、热风对流加辐射组合固化
    一般先辐射后对流,利用辐射加热快的优点,使工件加热,再利用热风对流保温,保证烘干质量。
    2、热风对流固化
    热风对流加热均匀,温度控制高,适用于高质量涂层,不受工件形状和结构复杂程度影响,但升温速度较慢,热效率较低,设备庞大,涂层易起泡,起皱,防尘要求高。所用热源有蒸汽,电,柴油,煤气,液化气和天然气等。
    3、熔融固化
    熔融固化的涂料一般是指固体粉末类型的涂料产品。
     
    三、辐射固化
    1、紫外光(UV)辐射固化
    是一种借助于能量照射实现化学配方(涂料、油墨和胶粘剂)由液态转化为固态的加工过程。
    2、近红外线固化(短波红外)
    近红外技术使粉末涂料在几秒内能迅速工作和固化。
    3、红外线(长波、中波)辐射固化
    通常使用红外线、远红外线辐射到物体后直接吸收转换成热能,使涂层固化。
    4、红外催化热反应固化
    就是利用涂料自身吸收红外能量转变为热能使涂膜固化的一种方法。
    5、微波固化
    微波是指频率为0.3~300GHz的电磁波。材料在微波作用下会产生升温、熔融等物理现象,同时还会发生化学反应。
     
    四、其它特殊固化
    1、电子束固化
    英文名electron beam curing ,是利用电子加速器产生的高能电子束为辐射源,诱导液体低聚物经过交联聚合而快速形成固体产物的过程。
    2、氨蒸汽固化
    氨蒸汽固化是一种特制的氨固化涂料设计的专用干燥方法。
    3、诱导加热固化
    是快速固化的又一新技术。它通过将金属底材暴露于变电场中来实现加热的。
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