涂料的消光原理及其應用

▌光澤及光澤的影響因素

 

光澤和光澤的測定

光線投射到物體的表面會發生光線的反射，物體表面對光線的反射能力稱為光澤。不同物體表面的光澤不一樣，衡量物體表面對光線反射能力的大小，稱為光澤度。光澤度用百分數表示。物體表面的光澤度越高，它反射光線的能力就越強，亮度也就越高。光澤度的大小通過光電光澤儀進行測定。根據光澤度的大小，可以將涂料分為亮光、亞光、無光等。

光澤度分類（以60°的反射光澤劃分為例）

分類	無光	亞光	亮光
亮光光澤度（%）	<10	15-60	>60

 

▌影響光澤的因素

 

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。光線射到物體表面上時，一部分會被物體吸收，一部分會發生反射和散射，還有部分會發生折射。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，導致光澤度降低。

 

涂膜的成膜過程

涂料涂刷在物體表面上后，通過溶劑的揮發而固化成膜。涂料涂膜的形成過程對涂膜的表面粗糙度和光澤至關重要。在濕膜階段，溶劑的揮發速率在涂膜表面的擴散控制，當溶劑的各組分揮發速率差別不大時，有可能得到高光澤的表面；反之，當溶劑的各組分在濕膜階段的揮發速率不相同時，它會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狀物，涂膜表面呈現出凹凸不平。在干膜階段，溶劑的揮發速率主要受溶劑在涂膜整體里的擴散控制，也會對涂膜表面的粗糙度產生影響。此外，在涂膜的形成過程中，隨溶劑的揮發，涂膜會變薄并收縮，涂料中的一些懸浮的重粒子就會在涂膜表面重新排列，造成涂膜表面不平整。

 

顏料、細料的粒度和分布

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。當顏料顆粒的直徑小于0.3μm時，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超過0.1μm。當顏料的平均顆粒直徑在3-5μm之間時，可以得到消光效果較好的涂膜。

 

除以上三個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構和表面反射特性等因素也會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）處出現極小值，然后伴隨著PVC的增大，光澤度也變大。當顏料種類和用量確定后，分散越好，涂膜表面的光澤度越高。

 

▌消光原理

 

結合涂膜表面光澤產生的機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，降低涂膜表面對光線的反射。可以分為物理消光和化學消光兩種方式。物理消光是加入消光劑，使涂料在成膜過程，表面產生凹凸不平，增大對光的散射和減少反射。化學消光是靠在涂料中引入一些例如聚丙烯接枝物質類能吸收光線的結構或基團來獲得低光澤。

 

▌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，它以非常細的顆粒懸浮在涂料中，成膜時則分布在涂膜表面，使涂膜表面產生微觀粗糙度，降低涂膜表面光的反射而達到消光目的。

 

（2）蠟

蠟是使用較早應用較為廣泛的一種消光劑，它屬于有機懸浮型消光劑。在涂料施工完畢后，隨溶劑的揮發，涂膜中的蠟析出，以微細的結晶懸浮在涂膜表面，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是使用簡便，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阻止溶劑的揮發和氧氣的滲入，影響涂膜的干燥和覆涂。今后發展趨勢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）功能型細料

體制顏料，如硅藻土、高嶺土，合成二氧化硅等都是專用作消光劑的功能細料，它屬于無機填充型消光劑。在涂膜干燥時，他們的微小顆粒會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，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過處理等因素，都會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。但在使用過程中，仍存在諸多缺陷有待改進，如消光劑選取和使用條件較為苛刻，價格偏高。國內消光劑多含有環脒類物質，涂膜易泛黃，耐烘烤性差。生產性能優良價位適中的消光劑，仍是需要解決的問題。

 

消光樹脂

樹脂時涂料必不可少的成分，因此就產生了消光用樹脂，利用它和其他樹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。

 

它的機理：

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

 

② 增大兩種樹脂之間的表面張力差，使涂膜收縮不均勻產生微粗糙度。

 

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