涂料的消光原理及其应用

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▌光泽及光泽的影响因素



光泽和光泽的测定

光线投射到物体的表面会发生光线的反射，物体表面对光线的反射能力称为光泽。不同物体表面的光泽不一样，衡量物体表面对光线反射能力的大小，称为光泽度。光泽度用百分数表示。物体表面的光泽度越高，它反射光线的能力就越强，亮度也就越高。光泽度的大小通过光电光泽仪进行测定。根据光泽度的大小，可以将涂料分为亮光、亚光、无光等。



光泽度分类（以60°的反射光泽划分为例）

分类

无光

亚光

亮光

亮光光泽度（%）

<10

15-60

>60


▌影响光泽的因素



涂膜表面的粗糙度

物体表面光泽和物体表面的粗糙度紧密相关。光线射到物体表面上时，一部分会被物体吸收，一部分会发生反射和散射，还有部分会发生折射。物体表面的粗糙度越小，则被反射的光线越多，光泽度越高。相反，如果物体表面凹凸不平，被散射的光线增多，导致光泽度降低。



涂膜的成膜过程

涂料涂刷在物体表面上后，通过溶剂的挥发而固化成膜。涂料涂膜的形成过程对涂膜的表面粗糙度和光泽至关重要。在湿膜阶段，溶剂的挥发速率在涂膜表面的扩散控制，当溶剂的各组分挥发速率差别不大时，有可能得到高光泽的表面；反之，当溶剂的各组分在湿膜阶段的挥发速率不相同时，它会使聚合物分子倾向于形成卷曲，甚至析出，变成大小不一的颗粒或团状物，涂膜表面呈现出凹凸不平。在干膜阶段，溶剂的挥发速率主要受溶剂在涂膜整体里的扩散控制，也会对涂膜表面的粗糙度产生影响。此外，在涂膜的形成过程中，随溶剂的挥发，涂膜会变薄并收缩，涂料中的一些悬浮的重粒子就会在涂膜表面重新排列，造成涂膜表面不平整。



颜料、细料的粒度和分布

涂料中颜、填料的颗粒大小和粒度分布是影响涂膜光泽的重要因素之一。当颜料颗粒的直径小于0.3μm时，才可以获得高光泽的涂膜。原因是分散在涂料中的颜料颗粒在制成一定厚度的涂膜，并干燥后，仅有上层的颜料颗粒局部的上突，颗粒直径小于0.3μm的颜料离子所造成的涂膜表面粗糙度不会超过0.1μm。当颜料的平均颗粒直径在3-5μm之间时，可以得到消光效果较好的涂膜。



除以上三个因素可以影响涂膜表面的光泽外，颜料的体积浓度（PVC）、颜料的分散性以及涂膜表面结构和表面反射特性等因素也会影响涂膜表面的光泽。其中，随颜料的PVC增大，涂膜表面的光泽度先是降低，在颜料的极限体积浓度（CPVC）处出现极小值，然后伴随着PVC的增大，光泽度也变大。当颜料种类和用量确定后，分散越好，涂膜表面的光泽度越高。



▌消光原理



结合涂膜表面光泽产生的机理和影响光泽的因素，消光就是采用各种手段，破坏涂膜的光滑性，增大涂膜的表面微观粗糙度，降低涂膜表面对光线的反射。可以分为物理消光和化学消光两种方式。物理消光是加入消光剂，使涂料在成膜过程，表面产生凹凸不平，增大对光的散射和减少反射。化学消光是靠在涂料中引入一些例如聚丙烯接枝物质类能吸收光线的结构或基团来获得低光泽。



▌消光方法



消光剂

（1）金属皂

金属皂是早期常用的一种消光剂，主要是一些金属硬脂酸盐，像硬脂酸铝、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁等，其中硬脂酸铝应用的多。金属皂的消光原理是基于它和涂料成分的不相溶性，它以非常细的颗粒悬浮在涂料中，成膜时则分布在涂膜表面，使涂膜表面产生微观粗糙度，降低涂膜表面光的反射而达到消光目的。



（2）蜡

蜡是使用较早应用较为广泛的一种消光剂，它属于有机悬浮型消光剂。在涂料施工完毕后，随溶剂的挥发，涂膜中的蜡析出，以微细的结晶悬浮在涂膜表面，形成一层散射光线的粗糙度面起到消光作用。蜡作为消光剂的特点是使用简便，可以赋予涂膜良好的手感和耐水、耐湿热、防沾污性。但蜡层在涂膜表面形成后也会阻止溶剂的挥发和氧气的渗入，影响涂膜的干燥和覆涂。今后发展趋势是合成高分子蜡与二氧化硅并用，使其获得佳消光效果。



（3）功能型细料

体制颜料，如硅藻土、高岭土，合成二氧化硅等都是作消光剂的功能细料，它属于无机填充型消光剂。在涂膜干燥时，他们的微小颗粒会在涂膜表面形成微粗糙面，减少光线的反射获得消光外观。这类消光剂的消光效果要受到很多因素制约。



以二氧化硅为例，它在用作消光剂时，其颗粒的孔体积、平均粒径及粒径分布、干膜厚度以及颗粒表面是否经过处理等因素，都会影响到它的消光效果。



涂料为获得低光泽，消光剂起到了的作用。但在使用过程中，仍存在诸多缺陷有待改进，如消光剂选取和使用条件较为苛刻，价格偏高。国内消光剂多含有环脒类物质，涂膜易泛黄，耐烘烤性差。生产性能优良价位适中的消光剂，仍是需要解决的问题。



消光树脂

树脂时涂料的成分，因此就产生了消光用树脂，利用它和其他树脂作用成膜获得低光泽。可以避免使用消光剂，降低涂料成本。



它的机理：

①利用消光树脂中的官能团和涂料组成中的固化剂与另外树脂固化温度的不同，产生先后固化，使涂膜表面产生不均匀收缩，从而破坏涂膜表面的光滑性，产生消光。



② 增大两种树脂之间的表面张力差，使涂膜收缩不均匀产生微粗糙度。



③在合成树脂中引入相溶性差的单体，涂料成膜使这些单体会促使合成树脂从涂膜中析出，从而增大涂膜表面的微观粗糙度，降低光泽。