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涂料缺陷 (paint defects)—— 胺霜/胺析出

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作者:朱致遠、顧盛康來源:涂料工業網址:https://mp.weixin.qq.com/s/sPdsfoHsyX8_l0BJXELmQQ

涂料缺陷(Paint Defects)

胺霜/胺析出(Amine Bloom)

1.描述(Description

涂料表面起霜(Blooming)是涂料缺陷的一種,通常會伴隨著涂層表面發白,但更傾向于表達物質遷移至涂層表面形成沉積物的現象。而發白缺陷(Blushing)則更傾向于顏色的均勻變化,沒有霜狀的物質產生。該類起霜缺陷根據原因通??梢苑譃閮深悾阂活愂峭苛媳砻嫠值拇嬖?,導致一些可溶成分(如某些樹脂、添加劑等)析出,引起涂料表面起霜缺陷產生,此類的原因與 三、水漬/水損傷(Water Damage)(點擊跳轉)類似,在此將不再贅述。本章節主要聚焦于另一類起霜缺陷——胺霜/胺析出(Amine Bloom)(如圖1所示)。

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圖1 涂料表面胺霜圖

胺霜/胺析出表現為在涂料表面像有一層朦朧的沉淀物,導致涂料表面失去光澤并且顏色變暗,有點類似于葡萄表面的果粉(如圖2所示)。

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圖2 葡萄表面果粉圖

以脂肪族胺和聚酰胺胺作為固化劑環氧涂料是最典型容易產生胺霜現象的涂料。當然,含胺類物質的其他涂料也可能發生胺霜現象,如添加胺類物質作為pH調節劑、分散劑或成膜助劑的涂料,含有異氰酸酯基團的聚氨酯涂料、聚脲涂料等。
胺是一類含有氨基(-NH?、-NHR 或-NR?,其中R為烴基)的有機化合物,胺類物質可以與H2O和CO2反應生成銨鹽和氨基甲酸銨等產物,隨著這些反應產物的不斷生成和積累,它們在涂料中的濃度逐漸增加,由于涂料的表面和內部存在化學勢差,這些反應產物會向涂料表面遷移。在涂料表面,隨著溶劑的揮發和環境條件的變化,這些產物的濃度可能會超過其溶解度極限,從而析出在涂料表面。這些析出的物質可能會進一步發生反應或分解,釋放出游離胺,導致胺析出的現象出現,在涂料表面形成白色的霜狀物質(胺霜),影響涂料的外觀和性能。

2.可能原因(Probable Causes):

a. 環境因素:低溫、高濕度和通風不良是胺析出的重要外部條件。在這種環境下,涂層的干燥和固化速度減緩,為胺類物質的遷移提供了充足的時間和機會,使其能夠從涂層內部向表面移動;

b. 涂料成分:涂料中高含量的胺類物質是胺析出的直接原因。如果涂料配方中胺類固化劑的用量過多或選擇不當,在涂層干燥過程中,這些胺類物質就更容易向表面遷移;

c. 施工工藝:涂裝過程中的混合配比不準確、涂布與干燥時間控制不合理等,都可能影響涂層的固化質量,導致胺類物質在涂層中分布不均勻,進而增加胺析出的可能性。

3.預防措施(Prevention):

a. 環境控制:在涂裝施工過程中,應盡量避免在低溫、高濕度和通風不良的環境下進行作業??梢酝ㄟ^加熱、除濕等方式改善施工環境,加快涂層的干燥和固化速度,減少胺類物質遷移的機會。

b. 涂料選擇:選用低胺含量的涂料,從源頭上降低胺析出的風險。同時,還可以選擇質量可靠、性能穩定的涂料產品,確保涂料的配方合理,各成分之間的相容性良好。

c. 施工工藝優化:嚴格控制涂裝工藝,確?;旌吓浔染_,涂布均勻,干燥時間充足。在施工前,應對涂料進行充分攪拌,使胺類固化劑與其他成分均勻混合;在涂布過程中,要注意控制涂層的厚度和均勻性;干燥過程中,要保證涂層有足夠的時間和適宜的環境條件進行固化。

4.修復方法(Repair):

在漆膜硬化后,輕微的胺霜可以直接擦拭去除;再稍微嚴重一點的胺霜可以在磨掉受影響的涂料表層后,用更高質量或含有可以緩解胺霜的助劑的涂料重新粉刷;如果這些補救措施還未能改善,應將噴漆房的溫度提高至少5℃,并且避免所有直接通風,然后重新涂裝受影響的區域。

5.專業名詞解析(Interpretation of professional terms):
① 胺類物質與CO2和H2O反應

在高濕度環境下,胺固化劑中的氨基(-NH?)是親核性的,容易與H2O發生反應。當有水分存在時,伯胺(-NH?)可以與H2O反應生成銨離子(-NH??)和氫氧根離子(-OH?),如式1所示,對于環氧涂料中的胺固化劑來說,這種反應會使部分胺轉變為銨鹽形式存在。                             

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胺類物質具有堿性,能與酸性的CO2發生反應。在空氣中CO2存在的情況下,胺(以伯胺為例)可以與CO2反應生成氨基甲酸銨,如式2所示,這個反應的過程是二氧化碳的碳與胺的氮結合,同時胺的氫轉移到二氧化碳的氧上。

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② 化學勢差

化學勢(μ)是物理化學中的一個重要概念,它可以被看作是一種“化學推動力”。在一個多組分體系(如涂料體系)中,每種物質都有自己的化學勢,化學勢決定了物質從一個相(如涂料內部)轉移到另一個相(如涂料表面)的趨勢。對于某種物質,在恒溫恒壓下,如果它在一個區域的化學勢高于另一個區域,那么該物質就有從化學勢高的區域向化學勢低的區域遷移的自發傾向。在涂料中,化學勢差產生的原因主要與涂料內外部濃度差異、表面能差異、溶劑揮發影響有關。

緩解胺霜的助劑

a.抗白化劑:通常為醇醚類化合物,它能夠調節溶劑的揮發速度,使涂料中的溶劑揮發更加均勻,避免局部溶劑過快揮發而導致胺類物質溶解度下降而造成胺析出;

b.流變助劑:在涂料中加入如氣相SiO2等流變助劑,可以在涂料中形成三維網狀結構,增加涂料的黏度和觸變性。從而使胺固化劑在涂料中均勻分散,減少胺析出的可能性;

c.偶聯劑:在涂料中加入硅烷偶聯劑(如 γ -氨基丙基三乙氧基硅烷),其中的氨基可以與胺固化劑相互作用,另一端的乙氧基可以與涂料中的無機成分或樹脂基體發生反應,從而提高涂料的穩定性,防止胺析出。

(注:以上專業名詞解析均以環氧涂料為例。

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