浅析粉末涂层缩孔形成机理与预防

缩孔作为常见的涂层缺陷被涂料与涂装行业广泛关注，主要源于涂层固化过程表面张力的变化。由于涂层中存在大量界面，讨论涂层界面性能对理解体系状态与特性具有更大帮助。本文主要从涂层内部界面性能变化与外部污染两个方面对缩孔的产生与预防进行分析与阐述。

缩孔的产生

涂层表面出现缩孔一般有两种情况，一种是圆形缩孔，一种是六角多边形缩孔。当涂层表面张力出现梯度，固化过程中黏度、温度等变化导致表面张力不均匀，最终流体由低张力处流向高张力处形成凹陷，被称为Maragoni效应。边缘隆起、中心下陷形成圆形缩孔或六角多边形缩孔。

图1 贝纳德旋涡的形成

同时，一些海外专家认为粉末涂层的缩孔来源于熔融后涂层对基材的润湿不足。而粉末涂料涂层表面张力与基材表面张力对应温度的变化曲线基本为直线，且斜率几乎相同。这意味温度对降低接触角贡献来自粉末涂料表面整理的变化，几乎可以不考虑底材温变对张力的影响。Lange通过实验对比了使用丙烯酸助剂降低涂层接触角，并绘制了丙烯酸助剂加量与接触角的变化曲线。显然，提升涂层对底材的润湿与接触角并非定向关系。造成缩孔的原因依旧是多元的，提升涂层对底材的润湿只能部分上减少缩孔产生的概率。

图2 丙烯酸助剂%对不含颜料的环氧和聚酯粉末涂料接触角的影响

当涂层表面存在低表面张力物质时，其与周围涂层存在表面张力差，这个差值是形成缩孔的推动力，促使周围涂料背向远离并形成凹陷。一般异物导致缩孔多为此类情况。而异物所引起缩孔是实际涂装过程中缩孔产生的主要原因。常见有麻点、麻坑、鱼眼形状，分布也分有规律和无规律两种。

缩孔产生异物分析

对于涂层表面张力梯度所导致缩孔，如前文所述，可通过提升体系润湿度来减少缩孔的产生。但对于异物所产生缩孔中，异物来源一般分为两个方向：1.涂层固化过程释放小分子物料，在涂层表面形成贝纳德旋涡，导致分散均匀的缩孔与针孔产生。2. 固化过程中外界环境引入异物导致涂层发生缩孔缺陷。

涂料内部小分子多为配方分散不充分，或体系中有机成分不能充分润湿无机成分导致。粉末涂料的生产相对液体涂料缺少精细研磨流程，体系分散偏差，属于行业弊端。提升挤出过程设备混炼强度可部分提升粉末涂料体系分散性，减少因分散不均匀在固化工程中产生的润湿与反应不均衡性。使用不同体系润湿助剂和消泡助剂也会提升涂层在升温过程熔融效率，促使涂料中空气、小分子可挥发物及反应产生小分子物质的排出，并留有充分时间在小分子可挥发物放出后回填所产生凹陷并流平。

外界引入异物多数会引起透底及有核心式缩孔。透底鱼眼多为油水孔，是表面张力较低，可挥发性物料进入涂层表面，表面张力差很大导致凹陷面积更大。随着固化进程，可挥发物最终完成挥发，鱼眼底部基材裸露，而固化后涂层表面无法观测到杂质核心。可观测到有核火山口状凹陷，一般为外来不可溶颗粒、纤维等杂质飘落至涂层表面。杂质周围形成的表面张力差将涂层推至四周，形成火山口，而杂质最终留在凹陷底部。

如何预防缩孔

首先，对于体系内部产生缩孔，应通过一些表面张力更低助剂的添加提升涂料体系内部润湿和涂层对基材润湿，减少涂层表面张力不均匀的发生。在涂料生产工艺方面需提升设备混炼强度，尽量做到配方中各物料的充分混合。另外，通过添加干燥剂，减少粉体吸潮的发生，从而减少水蒸气等小分子的放出。

其次，涂料存储、运输、涂装过程避免受热、受潮与杂质引入。涂装工艺中需确保压缩空气，控制水与油的引入。涂装线体、固化炉及烟道定期清理，较少焦化颗粒、固化炉内高温所产生残渣等杂质在涂装线体上的残留。注意涂装环境湿度的控制，减少烟尘、纤维等杂质在现场飞扬，并通过静电吸附污染未固化涂层。

总之，涂层固化过程局部表面张力差异是造成缩孔的主要原因。无论从涂料自身还是涂装过程的影响，如何减少不均匀物质的引入是避免缩孔产生的关键。