如何避免粉末涂料中出现橘皮现象
在新设备制造（OEM）涂层中，涂层的表面外观变得越来越重要。因此，涂料行业的主要目标之一是根据用户的最终要求优化涂料的性能，这也包括令人满意的表面外观。表面状态通过颜色、光泽、雾度和表面结构等因素影响视觉效果。光泽和图像清晰度常用于控制涂层的外观。但是，即使使用高光泽的涂膜，其表面的波动也会影响整个涂膜的外观。同时，人们认为光泽测量无法控制波动的视觉效果。这种效果也称为“橘皮”。
2021-09
在新设备制造（OEM）涂层中，涂层的表面外观变得越来越重要。因此，涂料行业的主要目标之一是根据用户的最终要求优化涂料的性能，这也包括令人满意的表面外观。表面状态通过颜色、光泽、雾度和表面结构等因素影响视觉效果。光泽和图像清晰度常用于控制涂层的外观。但是，即使使用高光泽涂膜，其表面的波动也会影响整个涂膜的外观。同时，人们认为光泽测量无法控制波动的视觉效果。这种效果也称为“橘皮”。
橘皮或微波是一种波纹结构，尺寸在0.1mm到10mm之间。在高光泽涂层表面，人们可以看到波浪状的明暗区域。可以区分出两种不同级别的波动：长波动，也称为橘皮，是在2到3个距离的间隔内可以观察到的波动；另一种称为短波动或微波动，在约50厘米的距离处观察到波动。
需要指出的是，有时为了掩盖基材的表面缺陷或获得特殊的涂层表面外观，会故意设计一定程度的波动或波纹结构。因此，可以将“橘皮”定义为“高光泽表面的波浪状结构”，这使得涂层表面产生条纹状、不平整的视觉外观。粉末涂膜的视觉外观（光泽、雾度、流平、橘皮）的控制非常重要，尤其是在不同领域喷涂部件的组装中。
本文简要介绍了流变力对粉末涂料成膜过程中成膜流动和表面外观的影响。讨论了如何避免橘皮的形成，以及如何判断和比较橘皮现象等方面。
1）影响粉末涂料中涂膜流动和外观的因素
在工业涂料中，粉末涂料在制备和成膜过程中的相变是独特的。由于缺乏溶剂来润湿和改善涂膜的流动性，粉末涂料比液体涂料更难以去除表面缺陷。虽然两者的主要成分相似，但与液体涂料和热固性粉末涂料相比，它们基于非常不同的机制。
粉末涂料是一种无溶剂的均匀体系。在制备过程中，颜料和其他组分通过熔融混合分散并部分包封在低分子固体树脂中。粉末涂料的使用是通过空气将粉末转移到基材上（粉末悬浮在空气中），然后通过电荷将其附着到基材上。在预定温度下加热，粉末颗粒熔化，聚集在一起（聚结），流动（成膜），然后流平。在此期间，粘性液体阶段润湿表面），最后化学交联形成高分子量涂膜，这就是粉末涂料的成膜过程。
2）影响涂膜流动和外观的因素
成膜过程可分为三个阶段：熔融和聚结、形成涂膜和流平。
在给定温度下，控制熔融和聚结速度最重要的因素是树脂的熔点、熔融状态下粉末颗粒的粘度和粉末颗粒的大小。为了达到最佳的流淌效果，应尽快完成熔融聚结，以便有更长的时间来完成流平阶段。使用固化剂缩短了流动和流平所需的时间，因此那些反应性极强的粉末形成的涂膜往往表现出橘皮现象。
影响涂膜流动和流平的关键因素是树脂的熔体粘度、体系的表面张力和膜厚。反过来，熔体粘度尤其取决于固化温度、固化速度和加热速率。
上述各种因素，连同粒度分布和膜厚，通常由所需的涂膜性能、被涂物和粉末施涂条件决定。
粉末喷涂中流动和流平的动力来自体系的表面张力，这在前面也提到过。这种力与施加在涂膜上的分子间引力相反。因此，熔体粘度越高，对流动和流平的阻力越大。因此，表面张力与分子间引力的差决定了涂膜的平整度。
对于具有良好流动性的涂料，显然，体系的表面张力应尽可能高，熔体粘度应尽可能低。这可以通过添加可以提高体系表面张力的添加剂和使用低分子量和低熔点树脂来实现。
在上述条件下制备的涂料具有优异的流动性，但由于其表面张力高，会引起收缩，同时由于熔体粘度低会发生下垂，且角部涂层不良。实际工作中，将体系的表面张力和熔体粘度控制在特定范围内，从而获得合格的涂膜表面外观。
表面张力和熔体粘度对涂膜流动的影响如图2所示。从图中可以看出，表面张力过低或熔体粘度过高都会阻碍涂膜的流动，导致涂膜流动性差，而表面张力过高时，成膜过程中会出现收缩孔。熔体粘度过低会使粉末的物理储存稳定性变差，施工时角部涂层不良，在立面上施工时会下垂。
总之，显然，所得粉末涂膜的最终表面状态、缺陷和不足（如橘皮、流动性差、收缩、针孔等）之间密切相关，并且也在成膜过程中。受相变过程中涉及的流变力的控制。
粉末粒度分布也影响涂膜的表面外观。颗粒越小，由于大颗粒的热容较低，因此它们的熔化时间比大颗粒短，聚结也更快，涂膜的表面外观也更好。大粉末颗粒的熔化时间比小颗粒长，形成的涂膜可能出现橘皮效应。粉末静电喷涂方法（电晕放电或摩擦放电）也是导致橘皮的一个因素。
3）如何减少或避免橘皮效应
促进流动和流平以减少或避免橘皮。该体系采用较低的熔体粘度、较长的固化过程中的流平时间和较高的表面张力可以改善流动和流平。控制表面张力梯度是减少橘皮的重要参数。同时，需要控制涂膜表面的均匀表面张力，以获得最小的表面积。
在实际工作中，经常使用流平剂或流展剂来改善涂层膜的外观，消除诸如橘皮、缩孔和针孔之类的表面缺陷。性能良好的流平剂可以降低熔体粘度，从而有助于熔融混合和颜料分散，提高对基材的润湿性，使涂层流动和流平，有助于消除表面缺陷并促进空气的释放。应研究流平剂用量与效果之间的关系。用量不足会导致收缩和橘皮，而用量过多会导致光泽损失、雾度增加以及对上层的粘附问题。通常，流平剂在预混合过程中添加。它们要么制成树脂母粒（树脂与添加剂的比例为9/1至8/2），要么以粉末形式吸附在无机载体上。这种添加剂在粉末涂料中的用量为0.5%至1.5%（基于基材计算的有效聚合物），但浓度低时效果可能很好。
在流平剂中，聚丙烯酸酯树脂使用最广泛，例如聚丙烯酸丁酯（“Acronal 4F”）、丙烯酸乙酯-丙烯酸乙基己酯共聚物和丙烯酸丁酯-丙烯酸己酯共聚物。它们可以在很宽的浓度范围内使用。通常，聚丙烯酸酯对表面张力的影响很小，它们可以帮助涂层形成相对恒定的均匀表面。与那些降低表面张力的添加剂（如硅氧烷等）相比，它们不会降低表面张力，因此可以用来加速流平。降低表面张力的添加剂包括表面活性剂、氟代烷基酯和硅氧烷。它们对添加量非常敏感。苯甲酸是脱气剂，也具有降低表面张力的作用。它广泛用于改善粉末涂料的表面外观。
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