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木材塗層失效研究之一

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瀏覽:- 發布日期:2016-10-13 09:00:00【

木材是一種天然的多孔性生物質材料,容易發生光降解、遭受微生物侵襲,當含水率變化時還會發生幹縮濕脹。因此,木材在機械加工完成後要進行塗飾,以起到裝飾和保護的作用。然而在實際應用過程中,木材表麵的塗層在預期的使用壽命之前由於受到內外因素的綜合作用,其化學和物理性質發生變化,性能逐漸變差,塗層老化,表麵出現起泡、脫皮、開裂及變色等缺陷,最終引起塗層功能性失效。現在由小編帶領大家探索塗層失效的秘密。

木材

1 木材塗層失效形式及其判斷標準 

有機塗層在戶外使用,受到日光照射和氧氣的雙重作用,會發生光氧老化,塗層會失光、褪色(泛黃)、變脆、龜裂、附著力下降、甚至剝落、力學性能劣化等現象。而木材特有的細胞組成、構造、各向異性及生物特性則導致了其塗層失效形式的多樣性。塗層失效的形式有失光、變色、長黴、生鏽、起泡、剝落、開裂和粉化等,其中,失光、變色、起泡、開裂和剝落等是木材塗層失效最常見的形式。

1.1失光

木材塗層在氣候環境的影響下光澤度會降低,即所謂的失光。在某些情況下,失光可以用來預測塗層的使用壽命。不同類型的塗料在相同的暴露環境下,失光率不同。Bulcke測量了17種塗料(其中不透明溶劑型塗料4種、不透明水溶性4種、半透明溶劑型4種、半透明水溶性5種)在60º下的失光率,結果發現暴露2 000 h後,半透明的塗料比不透明塗料保留了更高的光澤度。另外,塗層的光澤度還與漆麵表麵的平滑度以及基材的表麵粗糙度有關。因此,應該選擇流平性好的樹脂作為塗料;且對木材進行塗刷之前,打磨要徹底並將表麵灰塵、汙物清理幹淨;在使用過程中還應盡量避免塗層開裂,因為塗層的開裂會造成塗層表麵不平整,進而引起光澤度的下降。

1.2變色

木材塗層在氣候環境的影響下光澤度會降低,即所謂的失光。在某些情況下,失光可以用來預測塗層的使用壽命。不同類型的塗料在相同的暴露環境下,失光率不同。Bulcke測量了17種塗料(其中不透明溶劑型塗料4種、不透明水溶性4種、半透明溶劑型4種、半透明水溶性5種)在60º下的失光率,結果發現暴露2 000 h後,半透明的塗料比不透明塗料保留了更高的光澤度。另外,塗層的光澤度還與漆麵表麵的平滑度以及基材的表麵粗糙度有關。因此,應該選擇流平性好的樹脂作為塗料;且對木材進行塗刷之前,打磨要徹底並將表麵灰塵、汙物清理幹淨;在使用過程中還應盡量避免塗層開裂,因為塗層的開裂會造成塗層表麵不平整,進而引起光澤度的下降。

1.3長黴

木材由纖維素、半纖維素、木質素三大素構成,而這些成分恰恰是黴菌良好的營養物質且木材本身就含有一定的水分,因此,在溫度適當時木材就會遭到黴菌的侵害。塗飾過的木材也會發生這種現象,會直接影響到塗層的外觀和性能。Gobakken以5種改性處理材和8種未改性處理材作為基材,然後用3種不同的塗料係統分別塗飾基材進行戶外暴露來研究樹種、心邊材、處理方式、塗料係統和暴露時間對黴菌生長程度的影響。結果表明:塗料係統和暴露時間對黴菌生長的影響特別顯著,其次是木質基材,不同樹種間黴菌生長的程度不同,且經塗飾後邊材比心材易受黴菌侵害。這就說明雖然木材易遭黴菌侵害,但如果選用合適的塗料如含防黴劑的塗料、適當地控製水分就可以有效抑製黴菌的生長。

1.4起泡


起泡是指木材塗層表麵出現氣泡或水泡,當塗層的水蒸氣滲透速度較慢時容易出現起泡。圖1為國際標準ISO 4628-2:2003中規定的起泡大小等級為5級時的數量等級示意圖。一般情況下鋼材塗層起泡的機製有滲透壓起泡、應力起泡、電滲透起泡、溫度梯度起泡。而木材塗層起泡的主要原因是木材表麵在塗飾之前受到汙染、溶劑未適當揮發及木材中水分過多。其中影響最大的因素就是水分,雨水或室內的水分滲透到木材與塗層的接觸麵上、木材內液態水與水蒸氣的轉移等都可能成為水分的來源。因此,木材在進行塗飾之前要先測量它的含水率,並且在使用過程中要控製水分的入侵。另外,可以通過選擇適當的塗料並在塗飾之前將木材表麵清理幹淨,同時將暴露的木材端麵或接頭用憎水劑或疏水型的防腐劑處理等有效措施來抑製木材內部水分的溢出。

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1.5開裂

        隨著周圍環境濕度的變化,木材會發生吸濕和解吸,引起木材尺寸發生變化,造成木材表麵塗層內部產生應力,最後導致塗層產生裂紋和開裂。圖2為國際標準ISO 4628-4:2003中規定的開裂數量等級示意圖。一旦在木製品表麵發現裂紋,就意味著水分的滲透時間已經很長。塗層開裂後,喪失了對木材的保護作用,水分會進一步通過塗層上的裂紋滲透到塗層與木材的接觸麵,破壞界麵間的粘合力。另外,塗層開裂後會形成一條微生物侵害的通道,加劇木材的微生物侵害;而且會將木材直接裸露在紫外光下,加速木材成分的降解。塗層開裂主要是由水分和應力引起,因此可以通過選擇具有彈性的、高滲透性的及非活性的塗料,優化基材處理即在塗飾之前填補木材表麵上的裂紋並移除已降解的部分來防止塗層的開裂。

開裂

1.6剝落

         當塗層起泡、開裂的程度很嚴重時就會引起塗層脫落即所謂的剝落。圖3為國際標準ISO 4628-5:2003中規定的剝落數量等級示意圖。一般通過膠帶測試來驗證塗層是否剝落。主要方法是將膠帶緊壓於塗層上,然後快速移走,若膠帶上粘有塗層則說明塗層與木材之間已脫離,相反則說明界麵間膠結良好。一旦發生脫皮會嚴重破壞塗層的外觀、物理和力學性能。塗層失去原有的功能,隻能通過重新塗飾來進行修複。

剝落

1.7粉化

木材塗層在自然環境中吸收紫外光而發生光氧化後塗層發生降解出現粉化現象。塗料都會發生一定程度的粉化。不過,粉化的程度隨不同漆種和不同的顏料而異。塗層粉化後表麵會變軟、易被擦除。常用的塗料中環氧漆最為典型,粉化很快,其他樹脂,如丙烯醇樹脂油漆,用醇酸或環氧改性的丙烯酸漆,聚氨酯漆耐候性能較好。可以通過使用防紫外線的塗料來預防塗層的粉化,但防紫外線塗料的塗飾對油漆工的要求較高。Williams 提出了一種新型的UV穩定劑,實驗表明,該種UV穩定劑不僅能降低木材的腐蝕速率還能提高塗層的性能。