平时做水性或者溶剂型涂料的从业者,在做发泡涂层、隔热或者微孔结构构造的时候,经常会碰到ADC发泡剂分解温度窗口太窄,或者分解之后残留物太多的情况,最后出来的成品要么微孔分布不均匀,甚至直接出现闭孔,很多配方师碰到这类问题,第一反应都是先去查发泡剂的用量或者升温条件,其实问题根源很多时候藏在助剂自身的粉体特性,还有整个体系的化学相容性里面。一般来说ADC发泡剂的放气过程,不是简单的温度到点就直接冒气的,它的实际分解行为,是受好几个相互关联的条件限定的,加热速率与热传导效率这块,涂料涂层的厚度,还有基材本身的导热性,都会影响涂层内部实际温度曲线的形状,如果升温速率太快的话,就会出现表层已经完全分解完了,深层还在慢慢升温的情况,最后形成明显的泡孔尺寸梯度,改善的方法也很简单,就是用分阶段升温曲线,给涂料内部留出足够的热量缓冲空间。体系pH或者极性环境的部分,ADC发泡剂在酸性或者碱性介质里的分解活化能是会变的,有些树脂体系里用的极性溶剂,或者酸性固化剂,很可能提前或者推迟整个分解反应,大家调整配方的时候,建议先在固定的温度段下,先测一下混合体系的分解起始温度,避免出问题。助剂表面的微观形貌这块,粉体颗粒表面有没有包覆层,晶型完不完整,会直接影响它在体系里受热的时候,均匀释放气体的能力,市面上很多同纯度但不同批次的产品,要是表面缺陷多的话,很容易出现局部提前分解的情况。涂料配方人员平时也可以做个很简便的小试验,把配方里全部的液体组分先取出来,不要加催化剂和固化剂,混入ADC发泡剂之后放在同强度的热板上,观察气泡产生的起始时间还有密集度,靠这个就能初步判断整个配方对分解窗口的偏移倾向。

涂层结构形成微孔的过程,本质上是两个同时推进的化学进程,一个是气泡的产生,另一个是树脂基体的交联固化,要是交联进程明显快于发泡剂的分解速度,气体还没来得及膨胀形成微孔,整个体系就已经固化定型了,最后得到的就是刚性基体里的极小气泡,甚至直接出现微裂纹,反过来的话,要是发泡剂的分解集中发生在交联反应启动之前,早期生成的气体就会在还没锁定的液相里聚集或者直接逃逸,最后留下大而少的不规则气孔。通常情况下让两个进程的时间窗口匹配起来,是拿到均匀微孔结构的前提,大家可以适当降低固化催化剂的用量,推迟交联反应的起始时间点,也可以选用自带成核功能的ADC发泡剂,比如经过表面处理的细粒径产品,让气体生成更加均匀可控,还能在配方里加少量热稳定助剂,延缓发泡剂的分解爆发点,让气体释放的周期更长一些。不同涂料体系的交联温度范围差异其实挺大的,要是现有配方的发泡窗口始终对不齐,也可以考虑换用不同化学结构,或者经过改性的ADC发泡牌号。

涂料发泡微孔不均?从发泡剂分解机理看稳定控制-1

以前不少配方人员选发泡剂的判断标准,就是最终分解残留率够不够低,但是对精细微孔涂料来说,更重要的点其实是分解过程能不能在配方体系规定的时间-温度曲线上平稳释放,所以选型的维度,也不能只盯着单一的温度指标,要换成复合指标来考量,包括粉体粒径分布,分解峰值温度,反应放热峰宽度,还有体系相容性测试结果。大家可以用一个可操作的方法,就是向供应商索取同一系列不同粒径或者不同表面处理的ADC发泡剂样品,用差示扫描量热法测出每种样品在目标树脂体系里的分解曲线,找分布最宽,而且峰值靠近配方目标温度的产品就可以。在一些对VOC有排放限制的涂料应用场景里,无亚硝胺、分解副产物少的ADC发泡剂方案会更适用,这时候除了关注分解温度,还要额外考察气体产物的成分占比,还有残留物的可溶性,避免副产物影响涂层的附着力或者耐候性。

实际小试阶段,有两个点要多留意,一个是浆料里发泡剂的分散均匀性,哪怕你选的是分解曲线最适配的ADC发泡剂,要是它在涂料浆液里出现团聚或者沉降的情况,分解的时候还是会形成局部的密集泡孔,研磨分散的时长和转速,还有助分散剂的选用,都要针对这一批次的发泡剂粉体做适配调整。另一个就是涂层受热的实际温度曲线,和薄层涂层模拟试验的结果比起来,厚涂或者装夹夹层里的实际温升速率会慢不少,大家要在实际工件上设置热电偶监测内层温度,照着这个数据去调节固化程序曲线,保证发泡剂在该曲线下完成有序放气。要是这个过程里拿不准分散设备参数和固化曲线的匹配点,也可以和助剂供应商的技术团队沟通,一起把具体配方带入试验装置做一次工艺窗口的确认。

如需结合您的具体配方、工艺要求和性能目标评估方案,也可与杜巴化学技术团队进一步沟通。

涂料发泡微孔不均?从发泡剂分解机理看稳定控制-2