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木材涂层失效研究之一

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浏览:- 发布日期:2016-10-13 09:00:00【

木材是一种天然的多孔性生物质材料,容易发生光降解、遭受微生物侵袭,当含水率变化时还会发生干缩湿胀。因此,木材在机械加工完成后要进行涂饰,以起到装饰和保护的作用。然而在实际应用过程中,木材表面的涂层在预期的使用寿命之前由于受到内外因素的综合作用,其化学和物理性质发生变化,性能逐渐变差,涂层老化,表面出现起泡、脱皮、开裂及变色等缺陷,最终引起涂层功能性失效。现在由小编带领大家探索涂层失效的秘密。

木材

1 木材涂层失效形式及其判断标准 

有机涂层在户外使用,受到日光照射和氧气的双重作用,会发生光氧老化,涂层会失光、褪色(泛黄)、变脆、龟裂、附着力下降、甚至剥落、力学性能劣化等现象。而木材特有的细胞组成、构造、各向异性及生物特性则导致了其涂层失效形式的多样性。涂层失效的形式有失光、变色、长霉、生锈、起泡、剥落、开裂和粉化等,其中,失光、变色、起泡、开裂和剥落等是木材涂层失效最常见的形式。

1.1失光

木材涂层在气候环境的影响下光泽度会降低,即所谓的失光。在某些情况下,失光可以用来预测涂层的使用寿命。不同类型的涂料在相同的暴露环境下,失光率不同。Bulcke测量了17种涂料(其中不透明溶剂型涂料4种、不透明水溶性4种、半透明溶剂型4种、半透明水溶性5种)在60º下的失光率,结果发现暴露2 000 h后,半透明的涂料比不透明涂料保留了更高的光泽度。另外,涂层的光泽度还与漆面表面的平滑度以及基材的表面粗糙度有关。因此,应该选择流平性好的树脂作为涂料;且对木材进行涂刷之前,打磨要彻底并将表面灰尘、污物清理干净;在使用过程中还应尽量避免涂层开裂,因为涂层的开裂会造成涂层表面不平整,进而引起光泽度的下降。

1.2变色

木材涂层在气候环境的影响下光泽度会降低,即所谓的失光。在某些情况下,失光可以用来预测涂层的使用寿命。不同类型的涂料在相同的暴露环境下,失光率不同。Bulcke测量了17种涂料(其中不透明溶剂型涂料4种、不透明水溶性4种、半透明溶剂型4种、半透明水溶性5种)在60º下的失光率,结果发现暴露2 000 h后,半透明的涂料比不透明涂料保留了更高的光泽度。另外,涂层的光泽度还与漆面表面的平滑度以及基材的表面粗糙度有关。因此,应该选择流平性好的树脂作为涂料;且对木材进行涂刷之前,打磨要彻底并将表面灰尘、污物清理干净;在使用过程中还应尽量避免涂层开裂,因为涂层的开裂会造成涂层表面不平整,进而引起光泽度的下降。

1.3长霉

木材由纤维素、半纤维素、木质素三大素构成,而这些成分恰恰是霉菌良好的营养物质且木材本身就含有一定的水分,因此,在温度适当时木材就会遭到霉菌的侵害。涂饰过的木材也会发生这种现象,会直接影响到涂层的外观和性能。Gobakken以5种改性处理材和8种未改性处理材作为基材,然后用3种不同的涂料系统分别涂饰基材进行户外暴露来研究树种、心边材、处理方式、涂料系统和暴露时间对霉菌生长程度的影响。结果表明:涂料系统和暴露时间对霉菌生长的影响特别显著,其次是木质基材,不同树种间霉菌生长的程度不同,且经涂饰后边材比心材易受霉菌侵害。这就说明虽然木材易遭霉菌侵害,但如果选用合适的涂料如含防霉剂的涂料、适当地控制水分就可以有效抑制霉菌的生长。

1.4起泡


起泡是指木材涂层表面出现气泡或水泡,当涂层的水蒸气渗透速度较慢时容易出现起泡。图1为国际标准ISO 4628-2:2003中规定的起泡大小等级为5级时的数量等级示意图。一般情况下钢材涂层起泡的机制有渗透压起泡、应力起泡、电渗透起泡、温度梯度起泡。而木材涂层起泡的主要原因是木材表面在涂饰之前受到污染、溶剂未适当挥发及木材中水分过多。其中影响最大的因素就是水分,雨水或室内的水分渗透到木材与涂层的接触面上、木材内液态水与水蒸气的转移等都可能成为水分的来源。因此,木材在进行涂饰之前要先测量它的含水率,并且在使用过程中要控制水分的入侵。另外,可以通过选择适当的涂料并在涂饰之前将木材表面清理干净,同时将暴露的木材端面或接头用憎水剂或疏水型的防腐剂处理等有效措施来抑制木材内部水分的溢出。

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1.5开裂

        随着周围环境湿度的变化,木材会发生吸湿和解吸,引起木材尺寸发生变化,造成木材表面涂层内部产生应力,最后导致涂层产生裂纹和开裂。图2为国际标准ISO 4628-4:2003中规定的开裂数量等级示意图。一旦在木制品表面发现裂纹,就意味着水分的渗透时间已经很长。涂层开裂后,丧失了对木材的保护作用,水分会进一步通过涂层上的裂纹渗透到涂层与木材的接触面,破坏界面间的粘合力。另外,涂层开裂后会形成一条微生物侵害的通道,加剧木材的微生物侵害;而且会将木材直接裸露在紫外光下,加速木材成分的降解。涂层开裂主要是由水分和应力引起,因此可以通过选择具有弹性的、高渗透性的及非活性的涂料,优化基材处理即在涂饰之前填补木材表面上的裂纹并移除已降解的部分来防止涂层的开裂。

开裂

1.6剥落

         当涂层起泡、开裂的程度很严重时就会引起涂层脱落即所谓的剥落。图3为国际标准ISO 4628-5:2003中规定的剥落数量等级示意图。一般通过胶带测试来验证涂层是否剥落。主要方法是将胶带紧压于涂层上,然后快速移走,若胶带上粘有涂层则说明涂层与木材之间已脱离,相反则说明界面间胶结良好。一旦发生脱皮会严重破坏涂层的外观、物理和力学性能。涂层失去原有的功能,只能通过重新涂饰来进行修复。

剥落

1.7粉化

木材涂层在自然环境中吸收紫外光而发生光氧化后涂层发生降解出现粉化现象。涂料都会发生一定程度的粉化。不过,粉化的程度随不同漆种和不同的颜料而异。涂层粉化后表面会变软、易被擦除。常用的涂料中环氧漆最为典型,粉化很快,其他树脂,如丙烯醇树脂油漆,用醇酸或环氧改性的丙烯酸漆,聚氨酯漆耐候性能较好。可以通过使用防紫外线的涂料来预防涂层的粉化,但防紫外线涂料的涂饰对油漆工的要求较高。Williams 提出了一种新型的UV稳定剂,实验表明,该种UV稳定剂不仅能降低木材的腐蚀速率还能提高涂层的性能。