近年來,隨著塗佈層中導入各種高功能材料,如何形成均勻、穩定且無缺陷的塗佈層,已成為塗佈技術中的重要課題。要達成高品質塗佈,必須全面理解基材特性、塗佈層構成材料、塗佈方式,以及乾燥過程等關鍵因素。其中,塗佈方法本身亦存在多項需注意的條件,若控制不當,容易引發各類塗佈缺陷。
塗佈層的形成流程
塗佈包含下列工序:
1. 調液工序:將各類原料混合製成塗佈液的工序
2. 塗佈工序:將塗佈液展開於基材的工序。
3. 乾燥工序:揮發塗佈液溶劑的工序。由恆速乾燥與減速乾燥兩階段構成。廣義乾燥亦涵蓋化學反應、冷卻固化等情形。
塗佈液應具備的基本特性
正常塗佈:塗佈層無故障、缺陷
塗佈狀態異常:出現收流、液斷裂、全面條紋等現象
決定塗佈液特性的基本物理性質
1. 黏度:黏合劑種類、黏合劑分子量、固形分濃度等
2. 表面張力:界面活性劑、溶劑種類等
3. 乾燥速度:溶劑種類、乾燥條件
乾燥速度雖不影響塗佈表面狀態,但會影響乾燥後塗佈性缺陷與故障。此外,依塗佈方式不同,有時需進一步考量塗佈液的動態黏度與動態表面張力。
塗佈時塗佈液的變形行為
以滑槽式塗佈等方式為例,塗佈液在塗佈過程中會受到大幅拉伸,產生的變化包括:產生巨大剪切變形(與動態黏度相關)、表面積增加(與動態表面張力相關)。
塗佈液的黏度要求
塗佈時:於高剪切速率下變形,因需短時間內產生大幅變形,故需在高剪切速率範圍內具備低黏度特性。
塗佈後:防止靜態狀態下產生不均勻現象,因此需在低剪切速率範圍內具備高黏度特性。
為達成兼顧,需具備「隨剪切速率變化而改變的黏度」特性,僅調整黏合劑濃度、分子量或單純增稠並不足以達成,藉由添加「觸變劑」,可具顯著成效。
靜態表面張力與動態表面張力
塗佈時,塗佈液表面積瞬間大幅增加。此時塗佈液表面張力暫時增大。不利於塗佈性。
乾燥速度對塗佈品質的影響
乾燥速度過快:因蒸發潛熱較大,乾燥時塗膜表面溫度偏低。當塗膜溫度低於空氣露點時,水分易凝結,導致塗佈故障(泛白)發生。
乾燥速度過慢:乾燥時間延長,易產生風痕,且難以提升塗佈速度。因此需維持適當乾燥速度。乾燥速度取決於所用溶劑種類。
總結來說,即便塗佈液物性與塗佈條件皆已妥善設定,乾燥速度若控制不當,仍可能造成塗佈缺陷,因此乾燥條件的調控同樣不可忽視。