大理石涂层树脂 涂层失效的原因及原理、涂层的分析方法进行深入解析

前言

涂料施涂施工成涂料，涂料经干燥或交联固化后，发挥其保护、装饰和功能作用。涂装后，涂层有时会出现粉化、失去光泽、褪色、脱落等缺陷甚至失效。如果这些涂层衰减在涂层的保质期内，或者它们对涂层的保护和功能效果没有本质影响，则涂层质量的下降是涂层质量的正常下降。但是，如果涂层在各种因素的作用下，物理、化学和力学性能发生不可逆的变化，即涂层性能受到明显破坏，则称为涂层失效。本期小薇就为大家探讨一下涂装失败的问题！

涂料失效的原因很多，一般归结为四个主要方面：涂料施工不当、涂料本身质量缺陷、涂料品种选择不当、涂料使用环境恶劣。此外，除上述宏观原因外，涂层失效还有更深层次、更本质的失效原理和失效模式。本文将对涂层失效的现象和原理以及涂层失效的分析方法进行深入分析。

一.涂层失效的现象及原理

1 开裂和脱落

图1-1 涂层开裂剥落

涂层开裂、剥落是涂层失效的常见表现，如图1-1所示。原理：交联固化后的涂层可视为一种“粘弹性”固体，当受到外应力时，会发生形变以释放应力。常见的变形情况包括：涂层在一定温度和湿度下的膨胀和收缩，以及因基材受力引起的振动和冲击。图1-2为涂层中树脂的应力-应变曲线：A为屈服点，A点前为弹性区（可恢复），A点后为永久变形区（不可恢复）。

图1-2 树脂在涂层中的应力-应变曲线

涂料（例如用于木器清漆的涂料）会因温度和湿度的变化而膨胀和收缩。如果膨胀/收缩力发生在涂层应力-应变曲线上的屈服点之前，涂层不会发生不可逆变形而导致失效；如果膨胀/收缩力发生在应力-应变曲线上的屈服点之后，涂层层的应力消除有两种方式：

(1)涂层与基材附着力好，有开裂现象；

(2)涂层与基材的附着力差，发生分层。

如果涂层基材是底漆，则底漆可能会出现面漆开裂、面漆与底漆分离以及底漆从基材上剥离，这取决于其自身的应力-应变行为

2化学腐蚀现象

图2涂层的化学腐蚀

化学腐蚀也可以认为是作用在涂层上的应力，如图2所示。作用原理可以解释如下：如果涂层中的树脂主要含有碳-碳单键等化学键和醚键大理石涂层树脂，则其耐化学性比较稳定，如酚醛树脂、乙烯基树脂。如果涂料中的树脂含有羟基、羧酸基、酯基、胺基和酰胺基等，则容易受到酸、碱和氧化剂的侵蚀，如醇酸树脂，在涂料中容易受到侵蚀。碱性和潮湿环境。快速水解和失效。一些颜料也对酸和碱敏感。例如，铝粉在强碱性环境中会迅速变质失效。

3 泛黄和粉化

图3 涂层的泛黄和粉化

涂层的泛黄和粉化一般是由于涂层的应力老化引起的。应力老化是指涂料中的树脂在光（主要是紫外线）、热等气候因素的作用下，使聚合物链断裂、降解的情况。例如，芳香族聚氨酯可能会变黄，环氧树脂可能会粉化。

4 起泡

图 4 涂层起泡

涂层起泡包括渗透起泡和电渗起泡，一般是指水分、离子等在浓度梯度或电位梯度的作用下渗入涂层，导致涂层中基材腐蚀或涂层脱落、起泡等。涂层起泡现象一般发生在涂层有针孔缺陷或使用环境恶劣时，如海边、高温潮湿环境等。

二.涂层失效分析方法

涂层失效的分析方法包括现场检查、仪器分析、模拟实验等。

现场检查一般是调查涂层的使用环境（温度、湿度、位置）、失效现象、失效部位，然后对失效的涂层进行取样，最后综合信息确定失效原因。在大多数情况下，需要结合仪器分析和仿真实验来推断故障原因。可用于研究涂层失效的仪器分析方法有很多，如FTIR、SEM-EDS、GCMS、DSC等，分析工具的选择应根据样品的特性和失效现象来确定。

1、FTIR

FTIR在失效分析方面有着广泛的应用，包括污染物的检测、涂料中树脂和填料类型的鉴别、树脂固化的鉴别等，以及从供应商处获得的已知涂料样品信息与待测样品的信息，以确定所使用的涂层类型是否正确。

2、SEM-EDS

SEM-EDS可以在高倍率和大景深条件下观察样品的表观形貌和元素分析。表面形貌观察可以发现很多涂层缺陷，如点蚀、异物、气泡、涂层密度等；正常件和故障件的元素信息对比有助于找出故障原因。

3、GCMS

GCMS可以分析失效涂层的液体样品，确定涂层中溶剂的类型，并确定失效是否是由于稀释剂的相容性不当造成的。如果没有液体样品，可以对固体样品进行顶空GCMS分析，检查涂膜中的残留溶剂。

4、DSC

DSC 可用于研究交联反应的动力学和确定热塑性涂料的玻璃化转变温度，从而研究涂料的相对固化程度。如果正常样品和不合格样品在相同条件下进行DSC分析，如果不合格样品的玻璃化转变温度低于正常样品，则可能表明不合格样品可能没有完全固化。

模拟实验是根据失效现象和失效位置模拟涂层在服役环境中的性能，以找出失效原因。涂层失效分析的工具和方法有很多，不限于以上3种。在实际进行涂层失效分析时，需要思路开阔，根据样品的个体差异选择合适的分析方法.

三.涂层失效案例

案例背景

涂有白色油漆的金属板已从金属基材上部分剥落油漆。需要找出油漆脱落的原因。

案例研究

通过观察不合格样品发现，剥离涂层背面颜色较深，剥离面积较大。但正常样品的涂层颜色很白，涂层与基材的附着力很好。

解决方案

“不合格样品”和“正常样品”的对比分析。

(1）对不合格样品的脱落部分背面和正常样品涂层的背面进行FTIR分析，两者没有明显差异，排除了明显的可能脱落部分的污染物。

(2）同时对不合格样品和正常样品进行SEM-EDS分析，发现不合格样品中氧和铁元素的含量明显高于与正常样品相同。结合失效部分的颜色，判断镀层失效是金属基体腐蚀造成的。

基于涂层失效的多样性和原因的复杂性，涉及到油漆、施工、表面处理等大理石涂层树脂，很难分析和解决问题，所以只能依靠油漆工程师根据涂料的施工和使用环境。仅判断涂层的失效原因是不够的。借助仪器分析对失效涂层进行分析，判断失效原因是非常必要的。