【精品】design for a coatings composites（可编辑.ppt

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1、Design For A Coatings CompositesWUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏怎样进行涂料配方设计？怎样进行涂料配方设计？WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏Chapter 6 Design For A Coatings Composites 概概 述述Coatings FormationCoatings FormationlProperty:(Sorts)Binder Sorts Solubility(),Volatility Solvent/Thinner Sorts Pigment So

2、rtsl lCoatingsCoatings Quality （Quantity）The Primers And The Primer Surfacers CPVCThe Pigmented PaintsPigmented Paints Single Color Pigmented Paint Hiding Power P/B RatioP/B Ratio Multiplex Color Pigmented Paint Color Power Pig.RatioPig.RatioViscosityViscosity/Solids ContentSolids Content Solvent/Th

3、inner Quantity Additives Sorts/QuantityWUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏第一节第一节 颜料加入量颜料加入量The Pigment Content In A Pigmented Coatings Composites 一、一、颜基比颜基比：涂料配方中颜填料与固体基料的质量比称之颜基比涂料配方中颜填料与固体基料的质量比称之颜基比。(P/B:pigment-binder ratio)u面漆的P/B约在0.250.91之间u底漆多数在2.04.01之间。u建筑乳胶漆：外用乳胶漆P/B为2.04.01，内用乳胶漆在4.07

4、.01之间。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏二、二、颜料体积浓度颜料体积浓度(PVC)和和CPVCPigment Volume Concentration Critical Pigment Volume Concentration PVC：指涂料指涂料固体固体总体积中，颜料所占体积份数总体积中，颜料所占体积份数：临界颜料体积浓度临界颜料体积浓度(CPVC)：颜料粒子间空隙正好被基料充满而颜料粒子仍颜料粒子间空隙正好被基料充满而颜料粒子仍

5、保持彼此接触状态时的保持彼此接触状态时的PVC。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏渗透性质渗透性质Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏

6、光学性质光学性质Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏(1)干膜密度干膜密度 对密实涂膜：含孔隙涂膜，即PVCCPVC 时：作二条1/FW直线的交点，记作WC，则：Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.

7、11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏(2)紧密堆积干颜料的堆积系数紧密堆积干颜料的堆积系数 CPVC=粉/固(3)光学性质光学性质-光散射、对比率、着色力、遮盖率、光泽 1)遮盖力遮盖力-基料折光指数nB1.5，颜料折光指数npignB，在颜料和基料界面存在光散射，相对遮盖力:空气折光指数ng=1.00，在CPVC以上空气导入涂膜使基料变成多孔性，孔隙率为P.I.。则：nB=1.0 P.I.+1.5(1 P.I.)=1.5 0.5P.I.对于折光指数与基料相近的填料，孔隙率较大幅度地改变npig/nB之间相对值，遮盖率随孔隙率有

8、大幅度地增加，可利用此特性变化测得CPVC。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏2)着色力着色力 用少量固定量的颜料着色系列PVC的不透明漆(如白漆)，不断涂覆至涂膜厚度大到所测反射率不再变化，此反射率记作R。在这系列涂膜中，散射系数(S)主要来自白色颜料，而吸收系数(K)来自着色颜料，按Kubelka-Munk理论方程：每一涂膜中着色颜料用量恒定，K为常数。对于规定的试验条件组，着色力(TS)与S成正比例，并任定某一漆膜的TS=100作为

9、标准。则Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏例 某标准涂料样品的反射率R=0.40，对比样的反射率少10%。试比较其着色力。解：R(标准)=0.40，R对比=0.40(1 10%)=0.36设 TS(标准)=100则 TS(对比)(1 0.36)2/20.36 =100(1 0.4)2/20.4 TS(对比)=79，对比样着色力比标准低21%。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1

10、 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏颜料老粉氧化锌沉淀BaSO4粉碎BaCO3碱式碳酸铅硅藻土(SiO2)0.700.570.630.630.640.43CPVC(由 所得)0.680.500.490.530.530.18常用吸油量吸油量这一参数，快速简便地获取CPVC值吸油量所得CPVC与密实颜料填积系数对比Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏例 由36%TiO2、49%CaCO3

11、、15%陶土组成的混合颜料，它的吸油量和CPVC各是多少?颜 料重量组成/g密 度体积/cm3吸油量/g(100g)-1TiO2CaCO3陶土3649154.162.712.278.6518.086.6122.113.359.6合 计100/33.3414.5实测 pig(混合)=10033.34=3.0 g/cm3CPVC=1/(1+14.53.0/93.5)=68.2%(算术平均)=0.22136+013349+059615=23.4 g/100g油则 CPVC=57.1%显然，CPVC不能由算术平均值计算。Chapter 6 Design For A Coatings Composite

12、s 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏三、三、颜料加入量颜料加入量 颜料加入量依所需涂料性能来决定，包括：遮盖力、光泽、透水性、防锈性、耐候性、耐磨性及硬度等。着色颜料的最低加入量根据遮盖力遮盖力确定-一道涂膜正好能遮盖底色即可(浅色漆为二道)；各色颜料的各色颜料的PVC示例示例 Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量颜色醇酸树脂漆氨基烘漆PVC/%PVC/%基料中氨基含量/%单单色漆：色漆：钛白粉12.314.323.2大红粉11.212.72

13、1.6中黄16.019.317.6炭黑3.34.020.3铁红10.010.017.7复色漆：复色漆：浅灰11.1%钛白+1.2%炭黑=12.3%天蓝11.1%钛白+1.6%铁蓝=12.7%绿8%柠檬+1.4%中黄+2.4%铁蓝=12.5%WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏颜料的总需求量（最大用量）则由色漆涂膜的光泽光泽决定。例如不同光泽下的色漆PVC如下：高光漆高光漆 光泽：100%PVC：20%有光漆 80%100%20%30%半光漆 30%70%33%52%蛋壳光漆 10%20%52%60%无光漆 0%10%60%72%高光漆，最好选用遮盖力强的

14、着色颜料；有光漆则采用一般的着色颜料；半光、无光漆按遮盖力加足着色颜料后，补加体质颜料至相宜的PVC。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏颜料的常规用量 颜 料PVC/%颜 料PVC/%白色：钛白氧化锌锑白铅白1520152015201520绿色：氧化铬铅铬绿颜料绿B10151015510黄色：铅铬黄锌铬黄氧化铁黄镉黄汉沙黄联苯胺黄510510101510151015510蓝色：普鲁士蓝群青酞菁蓝5101015510Chapter 6 De

15、sign For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏颜 料PVC/%颜 料PVC/%红色：氧化铁红甲苯胺红芳酰胺红黑色：氧化铁黑炭黑10151015 510101515防锈颜料：碱式硅铬酸铅碱式硫酸铅 铅酸钙红丹磷酸锌四盐基锌黄铬酸锌金属粉：不锈钢铝粉锌粉铅粉 25351520 3040303525302025304051551560704050 Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNI

16、VERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏涂料配方的重要参数不单是PVC，而是比颜料体积浓度()例如，由于颜料颗粒的遮挡作用，PVC增加到接近CPVC时，涂膜抗透水性达到最大值。但一过CPVC，抗水透过性急剧下降。因此，涂料配方的拟定应根据性能和用途，把握好PVC对CPVC的偏离程度。特别是在高PVC配方中，某些相对较小的组成或因素变化，可能使涂料的实际PVC大于CPVC。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏例例 某涂料配方

17、拟定的PVC为52%(按湿树脂计算)，干漆膜CPVC为54%。如果干燥过程中基料收缩率为16%，求干漆膜的值。解：令S为收缩率，可推导得下式：由于基料干燥收缩，变动高达8%，结果使得拟定配方的从小于1变至实际的1，涂料的实际性能将发生显著改变。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏提高颜料的分散能力(如采用高效分散设备或添加高效分散剂)、或延长分散加工时间，都将使颜料堆积更紧密，会得到颜料堆积更紧密，会得到更高的更高的CPVC。如果一个PVC

18、接近于CPVC的防锈底漆配方，配方判定所用CPVC为分散加工8h的数值，现对该拟定的高PVC配方只分散加工4h，则该底漆的实际CPVC变小，可能会大于1，防锈性会大大下降。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量CPVC(8h)CPVC(4h)!CPVC(8h)PVC(4h)CPVC(4h)!WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏对于微细颜料粒子，由于表面能大而往往附聚成粒子团，使颜料堆积不紧密，CPVC降低。采用表面活性剂可减小颜料附聚粒子团尺寸(D)直至原始粒子直径(d)。例如

19、TiO2/矿物油体系，分别添加0.0、1.0和3.0%分散剂，D/d分别为13、3.4和1.0，CPVC从28%、36%、43%递增。因此，分散剂的用量也显著地影响CPVC。当分散剂用量达一定值时，颜料以单个粒子分散，CPVC达极限临界颜料体积浓度(UPVC)。CPVC与附聚粒子团尺寸关系如下：Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏显然，配方中分散剂这一成分的微小变化，也使涂料实际CPVC发生显著改变。因此，将用于涂料配方的涂膜性能判定会更准

20、确，由此可以更加精确地进行涂料配方修正。各类涂料的适宜范围 表中平光乳胶漆的临界颜料体积浓度偏低，故在值小于1.08以下，仍具有良好的不渗透性、抗污性和最佳的不透明性。涂 料涂 料面漆汽车面漆0.050.15底漆或二道浆木器底漆 0.951.05高档工业面漆0.200.30金属底漆0.70.95醇酸磁漆0.350.55维护底漆 0.750.90半光建筑面漆0.600.85金属二道浆1.051.15平光外墙涂料0.950.98平光内墙涂料0.981.08Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.11.1 颜料用量颜料用量WUHAN UNIVERSI

21、TY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏第二节第二节 涂料流变学涂料流变学一、一、粘粘 度度 viscosity 单位面积上的作用力定义为剪切应力，则：=F/A (dyn/cm2)对该液体的任何部分来说，速度梯度dv/dx是个常数，称之为剪切速度D，则：D=dv/dx (s-1)理想液体绝对粘度（粘度）则为剪切应力与剪切速率之比 =/D (P，泊)(1P=0.1PaS)绝对粘度除以液体密度，则称之为运动粘度：=/(St，沲)Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology

22、 WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏牛顿流动牛顿流动是这样一种理想液体的流动特性，它在任一给定温度下，在很宽的剪切速率范围内，粘度值保持不变。具有理想液体理想液体的涂料品种很少，但接近理想状态的液体，我们也都把它叫做牛顿流体，像水、矿物油、溶剂及某些树脂的稀溶液。若一种液体的粘度随着剪切速率变化而改变，则称该液体为非牛顿流体非牛顿流体，其流动行为称这非牛顿流动非牛顿流动。涂料产品基本上都属非牛顿型液体。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rh

23、eology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏若液体粘度随着剪切速率增加而减少，该液体称之假塑性流假塑性流体体，即施以切变力，液体会变稀。反之随剪切速率增加，粘度增大的液体，称之膨胀性流体膨胀性流体，施加切变力会使液体变稠。这二种液体的流变行为见图，其粘度按曲线或斜线变化。色浆色浆研磨近似为膨胀性流动，而大多数涂料成品涂料成品却是假塑性液体。对于多相体系，像色浆、乳液、泡沫等，相间作用力使分散体系存在一种弱的刚性结构，施加的切变力必须达到某个最小值才使体系开始流动。此最小值称之屈服值屈服值。在屈服值以下，涂料像弹性固体一样变形但不能流动。这种流体称之

24、宾汉流体宾汉流体。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏几种流变行为示意 Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏由于非牛顿流体的粘度随切变应力变化，则定义/D的比值为表观粘度a:a=/D此时不

25、同剪切速率下的粘度是多个，所以最好用粘度分布图表示这一特性。触变性触变性 触变性是涂料经触动而发生粘度下降的行为，更重要地，实际上这是一种与时间相关的流动行为，即在剪切力的持续作用下，粘度会随时间不断降低并趋于最小值的流变性。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏在静止状态下，触变体有很好的防颜料沉降作用；在施工时的切变力作用下，粘度的降低有利于涂膜流平。由于触变体的这一特殊优点，在涂料中往往

26、添加触变剂来产生触变效应。触变性的大小可用触变环线面积来表征。触变环面积与切变应力作用时间有关，而且试验后静置很长时间也不能完全回复到原来的缔合结构(或结构粘度)。在某些膨胀性流体中，则可能会出现与触变性相反的现象，在恒定剪切速率下，粘度增大并趋于最大值，此流变性称之震震凝现象凝现象。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏二、影响粘度的因素二、影响粘度的因素1.温度对粘度的影响按分子热运动的孔

27、穴理论，低分子液体的粘温关系可用Andrad方程表示：(T)=Aexp(E/RT）（E流动活化能）对某种液体，在适当的温度变化范围内，E近似为定值 lg(T)=lg A+B/T 对于高分子的浓溶液，上式同样适用。对于分子量不同的同种聚合物溶液，因E极其相近，有相似的粘温关系。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏2.基料浓度对溶液粘度的影响基料浓度对溶液粘度的影响设溶液粘度为，溶剂粘度为0，溶

28、质体积分数为，并定义r=/0为溶液的相对粘度(或比粘度)。对于一个刚性球粒的稀溶液，粘度与溶质的关系服从Einsten方程：r=/0=1+2.5涂料体系往往是被溶剂化或溶胀了的非球形粒子的高浓度溶液，且现代涂料的固体分还在日益增高，经过许多学者对该方程的扩展应用的研究，有一个简便又适用的表达式如下：该式子适用于0100%浓度范围的低分子齐聚物或预聚物溶液。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏

29、例 某聚酯的苯乙烯溶液，W1=50%时溶液粘度1=0.531p；W2=80%时溶液粘度2=24.7p。求W=60%时的?(0=0.0088p)解：由联立方程解得：r=185.2=1.63p。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏在实际应用中，可设kb=0,此时只需一对实验数据就能预测某质量浓度下的粘度：lgr=w/ka (kb=0)对于纯聚合物，w=1,=p，则ka=1/lgr=1/lg(p/

30、0)因此 lgr=wlg(p/0)虽然该公式只能得到近似结果，但用于估算由两个已知粘度的溶液调配预定粘度溶液的组成极为方便。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏例例 已知w1=30%的醇酸树脂汽油溶液的1=0.658p,w2=50%的溶液2=9.5p。如何用这两种溶液调配=2.5p的醇酸树脂溶液?解解：设调配成=2.9p溶液，需w1溶液x份，则w2溶液为(1-x)份，数学推导得：即30%和5

31、0%的溶液按11配合可得2.5p粘度的溶液。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏以上粘度与浓度的关系式仅适用于有机溶液的溶液体系。对现代涂料，如水性漆，树脂利用少量的离子化基团并辅以助溶剂的溶胀作用，使之以胶束分散体形式分散于水相中，属非牛顿流体。在稀释过程中的粘度变化极为复杂，存在一稀释峰。至少，降低基料分子量、增加离子基团数量和助溶剂用量，都会减少胶束形成，增加水溶性（水溶液）。特别是采

32、用两种不同挥发性的助溶剂，对改善涂膜外观很有益处。挥发快的助溶剂可减少流挂；挥发慢的助溶剂使之流平。但助溶剂的挥发性不能比水慢，否则湿膜产生“延迟流挂”现象。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏三、三、涂料流变学涂料流变学1.涂料流动方程涂料流动方程在涂料生产、施工和干燥成膜过程中，涂料必须经受极端变化的剪切速率的作用。例如，在高速分散时，叶片附近的剪切速率(D)高达103104s-1，而在

33、器壁或液面处，近乎静止(D=110 s-1)；放入贮罐后，D又立即下降到10-30.5s-1，颜料易沉降；施工时，剧涂、喷涂或滚涂的D又上升到103s-1以上，某些滚涂施工甚至高达105s-1；施工以后，湿膜的D又下降到1 s-1以下，对涂料的流平、流挂、渗透产生影响。在D大幅度变化时，粘度也从1.0至106P发生极端改变。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏配方不正确，施工时粘度太低，施工

34、后粘度过高造成流平性差。施工时粘度太高，涂刷造成拖带；施工后粘度太低，造成流挂。涂料配方正确，低剪节速率有涂料屈服值0=410 dyncm-2，贮存时抗沉降、施工后抗流挂、流平性良好；高剪切速率下，粘度在13P之间，有良好施工性能。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology 配方各异的涂料的流变曲线WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏由于D或在极端范围内变化，用一个方程能表述全部范围内的粘度分布，唯一有效的是Casson方程：n指数(

35、一般为0.5)涂料在D104S-1时，颜料的絮凝、胶团聚集或任何其它因素引起的结构粘度都被破坏消失，此可近似作为(亦可用外推法获得)。0值很难测定，一般以极低剪切速率下的粘度近似计算。即：则 0DDD极小=(D极小)Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏也可以利用高、中、低剪切速率下的三组粘度数据来确定n、和0三个常数。此时以极高D下的h作为，而Dm对应m，Dl对应l，则：利用一系列在0.5附

36、近的数值作为n值代入方程，使方程等于零的n就是所求的解。再求得0：Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏涂料在高剪切速率下的粘度和涂料屈服值0，是涂料流变性的二个重要性质。1)涂料在高剪切速率范围内流动特性，由涂料基本组成所决定；2)而涂料在低剪切速率范围内的流动特性，可添加少量的流变助剂来调整。另外，颜料的絮凝或基料的胶体性质也影响低剪切范围内涂料流动性质。溶剂性涂料，D=104s-1时的适

37、宜刷涂粘度为1.03.0P；乳胶漆刷涂，在D=1400s-1时，施工粘度宜在2.55P；喷涂施工时D=2500s-1施工粘度宜在0.252.5P。流平性好的涂料，也用较高的施工粘度来获得厚涂膜；反之造成施工困难。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏3)溶剂性涂料，未受剪切作用过的涂料屈服值至少应在4.0 dyncm-2以上，防止颜料沉降。但屈服值在受剪切作用(如施工)后都有下降，希望这种下降

38、是暂时的，它应能立即回复到4 dyncm-2以上，以防流挂。对于触变体，下降明显；对假塑性流体只有稍微下降。这种瞬间的屈服值低于4 dyncm-2，有利于涂膜流平。乳胶漆的屈服值应大于10 dyncm-2，施工后屈服值应瞬间下降到2.5 dyncm-2，又能立即回复到5 dyncm-2以上。Patton提出计算乳胶漆屈服值的经验如下：为D=0.085 S-1时的粘度值Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化

39、工学院张学敏例例 某乳胶漆涂刷后，漆膜丰满度、流平性和流挂性良好，在D=0.085 s-1测得未剪切和剪切后的粘度分别是245p和97p。试计算屈服值。解解：未剪切时：0=9.4 dyncm-2 剪切后：0 =2.7 dyncm-2此计算结果说明了一配方合理的乳胶漆应有的屈服值水平。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏2.涂料流平方程涂料流平方程涂料流平方程以按正弦波剖面理论推导的公式能较精

40、确地反映实验结果。即：Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology 或：WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏涂料表面张力是涂膜流平的驱动力，一般在2555dyncm-1。因范围窄，可取35dyncm-1这一中间值。由于表面张力基本上可看作定值，这样膜厚(x)和条痕波长()成为流平时间的极大影响因素。在其它条件相同时，如果x增加一倍，流平时间缩短到1/8；增加一倍，流平时间为原来的16倍。例 一典型的流平状况如下：a0=0.0080cm，

41、at=0.000050cm(流平终点)，x=0.010cm，=0.10cm(10条痕/cm)，=35 dyncm-1，若粘度恒定为10、100和1000P时，流平时间多长?解：按流平方程100p为2.8秒，1000p为28秒 【3p为？秒】Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏实际上流平过程中粘度是不断变大的，它由任一

42、瞬间的剪切应力(或D)所决定。结合Casson方程，可得到任一瞬间由所施加的最大剪切应力为：由于流平过程中，、x、都基本保持不变，则正比于a变化。流平终点时，a=510-5cm，由图6-8查得f(x/)值，然后求值。若涂料0，则无法流平。将0代入上式，可求得涂料流平过程能达到的最小振幅amin：Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏Chapter 6 Design For A Coatings

43、 Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology f(x/)=cosh(2x/)(2x/)2+cosh2(2x/)f(x/)与与x/的关系图的关系图WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏上述流平方程不适合于触变体。因触变体在剪切后的恢复受到时间的制约。另外，流平过程中，溶剂挥发也造成粘度的持续上升。在多孔性表面涂漆，溶剂通过毛细管作用吸收于孔隙中，会导致流平的突然终止。对乳胶漆，在水份初期挥发阶段，乳胶粒子在刚接触时，转变成半刚性状态，有碍涂膜流平。涂膜流平测定可在由低到高的膜厚方向上，用单位长度齿数不

44、同但齿宽和齿间距相等的梳子划痕，依沟痕确定流平时间。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏3涂料流挂方程涂料流挂方程 a.涂布初时涂布初时 b.流挂流挂 c.滑挂滑挂 a.涂料初始以均匀厚度施工于垂直底材上的几何形状示意图 b.此涂层流挂之后的几何形状、及任选一水平面的体积增量示意图 c.当涂料屈服值很高时出现滑挂的几何形态示意图Chapter 6 Design For A Coatings

45、Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏湿涂膜受重力驱动造成的流痕叫作流挂。涂膜中距离表面x位置单位面积薄层引起流挂的拉力(即剪切应力 x)：x=x g横穿这一薄层的剪切速率为-dv/d x(负号表示流挂速率v与x的变化方向相反)，有流挂条件：变换方程得：由于x=X时，v=0。积分得 则表层(x=0)的流挂速率：Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating

46、rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏上述均为理想状态下的流挂速率。此理想状态指牛顿流动、无溶剂挥发和温度变化。在底材界面上的薄层有最大剪切应力：x(max)=x g 按流挂体积模型图：积分得：例例 某磁漆的施工粘度为30秒(1P)，假设施工后粘度没有回升能力，垂直面湿膜厚度分别为50m和100m时，求10min时磁漆表面的流挂距离(=1.1gcm-2)。解解：一般涂料的闪干时间最长为10min，若忽略溶剂挥发：h=v0 t=gX2t/2X=50m时，h=8.1cm；V=0.027cm3X=100m时，h=32.4cm；V=0.216cm

47、3Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏显然，牛顿型涂料的抗流挂性很差，并随着膜厚增加，流挂越趋严重。涂料实际都是假塑性的，且在闪干过程中溶剂挥发使温度降低和浓度增加，导至粘度上升；同时也使涂膜减薄。所有这些因素都使流挂得到抑制。粘度作为流挂阻力，总是配方设计应考虑的主要因素。通常是添加少量流变助剂于牛顿型涂料中，使低剪切速率下的粘度达到几百几千泊或赋予涂料一抗流挂的屈服值。由于粘度对流平和流

48、挂的影响作用是相反的，改变粘度只能使流平和流挂性调至适宜程度。流平与流挂这一对矛盾的彻底解决，只有利用触变性赋予体系一适当的屈服值，才能获得极佳的流平性和抗流挂性。有较大屈服值的涂料，有时观察到坍落现象(图 d)。坍落层厚度x按=g x=0求得。即：x=0/g若0足够大，则x X，对X厚的涂膜，流挂被阻止。Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏高固体分涂料，因固体分高达70%w以上，喷涂过程溶

49、剂挥发少(5%w)。普通溶剂性涂料，施工固体分约30%w，喷涂过程溶剂挥发损失高达50%w左右。显然，高固体分涂料不存在溶剂挥发产生的粘度上升和涂膜减薄诸抗流挂因素，流挂控制成为高固体分涂料配方的关键。最好的办法是赋予一抗流挂屈服值。若涂膜厚度不均匀，在局部厚度大于x的区域，将产生流痕；若涂膜整体厚度大于x，将产生流淌，涂膜上端薄、下端厚，厚度分布按下式计算式中 h从顶点量起的距离X0初始厚度t流淌时间样板倾角：Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.21.2 coating rheologycoating rheology WUHAN UNI

50、VERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏第三节第三节 涂料配方试验方法涂料配方试验方法examination of a coatings composites Chapter 6 Design For A Coatings Composites 1.31.3WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院张学敏第四节第四节 配色配色一、颜色基本概念一、颜色基本概念1.光与色的关系颜色是人眼视神经受到光线刺激引起兴奋，传至大脑中枢神经进行信息处理后产生的视觉感。因此，有光才有色，无光便无色。由于 E=hc/(h、c为常数)光子能量与波长成反比。不同波长的光