第五章 涂料中的流变学与表面化学.
涂料中的流变学与表面化学
润湿性是指涂料能够完全覆盖被涂物 表面的能力。良好的润湿性可以提高 涂料的附着力和覆盖力,使涂层更加 均匀。
涂料的表面张力
涂料的表面张力决定了其润湿性和流 平性。低表面张力的涂料能够更好地 润湿被涂物表面,而高表面张力的涂 料则容易形成缩孔或桔皮现象。
表面化学在涂料中的应用
提高附着力
通过降低被涂物表面的能级,增加涂层与被涂物之 间的相互作用力,从而提高涂料的附着力。
涂料中的流变学与表面化学
目
CONTENCT
录
• 引言 • 涂料中的流变学 • 表面化学在涂料中的作用 • 涂料中的流变学与表面化学的关系 • 案例分析
01
引言
目的和背景
研究涂料中流变学与表面化学的相互作用,旨在深 入了解涂料的性能和应用。
随着涂料行业的不断发展,对涂料性能的要求也越 来越高,因此需要从多个角度研究涂料的性能。
表面化学特性
UV涂料的表面能较低,这有助于提高涂层的抗水性和抗化学 品性能。同时,UV涂料的表面较为粗糙,这有助于提高涂层 的附着力。
案例三:高固含涂料的流变学与表面化学特性
流变学特性
高固含涂料具有较高的固体含量,粘度较大。其流变行为受固体颗粒的大小、分 布和相互作用的影响。在制备和施工过程中,高固含涂料的流变性需要特别关注 以防止涂层缺陷。
03
表面化学在涂料中的作用
表面化学基本概念
表面张力
表面张力是液体表面所受到的垂直于液面方向的作用力,它使得 液体表面尽可能收缩。表面张力的大小取决于液体的性质和温度 。
表面活性剂
表面活性剂是一种能够显著降低液体表面张力的物质,它具有亲 水基团和疏水基团,可以吸附在液体表面,降低表面张力。
涂料中的流变学基础知识和应用
涂料中的流变学基础知识和应用流变学是描述物体在外力作用下产生流动和形变规律的科学。
一、简单配图交代以下三个基本概念“剪切应力”“剪切速率”“粘度”1、剪切应力是物体单位面积切线上受到的力2、剪切速率是物体层间移动快慢的表征举个栗子比如刷0.5mm厚的漆,涂刷时剪切速率的计算:3、粘度是流体内部阻碍其流动的程度大小公式上:粘度=剪切应力/剪切速率粘度的国际标准单位是帕斯卡.秒而涂料行业通用单位是泊(厘泊cP)换算一下:1Pa.S=1000cP二、下面根据这三个概念介绍流体的种类最常见的是牛顿流体(水,大部分有机溶剂等)特点是:剪切应力与剪切速率的关系呈直线正相关,在给定温度下流体粘度与剪切速率无关。
见下图非牛顿流体的粘度受剪切速率的影响假塑性(塑性)流体:粘度随剪切速率的增加而降低(称为剪切变稀)膨胀性流体:粘度随剪切速率的增加而升高(称为剪切变稠)触变性:剪切变稀,随着剪切时间延长粘度继续降低震凝性:剪切变稠,随着剪切时间延长粘度继续升高总结到下表三、涂料生产应用中的流变学运用涂料在生产施工的整个过程中,所受剪切情况大致如下1、涂料在生产制备阶段,颜填料的分散多在较高的剪切速率下进行。
较低的研磨粘度或分散速率导致涂料内部呈湍流状,颜填料分散不均匀容易导致颜料团聚,从而影响涂膜遮盖力光泽等性能。
2、在涂料储存过程中,剪切速率特别小。
此时颜填料及其他固体物质在重力的作用下一直下沉到容器底部,这个过程称为沉降。
涂料沉降发生在低剪切速率的情况下,所以提高低剪切速率下涂料的粘度对防止颜料沉淀至关重要。
——平衡颜填料粒径分布(采用小粒径代替大粒径)——尽量降低溶剂和表面活性剂的用量,因为他们会降低低剪切速率下的涂料粘度——选择合适增稠剂3、涂料施工中的沾漆与粘度的关系——中等剪切速率下的操作状态当涂料非常粘稠,静置在罐内时就结构化,这样的涂料难以涂装但是,涂料在罐中非常稀的话,会导致涂料再刷滚转移中滴落,施工时垂直表面容易流挂,辊涂时容易飞溅。
第五章涂料中的流变学与表面化学
Wa LG (1 cos ) Wi LG cos S LG (cos 1)
1800,可沾湿; <900,可浸湿; =00,可完全铺展。
表面张力低得液体有向表张力高得固体表面铺展得倾向。
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5、2用、i表3粗示糙其粗表糙面度得: 润i 湿AALi
Ai为真实得表面积,AL为Ai得投影面积,对于液体i=1,对 于固体,i≥1。
以铺展情况为例:
E1 SGi E2 SLa LG (i a) i LG SG (i a) S E1 E2 (a i)[( SG SL )i LG (a 2i) a]
P85 18
SG SL LG cos
当界面完全接触时,即a=i,再引入本征接触角得概念,可 得
G SL ( SG LG )
粘附功 Wa G 若 Wa 0 此过程可自发进行。 若将上述过程得固体改为液体,则:
G 0 ( LG LG ) 2 LG
内聚功,反映液体自身结合得牢固度,就是液体分子间相互作用力 大小得表征。
13
2、浸湿 指得就是固体浸入液体得过程,如颜料置入漆料过程。
24
5、3流平与流挂
涂料施工后能否达到平整光滑得特性,称为流平性。
当涂料涂布于一个垂直表面时,由于重力,涂料有向下流动得倾 向,可能引起表面不平整得情况,称为流挂。
5、3、1流平性 当涂料涂刷在基材上时,会留下刷痕,刷痕可因涂料干燥前得流 动而减轻。当涂料流平性差时,肉眼可以观测到表面不平得现 象。刷痕有如一个波形。 流平用Orchard公式评价:
4
5、1、3 温度对粘度得影响
按分子热运动得孔穴理论,低分子液体得粘温关系可用 Andrad方程表示:
E
(T ) Ae RT
(E—流动活化能 ) 对某种液体,在适当得温度变化范围内,E近似为定值
涂料中的流变学
(2)、丙烯酸类增稠机理 聚丙烯酸类增稠剂其增稠机理是增稠剂溶于水中,通
过羧酸根离子的同性静电斥力,分子链由螺旋状伸展为棒
状,从而提高了水相的黏度。另外它还通过在乳胶粒与颜 料之间架桥形成网状结构,增加了体系的黏度。
(3)、缔合增稠机理 这类增稠剂的分子结构中引入亲水基团和疏水基团,使
其呈现出一定的表面活性剂的性质。当它的水溶液浓度超过
1、动力黏度(η ):
=
D
式中:τ为剪切力;D为剪切速率。 在流体中取两面积各为1m2 ,相距1m,相对移动速度为 1m/s时所产生的阻力称为动力黏度。单位Pa· S(帕· 秒)。 过去使用的动力黏度单位为泊或厘泊,泊(Poise)或厘泊 为非法定计量单位。 1Pa· S=1N· 2=10P泊=103cp S/m
流体的类型与黏度密切相关,黏度是涂料流变学的 一个重要指标。
黏度的定义
黏度就是抗拒液体流动的一种量度。 黏度一般是动力黏度的简称,其单位是帕秒(Pa· S)或毫帕
秒(mPa· S)。
黏度的度量方法分为绝对黏度和相对黏度两大类。绝对黏 度分为动力黏度和运动黏度两种;相对黏度(条件黏度) 有恩氏黏度、赛氏黏度和雷氏黏度等几种表示方法。
三、流变性与涂膜弊病
1、流平不良与流挂
把不平整的湿膜在表面张力的作用下产生流动,最后达到完全平整
的过程叫做湿膜的流平。如果湿膜处于垂直于地面的被涂面上,它 在表面张力和重力合力的作用下,产生向下流淌或湿膜下部厚度远
大于上部的现象,叫做流挂。
2、缩孔
缩孔的形成取决于涂料本身的流动性,当涂膜上形成表面 张力梯度时,流体由一点到另一点流动,若流动量大,就 会形成露底缩孔。要减少缩孔,就应使涂料流动性减小,
第五章涂膜的基本性质及涂膜的形成2
第二次课堂讨论内容 1、谈一谈你对涂料的认识, 2、查阅资料谈一谈目前涂料的现状和 发展趋势, 3、查阅文献介绍功能涂料 功能涂膜 时间:5月18日-26日,两次课
W 溶剂挥发速率,kg/(m2) D 溶剂的扩散系数,m2/s, M 溶剂的分子量,kg/kmol R 气体常数, T 温度,K; C 空气边界层厚度; Pb1,Pb2边界层两边的部分空气压; P 外界压力,Pa。 第一阶段主要取决于挥发速率
第二阶段: 溶剂挥发,粘度增加,自由体积减小, Tg(混合)增加,趋向于聚合物的Tg 此时,溶剂的挥发速度取决于溶剂分 子达到膜表面的速度, 受溶剂通过膜的扩散速度所控制 第三阶段 随着溶剂的进—步挥发,聚合物溶液 的Tg接近成膜温度,自由体积空穴很 少,在涂膜中有残余溶剂的挥发,直 至成膜。
2、触变程度测定
触变程度可由递增剪切速率和 递减剪切速率在流动曲线中绘 出的,用滞后环所包围的面积 来衡量,面积大触变程度就大。
上面介绍的是第六章涂料的流变学 与表面化学中的流变学, 流变行为,
用黏度、屈服值、 触变程度、剪切速率的表达 及对涂料性能的影响
下一节介绍涂料中的表面化学。
注意:5月5日老师出差不上课 顺延 5月12日照常 。
聚壳糖与丙烯酸的缩聚交联
2、氧化成膜
含干性油或半干性油的涂料如不饱和聚酯 涂料、醇酸树脂涂料、酚醛树脂涂料等都 是氧化成膜。 通过空气中的氧发生氧化交联反应, 生成网状大分子结构。 O2攻击C= C或α-位的亚甲基, 其氧化交联速度与树脂分子中C= C双键的 数目、 C = C共扼双键和非共轭双键体系 数目(亚甲基基团数目) 有关。 用金属盐作催干剂
塑性流体 假塑性流体
牛顿流体
膨胀流体
表面物理化学在涂料中的知识点总结
表面物理化学在涂料中的知识点总结
表面物理化学是研究物质与表面相互作用的科学。
在涂料中,表面物理化学的知识点总结如下:
1. 涂料的润湿性:涂料涂覆在基材表面时,润湿性决定了涂层与基材之间的黏附力和涂层的均匀性。
表面张力、接触角等参数影响涂料的润湿性。
2. 耐磨性与硬度:涂料在使用中会接触到各种外界因素,如摩擦、刮擦等。
涂料的硬度和耐磨性决定了其表面的耐久性和抗损伤能力。
3. 化学吸附与化学反应:涂料与基材表面之间可能发生化学吸附和化学反应,从而影响涂层与基材的结合力与稳定性。
4. 表面能与表面自由能:涂料与基材表面的能量差异会影响涂层的附着性和稳定性。
表面自由能决定了涂料分散性、涂装工艺和涂膜质量。
5. 色泽与光学性能:涂料的颜色和表面光泽是涂料的重要特征,与光的吸收、反射和折射等光学性质有关。
6. 防腐蚀与抗氧化性:涂料在外界环境中需具备一定的防腐蚀和抗氧化能力,以保护基材免受腐蚀和氧化的侵害。
7. 涂料分散性与流变性:涂料中的颜料、填料和添加剂需要均匀分散才能获得良好的涂膜质量,而流变性则影响涂料的流动性和施工性能。
涂料中的流变学与表面化学
流变学基础
关于流变的名词和含义
Rheological Viscoelastic
Performance Property
Characteristic Behavior Response
试料少,易装料 弹性测定(法向应力) 剪切速率沿径向均一 低剪切速率范围 高技巧
流变学基础
流变学基础
静态流变测试
● 毛细管或转矩流变仪 (流动曲线——线性加和率的偏离现象)
● 连续形变 (体系形态结构的变化甚至破坏)
流变学基础
HAAKE Polylab System
流变学基础
Rheoflixer
流变学基础
动态流变测试
● 周期性小形变 (体系形态结构不受影响)
● 线性粘弹响应 (对形态结构的变化十分敏感)
流变学基础
流变学基础
流变学
● 不仅是一重要的学科领域 ● 同时也是一重要的研究方法
流变学基础
多相/多组分体系与均相体系比较
对象极大丰富,研究多样化
迄今没有系统、成熟的理论
涂料流变学
频率低
——时间(t)长时,spring的弹性形变已经回复,
应变主要来自dashpot, G ()很低。
频率高
——时间(t)短时,dashpot还来不及响应,应变由
spring贡献, G ()就相当于spring的模量。
在极高、极低频率区域
G"() 0
1. 高,dashpot来不及运动 2. 低,dashpot剪切小导致损耗小
高低剪切速率下的粘度配合,使涂料有一个符合储存和施工所需 的流变性能。例如在涂料贮存中,希望体系有较高的粘度,防止颜料和 填料的沉淀;在施工时开始要求体系粘度较低,有利于涂膜流平,但要 求涂膜粘度在一定时间达到较高粘度,以免涂膜产生流挂和流淌现象。
涂料学
例题:若需要甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯共聚物在室温时 可达到实干的程度,问BA和MMA在共聚物中的比例各应为多少?
解得:丙烯酸丁酯为83份,MMA至少为17份。
2.5 膜的形成
用涂料的目的在于在基材表面形成一层坚韧的薄 膜。—般说来,涂料首先是一种流动的液体,在涂布完成 之后才形成固体薄膜,因此是一个玻璃化温度不断升高的 过程。成膜方式主要合下列几种。
η sp=(η-η 0 )/η 0=η r-1 表示在溶剂粘度的基数上,溶液粘度增大的倍数.
(3) 比浓粘度 ηsp/c=[(η-η0 )/η0]/c=(ηr-1)/c 表示浓度C时的增比粘度。其值随浓度而改变,浓度单 位用g/m1或g/L (4) 对数比浓粘度 ηinh=lgηr /c 表示聚合物在浓度c时对溶液粘度(对数相对粘度)贡献。 (5) 特性粘数 [η]=[η sp /c] c→0 或[η]=[lgηsp /c] c→0 [η]定义:在溶液浓度无限稀释(C→0)时的比浓粘度或 比浓对数粘度。 其数值不随浓度而变,在规定的浓度及溶剂中,决定于 聚合物的结构及其分子量,其意义是单个聚合物分子在溶液 中所占的体积的大小(ml/g),因此可用来反映聚合物分子 量的大小。
(c) 侧链本身柔顺性对Tg的影响。 侧链越柔顺,Tg越低。如丙烯酸丁酯的性质。
流变学原理在涂料中的应用
流变学原理在涂料中的应用1. 引言涂料是一种广泛应用于建筑、汽车、电子等行业的重要材料,它能够为物体表面提供美观、耐用和保护性。
流变学原理作为液体和固体流变行为的研究领域,对涂料的流动性、黏度等性能具有重要影响。
本文将探讨流变学原理在涂料中的应用。
2. 流变学原理简介流变学是研究物质流动和变形行为的学科,通过测量物质在外力作用下的流变行为,可以得到一系列流变学参数来描述物质的力学性质。
流变学原理主要包括应力-应变关系、粘度、流动曲线等。
3. 涂料中流变学参数的测量涂料中的流变学参数可以通过流变仪进行测量。
流变仪通常包括一个转动的圆柱形测量装置和一个搅拌器。
通过对涂料施加剪切力,并测量应力和应变之间的关系,可以获得涂料的流变学参数,如黏度、剪切应力等。
4. 涂料流变行为的分析涂料在施加剪切力下的流变行为可以通过流变学参数来描述。
例如,黏度是涂料流动性的重要指标,它可以影响涂料的涂覆性能和施工效果。
黏度的测量可以通过流变仪进行,可以得到不同剪切速率下的黏度曲线,进而了解涂料在不同工艺条件下的流变行为。
5. 涂料中流变学理论的应用案例5.1 涂料的流变行为与施工性能的关系通过对涂料的流变学参数进行分析,可以评估涂料的施工性能。
例如,黏度的大小决定了涂料在施工过程中对涂刷工具的阻力,从而影响了施工的平稳性和涂层的均匀度。
5.2 涂料的流变行为与涂层性能的关系涂料的流变学性能对涂层的性能有重要影响。
例如,涂料的剪切应力和剪切速率之间的关系可以反映涂层的抗刮剪强度,从而影响涂层的耐久性和抗磨损性。
5.3 涂料的流变行为与储存稳定性的关系涂料在存储过程中会发生流动变形,其流变行为对涂料的储存稳定性有较大影响。
通过测量涂料在不同温度下的黏度和流动曲线,可以评估涂料的储存稳定性,并优化其配方和储存条件。
6. 结论流变学原理在涂料中的应用可以帮助我们更好地理解涂料的流变行为和性能,从而优化涂料的配方和工艺条件。
通过合理地控制涂料的流变学参数,可以提高涂料的施工性能、涂层性能和储存稳定性,满足不同应用领域对涂料的需求。
涂料基础理论讲座
涂料基础理论讲座涂料基础理论讲座一、涂料的发展史涂料的应用开始于史前时代,我国使用生漆和桐油作为涂料至少有4000年以上的历史,秦皇岛墓的兵马俑已使用了彩色的涂料,在马王堆出土的汉代文物中更有精美的漆器。
埃及也早已知道用阿拉伯胶、蛋白等来制备色漆,用于装饰。
11世纪欧洲开始用亚麻油制备油基清漆,17世纪含铅的油漆得到发展,而且在1762年的波士顿就开始了用石磨制漆,此后工业制漆得到较快的发展。
尽管涂料的应用与生产有漫长的历史,但它只能以一种技艺的形式相传,而不能进入科学的领域。
这种情况至今还影响着不少人对涂料的看法,认为涂料是靠经验传授的工艺。
另一方面,涂料所有原料主要是天然的油和树脂,因此被称为油漆。
自然,现在的涂料已不是旧时的模样了,它已进入了科学的时代,涂料第一次和科学的结合是20年代杜邦公司开始使用硝基纤维素作为喷漆,它的出现为汽车提供了快干、耐久和光泽好的涂料。
30年代W.H.Carothes以及其后他的助手P.J.lory对高分子化学和高分子物理的研究,为高分子科学的发展奠定了基础,也为现代涂料的发展奠定了基础,此后涂料工业便和高分子科学的发展结下不解之缘。
二、涂料化学的研究尽管高分子科学的发展是涂料科学最重要的基础,但单是高分子科学并不能使涂料成为一门独立的科学。
涂料不仅需要有聚合物,还需要各种无机和有机颜料以及各种助剂和溶剂的配合,藉以取得各种性能。
为了制备出稳定、合用的涂料及获得最佳的使用效果,还需要有胶体化学、流变学、光学等方面理论的指导。
因此,涂料科学是建立在高分子科学、有机化学、无机化学、胶体化学、表面化学和表面物理、流变学、力学、光学和颜色学等学科基础上的新学科,正因为涂料科学涉及如此多学科的理论,因此,长期以来不能发展成为一门学科。
当然,涂料并不是各种相关学科的简单并合,而是以它们为基础建立起具有本身特点的独立学科,包括涂料的成膜理论、表面结构与性能、涂布工艺及各种分析测试手段和理论,以及各种应用品种的有关理论。
涂料百科
涂料百科:(一)涂料业的发展史涂料的应用开始于史前时代,我国使用生漆和桐油作为涂料至少有4000年以上的历史,秦皇岛墓的兵马俑已使用了彩色的涂料,在马王堆出土的汉代文物中更有精美的漆器。
埃及也早已知道用阿拉伯胶、蛋白等来制备色漆,用于装饰。
11世纪欧洲开始用亚麻油制备油基清漆,17世纪含铅的油漆得到发展,而且在1762年的波士顿就开始了用石磨制漆,此后工业制漆得到较快的发展。
尽管涂料的应用与生产有漫长的历史,但它只能以一种技艺的形式相传,而不能进入科学的领域。
这种情况至今还影响着不少人对涂料的看法,认为涂料是靠经验传授的工艺。
另一方面,涂料所有原料主要是天然的油和树脂,因此被称为油漆。
自然,现在的涂料已不是旧时的模样了,它已进入了科学的时代,涂料第一次和科学的结合是20年代杜邦公司开始使用硝基纤维素作为喷漆,它的出现为汽车提供了快干、耐久和光泽好的涂料。
30年代W.H.Carothes以及其后他的助手P.J.Flory对高分子化学和高分子物理的研究,为高分子科学的发展奠定了基础,也为现代涂料的发展奠定了基础,此后涂料工业便和高分子科学的发展结下不解之缘。
涂料百科:(二)涂料化学的研究尽管高分子科学的发展是涂料科学最重要的基础,但单是高分子科学并不能使涂料成为一门独立的科学。
涂料不仅需要有聚合物,还需要各种无机和有机颜料以及各种助剂和溶剂的配合,藉以取得各种性能。
为了制备出稳定、合用的涂料及获得最佳的使用效果,还需要有胶体化学、流变学、光学等方面理论的指导。
因此,涂料科学是建立在高分子科学、有机化学、无机化学、胶体化学、表面化学和表面物理、流变学、力学、光学和颜色学等学科基础上的新学科,正因为涂料科学涉及如此多学科的理论,因此,长期以来不能发展成为一门学科。
当然,涂料并不是各种相关学科的简单并合,而是以它们为基础建立起具有本身特点的独立学科,包括涂料的成膜理论、表面结构与性能、涂布工艺及各种分析测试手段和理论,以及各种应用品种的有关理论。
青岛科技大学涂料习题及部分答案要点
青岛科技大学涂料化学习题及参考答案一、选择题1、涂装是将涂料涂布到被涂物体的表面,经干燥成膜的工艺。
它包括涂装前 B 三个基本工序,包括 C ,确定良好的作业环境条件,进行质量、工艺管理和技术经济的分析等重要环节。
其中最关键的三要素是 A 。
A、涂料、涂装技术和涂装管理B、对被涂物表面的处理、涂布工艺和干燥C、选择适宜的涂料,设计合理的涂层系统2、助剂是涂料中的辅助组分,能对涂料或涂膜的某一特定方面的性能起改进作用。
助剂分A、B、C、D 等几类。
A、对涂料生产过程发生作用的助剂B、在涂料储存过程中起作用的助剂C、在涂料施工成膜过程中发生作用的助剂D、对涂料性能产生作用的助剂3、从涂料的角度看,A、C、D 聚合物作为成膜物是不合适的。
A、具有明显结晶作用的B、非晶态C、分子量太高的D、分子量分布太宽的4、涂料中漆膜触干,实干既是粘度大小的反映,也是自由体积大小的一种反映,因而也和T-Tg有关,它们的对应关系大致是:触干 A 、实干 C 、玻璃态 B 。
A、T-Tg≈55℃B、T-Tg≤0℃C、T-Tg≈25℃D、Tg≈T-100℃5、液体涂料(用于刷涂)的粘度为 C 。
A、0.001 Pa.sB、103Pa.sC、0.1~0.3 Pa.sD、约1 Pa.s6、自然干燥是最常见的涂膜干燥方式,它不需要外加能源和设备,特别 A 的涂装等。
A、适宜建筑装饰性涂料,室外的大面积构件B、希望节约时间,提高效率C、希望缩短操作过程和保养时间,减少占用场地D、在密闭的环境中,减少灰尘沾污涂膜7、加热干燥(或称烘干)是现代工业涂装中主要的涂膜干燥方式,特别是那些必须经加热才能成膜的涂料(如热熔成膜)更是如此。
加热干燥可A、B、C、D 。
A、提高涂层干燥速度,节约时间,提高效率B、缩短操作过程和保养时间,减少占用场地C、在密闭的环境中,减少灰尘沾污涂膜D、提高涂层的物理机械性能8、特种方式干燥,湿膜须受外加能量或其它条件(如A、B、C、D 等)才能形成干膜。
涂料化学第5章涂料中的流变学与表面化学讲解课件
5.4 涂料施工中的表面张力问题
涂料在干燥过程中,随着溶剂的蒸发。 表面浓度升高,温度下降,表面张力升高。 由于表层和低层的表面张力不同,于是产 生一种很大的推动力,使涂料从底层往上 层运动,这种运动导致局部涡流,形成所 谓贝纳尔漩流窝(Benard cell)。涡流原点有 如火山口,向外喷发出下层涂料,这些表 面张力低的涂料向周围表面张力高的表层 铺展,于是形成隆起部分。并使湿膜形成 规则的六角形,其中心与边缘颜料浓度将 有不同.如果涂料流平性不好,在该膜干 燥后便留下凹凸起伏的桔皮。
5.1 涂料中流变学问题
① 假塑性流体:流体的粘度随剪切率 的增加而减少(剪切稀释)时称为假塑 性流体。
② 膨胀性流体:当流体的粘度随剪切 率的增加而增加(剪切增稠)时,称为 膨胀性流体。 ③ 宾汉流体与屈服值:在一定的剪切力之上才能发生流动,这种 流体称为宾汉流体,这个最小的剪切力叫做屈服值,在此值以下 其性质好象是弹性体。
VP为粒子本身体积,VA为吸附层体积对Vi 的献。在体积相同时粒子愈细,粘度愈大。
5.1 涂料中流变学问题
当乳胶或涂料发生絮凝时,粘度可以大大上升,其原因也是因 内相Vi增加的结果。在一个絮凝的大粒子中,含有很多小粒子。 小粒子之间为外相液体所填满,这些外相的液体成为内相体积的 一部分。
VT为截留在絮凝粒子内的外相液体体积,VT增加了,于是体系粘 度上升,当用搅拌破坏絮凝粒子使重新分散时,粘度又可下降。
5.1 涂料中流变学问题
⑤ 触变性流体:当假塑性流体的流动 行为和其历史有关,也就是对时间有 依赖时,称其为触变性流体。
触变性流体的特征:当从低剪切率 逐步增加至高剪切率得到的各点的粘 度,然后由高剪切率逐渐减少至低剪 切率,测得各点的粘度是不重合的。
辊涂中的涂料流变学和表面张力控制方法
辊涂中的涂料流变学和表面张力控制方法随着科技的不断进步和人们对于品质的追求,各种工业涂料的质量要求也日益提高,辊涂涂料在中高速印刷工艺中的使用越来越普遍。
在辊涂涂料生产过程中,涂料流变学和表面张力控制方法是两个关键要素,对于涂层的品质和生产效率有着重要作用。
首先,涂料流变学是辊涂生产过程中不可缺少的部分。
流变学是研究物质变形和流动规律的学科,可以通过模拟涂料在辊和材料表面的流动情况,来预测涂层的稳定性和品质。
辊涂涂料的流变学要素包括黏度、稀释度、流变学模型、表观粘度、剪切/屈服效应等等。
这些要素互相影响,决定了涂料在涂层表面的分布和质量。
例如,黏度的大小决定了涂料在辊和材料表面的分布均匀性,而稀释度则影响涂料的吸附速度和干燥时间。
因此,生产过程中需要细心地调整这些要素,以保证涂层的质量。
关于涂料流变学,还要注意到涂料粘合性的问题。
涂料的粘合性好坏可以直接影响涂层质量。
因此,在制造涂料时,要掌握粘合剂的效果,如粘度、黏度、各种助剂的成分,这些要素与涂层粘接强度和涂层表面的平整度有关。
其次,表面张力是另一个重要的涂层品质因素。
涂料与材料表面之间的相互作用,可与表面张力计算相同。
在制造过程中,如果要保证涂层的附着性和色调稳定性,需要掌握表面张力这个因素。
因为表面张力大小直接关系到涂料自身的附着质量和表面平整度,控制好表面张力,不仅可以减少材料表面与涂料之间的空气间隙,还可以更好地保护涂料不受损失。
根据不同的制造过程,适用的表面张力控制方法又可以分为不同类型。
例如,随着产品的加热处理或添加表面处理剂,可以使固体表面的活性氧增加,表面张力得到调整。
或者,采用高分子复杂体的涂层材料,可以增加表面张力来改善涂层附着质量,从而达到提高品质的目的。
总之,在涂料生产中,掌握好涂料流变学和表面张力这两个要素,可以使得涂层质量更稳定,产量更大,生产效率更高。
同时,加强涂层质量的细节掌握,也有益于涂料行业的可持续发展。
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5.1.4分散体系的粘度
以上粘度与浓度的关系式仅适用于采用有机溶剂的溶液 体系。乳胶和加有颜料的溶剂型涂料都是分散体系。乳胶体 系的粘度与分子质量无关。可用Mooney公式来表示:
ln ln 0 K eVi Vi 1
η为体系粘度,η0为体系外相粘度,如乳胶中水相的粘度, 色漆中树脂溶液的粘度。Ke为爱因斯坦因子,与分散体的 形状有关,当分散体为球形时,其值为2.5;Vi为分散相 (内相)在体系中所占的体积分数; 为堆积因子,当分 散体为大小相同的球体时,其值为0.639,但当球形分散体 大小不同时,其值将增大。分散体的大小分布越宽时,越 大。 此公式本来用于分散体是刚硬粒子,且无相互作用的 情况下,但可定性解释一些涂料的现象。
5.1.3 温度对粘度的影响
按分子热运动的孔穴理论,低分子液体的粘温关系可用 Andrad方程表示:
E RT
(T ) Ae
(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。 粘度是受很多因素影响而变化的,在一定条件下测得的粘 度值称为表观粘度。
5.1流变学问题
5.1.1流体的类型 粘度的定义和牛顿型流体
D
通常用和重力下落有关的粘度计测量的粘度, 都是动力学粘度。
单位,1Pa· s=10P(dyn· s/cm2)
动力学粘度 =
问题:若涂料的粘度是0.2Pa· S,是不是在所有的条件下都是 0.2Pa· S呢?事实证明不是的。改变T,τ,D,t都有可能会 改变粘度值。
根据η与D,或τ与D的关系,可以将流体分为以下几类: 牛顿型流体:η只与T有关,与D无关。如水,溶剂,聚合物的稀溶 液或一些低分子量的聚合物溶液。 非牛顿型流体: D增大,η减小,假塑性流体;聚合物熔体,大部分涂料属此类。 D增大,η增大,膨胀性流体; 一定剪切力之上,才会流动,为宾汉流体,如牙膏。
K eVi ln ln 0 Vi 1
5.2
表面化学
涂料的生产和应用是与表面和界面有密切联系的。 物质气、液、固三相相互间的分界面即为界面,有气-液、气-固、液-液、 固-固界面,一般把有气体组成的界面称为表面。 5.2.1表面张力 在没有外力作用或影响不大时,液体趋向于成 为球状,如水银球。把液体做成液膜,为保持平衡, 就需要有一个与液面相切的力f作用于宽度为l 的液膜上。这就是表面张力,其值为:
f l 2
γ 称为表面张力系数,单位为N/m,其意义是 垂直通过流体表面上任一单位长度与液面相切的收 缩表面的力。表面张力系数通常简称为表面张力。 表面张力是液体的基本物理性质,一般在0.1N/m 以下。 表面张力随温度的上升而降低;表面活性剂加 入水中,可以大大降低水的表面张力。
5.2.2 润湿作用与接触角
Vp为粒子本身体积,VA为吸附层体积对Vi的贡献。因此, 对于乳胶漆,粒子愈细,粘度越大。
ln ln 0 K eVi Vi 1
(3)当乳胶发生絮凝时,粘度可大大上升,其原因也是内相Vi 增加的结果。其中VT为留在絮凝粒子内的外相液体体积,Vi增 大了,体系粘度上升。
Vi V p VA VT
触变性流体:流动行为有时间依赖性的假塑性流体。高 τ ,低η ,便于涂布;低τ ,高η ,防沉降和流挂。 触变剂:如有机澎润土。 触变性的起因之一是由于体系可形成某种很弱的网 状结构,如通过氢键,剪切力下可破坏,撤去,又可恢 复。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.1.2
流变助剂(rheology agent)
使整个涂料体系构成弱交联的三维网络结构,而使涂料 具有触变性。流变助剂对高剪切速率下的粘度影响不大,主 要对低剪切速率下的粘度产生显著影响。 流变助剂主要有以下品种: (1) 有机膨润土 有机膨润土可用于工业涂料、乳胶漆、底漆中,用量 0.2%~1.0%。它会降低涂膜光泽,对聚氨酯和环氧-聚酰胺的 使用期,附着力亦产生不良影响。 预胶时需借助高速分散机的剪切作用,分散十分钟,并 且极性溶剂的用量不宜过多,否则触变作用弱。
(2)气相二氧化硅
为平均原始粒径7~40 nm的球形,在表面有硅醇基团,通 过氢键作用能形成三维结构。随表面积增大,硅醇基含量增 多(一般3~4个硅醇基· nm-2),触变性更高。一般比表面积 200m2· g-1就有较好的触变性,更高比表面积触变作用更强。
(3) 聚乙烯蜡
为分子量1500~3000的乙烯共聚物或氧化聚乙烯,含有 较多的极性基团,在非极性溶剂中形成凝胶体。用量约1%。 使用粉末时,按10%加热到90~100℃配成二甲苯溶液,并 立即稀释到5%备用;浆状制品需在~45℃混合。另外亦可 用作木器和家具哑光涂料的消光剂、增稠剂;卷材涂料和罐 头涂料的防粘连剂;地板涂料的耐磨改进剂和抗划痕剂等; 还可用在金属闪光漆的底色漆中防铝粉沉降和改善铝粉在涂 膜中平行排布的定向。
体系粘度由内相粘度和外相粘度贡献两部分组成。内相体积增大, 粘度增大。 讨论三种情况: (1)剪切力作用下: 由球形变为橄榄球形, 值增加,Ke值减小,第二项减少, 粘度下降;当外力撤去时,又可恢复原状。
K eVi ln ln 0 Vi 1
(2)粒径的影响 乳胶粒外层吸附有一层乳化剂和水,颜料外层吸附一层树 脂。提供了变形的可能性,而且增加了内相的体积。粒子愈细, 所吸附的量越多中。大粒子变小,Vi要大大增加。 Vi VP V A
KE为爱因斯坦系数,是一个与分散相颗粒的形状、取向、 界面结合等因素有关的系数。对于共混物的不同性能,有不同 的爱因斯坦系数(譬如力学性能的爱因斯坦系数、电学性能的 爱因斯坦系数)。在某些情况下(譬如分散相粒子的形状较为规 整时),KE可由理论计算得到,而在另一些情况下,KE值需根 据实验数据推得。