涂料成膜过程_溶剂扩散系数的估算
扩散系数计算
7。
2。
2扩散系数费克定律中的扩散系数Ｄ代表单位浓度梯度下的扩散通量，它表达某个组分在介质中扩散的快慢，是物质的一种传递性质。
一、气体中的扩散系数气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为5210/m s -。
通常对于二元气体Ａ、B 的相互扩散，Ａ在B 中的扩散系数和B 在A 中的扩散系数相等,因此可略去下标而用同一符号Ｄ表示，即AB BA D D D ==。
表７－１给出了某些二元气体在常压下（51.01310Pa ⨯）的扩散系数。
对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由富勒（Fuller ）等提出的公式:1/31/32[()()]A B D P v v =+∑∑ (７－１９）式中，D －Ａ、B 二元气体的扩散系数，2/m s ;P －气体的总压，Pa ; T －气体的温度，Ｋ;A M 、B M －组分Ａ、B 的摩尔质量，/kg kmol ；Av∑、Bv∑－组分Ａ、B 分子扩散体积，3/cm mol .一般有机化合物可按分子式由表７－２查相应的原子扩散体积加和得到,某些简单物质则在表７－２种直接列出。
51.01310Pa ⨯式７－１９的相对误差一般小于１０％. 二、液体中的扩散系数由于液体中的分子要比气体中的分子密集得多，因此也体的扩散系数要比气体的小得多，其量级为9210/m s -.表７－３给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。
对于很稀的非电解质溶液（溶质Ａ＋溶剂Ｂ），其扩散系数常用Wilke —Chang 公式估算：150.6()7.410T B AB A M TD V -φ=⨯μ 2/m s （７－２１）式中,AB D －溶质Ａ在溶剂Ｂ中的扩散系数(也称无限稀释扩散系数)，2/m s ；T －溶液的温度,Ｋ;μ－溶剂Ｂ的粘度，.Pa s ;B M －溶剂Ｂ的摩尔质量，/kg kmol ；φ－溶剂的缔合参数,具体值为：水2。
6；甲醇1。
9；乙醇1。
5;苯、乙醚等不缔合的溶剂为1。
涂料的涂装计算
涂料和涂装计算正方形正方形的长（高）和宽都是一样长的：A ＝H ⨯B 或者S ＝B2，S ＝H2注：在美国，是用高（H）和宽（B）的概念长方形长方形的长（高）和宽，边长不一样：A ＝H ⨯ B三角形三角形的面积计算为底边（W）乘以高（H），再乘以1/2或除以2：A ＝½ (W ⨯ H)梯形梯形的面积计算为（底边＋上边）乘以高，再除以2：A ＝½ (底边＋上边) ⨯高圆形圆形的计算，取圆周率3.14乘以半径的平方A ＝π⨯ r2其中：r为半径π为圆周率椭圆形椭圆形的面积，取圆周率3.14乘以主轴（D），乘以副轴（d），再除以4，即：A ＝¼ (π⨯ D ⨯d )涂料和涂装计算球体球体的表面积计算，取圆周率3.14乘以直径乘以直径，即：S ＝3.14 ⨯ D ⨯ D长方体／正方体长方体或正方体的表面积计算，实则六面个中，相对的两个面积是一样的，所以只要分别计算出相邻三个面的面积再乘以2，即：S ＝2 ⨯ [ (a ⨯ b )+ (a⨯c) + (b⨯ c) ]如果是正方体，因为每条边长都一样，面积为：S ＝6 ⨯ a 2圆柱体圆柱体的表面积为上下两个底面的面积加上圆周面积之和，即：S ＝2 （π⨯ r2）＋（π⨯D）⨯ H其中：π为圆周率，取3.14r 为半径D为直径周长为π⨯D圆周面积为：周长乘以高（H）圆锥体圆锥体的表面积计算，取圆周率3.14，乘以圆底的直径，乘以斜边长，再除以2，即A = ½ (π⨯D ⨯ s)罐顶（半球体）储罐顶的的表面积计算罐2乘以圆周率，乘以顶高(H)，再乘以半径（R），如下：A = 2 ⨯ 3.14 ⨯ R ⨯ H涂料和涂装计算型钢的表面积计算只要知道其尺寸（单位：mm），我们可以按计算出各类型钢的每米的面积和每吨的面积涂料和涂装计算水塔的面积计算容量（千加仑）水塔（直径/英尺）内部面积（平方英尺）外部面积（平方英尺）50 100 150 200 250 500 750 10004444445干8干83 1504 3005 1005 9006 70010 00013 60017 0006 5008 0009 90011 10012 70019 60029 10036 900注：外部面积包括立柱的面积换算：1加仑= 3.785升（美制）1英尺= 0.304米1平方英尺＝0.929平方米。
涂料计算
理论涂布率
1、理论涂布率的定义：指每公升涂料施工在 一定干膜厚度，在完全光滑表面上的理论涂 布的面积，单位m2/L。是计算涂料消耗量的 重要指标。
理论涂布率=体积固体份×10/干膜厚度 理论涂布率=体积固体份×16.04/干膜厚度
注：采用16.04数字的公式表示，美制加仑的 涂料，在涂层厚度0.001英寸或1密尔 （25.4um）情况下，所涂刷的面积。
例：无机富锌涂料，体积固体份63%,规定干膜 厚度3密尔（75um）计算其理论涂布率？ 理论涂布率=63×10/75=8.4 m2/L 理论涂布率=63×16.4/75=336.84 ft2/gaL 理论涂布率计算公式是基于体积固体份为 100%,每1升涂料涂布1微米的干膜厚度,即为 1000m2,体积固体份小于100%,涂层为微米的 涂布率是这样计算,将1000乘以涂料的实际体 积固含百分数,以小数形式来表示. 体积固含量100%: 1L→1微米→1000 m2 体积固含量40%:: 1L→1微米→400 m2 体积固含量40%:: 1L→100微米→4 m2
一
涂料基本计算
一、体积固体份的计算 1、定义： 体积固体份%，（volum solids): 涂料中非挥发性成分与液态涂料体积之比。 2、意义：体积固体份是个非常重要的概念， 液态涂料溶剂挥发后，真正留在被涂表面成 为涂膜是涂料的非挥发粉，及固体份，它既 是涂料生产中正常的质量控制项目，也是涂 料施工必不可缺工艺控制参数。具有经济价 值和实用意义。
例:有一储罐内壁2000M2,喷涂体积固含量为76%的 酚醛环氧涂料2道,每道150微米,估计损耗系数40% 计算公用涂料多少升? 涂料实际用量= 面积×干膜厚度 10×体积固含量×(1-损耗%) = 2000×150 10×76×0.6 =658L 2道涂料共计要用658×2=1316L
简述溶剂挥发型涂料的成膜过程
简述溶剂挥发型涂料的成膜过程
涂料的成膜，首先得说说那溶剂挥发。
你涂上去的时候，那溶
剂就像热气一样，嗖嗖地往空气里跑。
这速度啊，直接决定了你的
涂料啥时候能干。
那溶剂一跑，聚合物分子们就开始亲密接触了。
它们你挨着我，我挨着你，像小朋友手拉手。
这时候，它们之间的力就开始增强，
就像黏黏胶一样，把大家都黏在一起。
等到那溶剂跑得差不多了，聚合物分子们也就黏得差不多了。
这时候，你的涂膜就完成了它的变身，变得又强又韧，不怕水、不
怕火，还能抵抗各种小伤害。
其实啊，这整个过程还挺受环境影响的。
温度高点、湿度大点，都会影响那溶剂挥发的速度，还有涂膜最后的性能。
所以，选涂料
的时候，还得看看天气和环境呢！
总的来说，涂料成膜就像个魔术，各种因素都得配合得当，才
能变出个完美的涂膜来。
了解了这个过程，你就知道怎么选涂料、
怎么用涂料啦！。
涂料的计算
涂料和涂装计算正方形正方形的长（高）和宽都是一样长的：A ＝H ⨯B 或者S ＝B2，S ＝H2注：在美国，是用高（H）和宽（B）的概念长方形长方形的长（高）和宽，边长不一样：A ＝H ⨯ B三角形三角形的面积计算为底边（W）乘以高（H），再乘以1/2或除以2：A ＝½ (W ⨯ H)梯形梯形的面积计算为（底边＋上边）乘以高，再除以2：A ＝½ (底边＋上边) ⨯高圆形圆形的计算，取圆周率3.14乘以半径的平方A ＝π⨯ r2其中：r为半径π为圆周率椭圆形椭圆形的面积，取圆周率3.14乘以主轴（D），乘以副轴（d），再除以4，即：A ＝¼ (π⨯ D ⨯d )涂料和涂装计算球体球体的表面积计算，取圆周率3.14乘以直径乘以直径，即：S ＝3.14 ⨯ D ⨯ D长方体／正方体长方体或正方体的表面积计算，实则六面个中，相对的两个面积是一样的，所以只要分别计算出相邻三个面的面积再乘以2，即：S ＝2 ⨯ [ (a ⨯ b )+ (a⨯c) + (b⨯ c) ]如果是正方体，因为每条边长都一样，面积为：S ＝6 ⨯ a 2圆柱体圆柱体的表面积为上下两个底面的面积加上圆周面积之和，即：S ＝2 （π⨯ r2）＋（π⨯D）⨯ H其中：π为圆周率，取3.14r 为半径D为直径周长为π⨯D圆周面积为：周长乘以高（H）圆锥体圆锥体的表面积计算，取圆周率3.14，乘以圆底的直径，乘以斜边长，再除以2，即A = ½ (π⨯D ⨯ s)罐顶（半球体）储罐顶的的表面积计算罐2乘以圆周率，乘以顶高(H)，再乘以半径（R），如下：A = 2 ⨯ 3.14 ⨯ R ⨯ H涂料和涂装计算型钢的表面积计算只要知道其尺寸（单位：mm），我们可以按计算出各类型钢的每米的面积和每吨的面积涂料和涂装计算水塔的面积计算容量（千加仑）水塔（直径/英尺）内部面积（平方英尺）外部面积（平方英尺）50 100 150 200 250 500 750 10004444445干8干83 1504 3005 1005 9006 70010 00013 60017 0006 5008 0009 90011 10012 70019 60029 10036 900注：外部面积包括立柱的面积换算：1加仑= 3.785升（美制）1英尺= 0.304米1平方英尺＝0.929平方米。
活性染料扩散系数计算公式
活性染料扩散系数计算公式活性染料是一种广泛应用于纺织品、皮革、纸张等领域的染料，它具有良好的亲和力和扩散性能，能够在材料表面均匀分布并与材料发生化学反应，从而实现着色的效果。
活性染料的扩散系数是评价染料扩散性能的重要参数，它能够反映染料在材料中的扩散速率和扩散程度，对于染料的选择和应用具有重要的指导意义。
本文将介绍活性染料扩散系数的计算公式及其相关知识。
一、活性染料扩散系数的定义。
活性染料在材料中的扩散过程可以用Fick定律来描述，Fick定律表明了扩散通量与浓度梯度之间的关系。
在一维情况下，Fick定律可以表示为：\[ J = -D \frac{dC}{dx} \]其中，J为扩散通量，单位为mol/(m^2·s)；D为扩散系数，单位为m^2/s；C 为染料浓度，单位为mol/m^3；x为扩散方向，单位为m。
根据Fick定律，活性染料在材料中的扩散过程可以通过扩散系数D来描述。
二、活性染料扩散系数的计算公式。
活性染料扩散系数的计算通常采用扩散实验的方法，通过实验数据来确定扩散系数的数值。
一般情况下，可以采用扩散系数的计算公式来进行计算，常用的计算公式有以下几种：1. Fick第一定律。
Fick第一定律是描述非稳态扩散过程的定律，它可以表示为：\[ D = \frac{1}{2} \frac{dC}{dt} \frac{l^2}{C_0} \]其中，D为扩散系数，单位为m^2/s；dC/dt为浓度变化率，单位为mol/(m^3·s)；l为材料厚度，单位为m；C0为染料初始浓度，单位为mol/m^3。
Fick第一定律的计算公式可以通过测量不同时间下染料浓度的变化来确定扩散系数的数值。
2. Fick第二定律。
Fick第二定律是描述稳态扩散过程的定律，它可以表示为：\[ D = \frac{Ql}{At} \]其中，D为扩散系数，单位为m^2/s；Q为扩散通量，单位为mol/s；l为材料厚度，单位为m；A为扩散截面积，单位为m^2；t为扩散时间，单位为s。
涂料的涂装计算
3 4 5 6 7 8 9
注：1．以上某些英文缩写，会在下文中广泛引用 2．下文中的计算，会介绍公制和英制两种方法，需要仔细区别
Internal use only
涂料和涂装计算 体积固体份的计算 体积固体份（％ Volume Solids） ：涂料中非挥发性成分与液态涂料的体积比。 这是一个非常重要的概念，液态涂料中的溶剂挥发后，真正留在被涂物表面 成为漆膜的就是涂料中的非挥发份，即固体份。 国际油漆公司和其它大多数涂料生产商采用的计算方法， 是在实验室条件下， 按照《油漆及颜料化学师（OCCA） 》单行本第四册中所述，即《涂料固体成份的 含量确定（按体积计算） 》来进行的。这个方法是测量漆膜干燥前的湿膜厚度和干 燥后的干膜厚度，按下以下公式来计算：
面积 干膜厚度 涂料实际用量＝ 10 体积固体份 100 (1 －损耗％ )
上述公式中的（1－损耗％） ，即是损耗系数： 损耗 损耗系数 20％ 0.8 30% 0.7 40% 0.6
（6）
例： 有一储罐内壁2000m2，喷涂酚醛环氧涂料Interline 850 两道，每道150微米， 估算损耗40％，计算共要使用Interline 850多少公升？ 已知Interline 850的体积固体份为76％，则每道涂料用量为：
当我们要涂的干膜厚度为100微米时，则得出以下关系： 体积固体份40％ 1公升 100微米 4平方米
有关英制的说明如下： 同样的道理，如果涂料的体积固体份为100％，每加仑油漆涂布1密尔的干膜 厚度，即可涂布面积为1604平方英尺，那么问题产生了：“如果油漆的体积固体 份不是100％，可涂布多少面积呢？” 涂料的体积固体份小于100％，涂层厚度为1密尔时的“涂布率”是这样计算 的：将1000乘以所使用涂料的实际体积固体份百分数，以小数形式表示。 体积固体份100％ 体积固体份40％ 1加仑 1加仑 1密尔 1密尔 1604平方英尺 641.6平方英尺
薄膜阻隔性的决定参数—扩散系数
薄膜阻隔性的决定参数—扩散系数摘要：温度越高，气体分子运动越剧烈，扩散系数越高，渗透系数与薄膜的透气量成正比。
时间滞后法使一侧高真空，通过对到达平衡状态时滞后时间的测定计算扩散系数。
关键词：扩散现象，扩散系数，费克定律，渗透系数，时间滞后法扩散系数表示由于分子链的热运动，分子在膜中传递能力的大小。
扩散起源于分子随机运动的传质过程，是粒子（分子、原子）通过一系列小的随机步骤运动逐渐从它们的原始位置迁移的现象。
在实际生活中应用广泛，在软包材检测中是计算产品保值期的一项重要参数。
1、扩散现象及Fick Law从微观上来讲，气体中的扩散现象和气体分子热运动有直接关系。
如图1中组分A（用白色圆点表示）在S面下侧密度大，上侧密度小，由于气体分子热运动，在同样的间隔时间内A由下向上穿过S面的分子数比由上向下穿过S面的分子数多，因而有净质量由下向上输运，这在宏观上就表现为扩散。
图1. 扩散现象描述扩散现象的基本公式是Fick Law（费克定律）：∙式中，A ——扩散发生的截面积∙j1 ——单位面积的通量∙c1 ——浓度z ——距离。
这是费克定律的一种形式。
费克称其中的D为“决定于物体本性的常数”，这就是扩散系数。
费克还比照傅立叶的方式导出了更具一般性的守恒方程：当面积A为常数时，就成为一维非稳态扩散的基本方程，称为费克第二定律。
2、扩散系数的影响因素由于气体分子在膜中传递需要能量来排开链与链之间一定的体积，而能量大小与分子直径有关。
因此，扩散系数随分子增大而减小。
扩散系数与温度有关，温度越高，高分子链运动越剧烈，气体分子扩散越容易，扩散系数随温度的升高而增加，遵循Arrhenius关系：其中ΔE D 是扩散活化能，它随分子直径增加而增大，即分子直径越大，扩散越不易。
3、扩散与应用分析图2. 渗透过程示意图从微观的角度来看薄膜渗透过程是按以下步骤进行的（如图2所示）：1. 气体原子或分子碰撞到薄膜表面；2. 溶解；3. 气体在高浓度一侧的薄膜表面达到溶解平衡；4. 由于浓度梯度的存在，气体向薄膜的另一侧扩散；5. 解吸。
5.2 涂料的固化成膜
5.2涂料的固化成膜涂料的成膜包括将涂料施工在被涂物件表面和使其形成固态的连续的涂膜两个过程。
涂料的施工可以决定所得的涂膜的外观、厚度和粘结状况，也影响到涂膜的机械、光学等性能。
所以要根据涂膜的性能选择正确、合理的施工工艺，并在施工过程中保证施工质量。
为了得到良好的施工效果，被涂物件的表面处理是涂料施工工艺中的一个重要步骤，如金属表面的除油、除锈、磷化和钝化处理工艺；塑料表面的火花处理等工艺。
表面处理效果的优劣直接影响到涂料成膜后的质量。
根据不同种类、不同性质、不同效果的涂料，选择不同的施工方法同样重要，液态涂料通用的施工方法有刷涂法、浸涂法、、淋涂法、喷涂法（如空气喷涂法、高压无气喷涂法、气雾喷涂法、静电喷涂法等）、刮涂法、电沉积涂漆法（又称电泳涂漆法：有阳极电沉积涂漆和阴极电沉积涂漆）、丝印法、移印法等等。
涂料涂饰施工在被涂物件表面只完成了涂料成膜的第一步,还要继续进行变成固态连续膜的过程，才能完成全部的涂料成膜过程。
5. 2. 1物理成膜方式一、溶剂或分散介质的挥发成膜这是溶液型或分散型液态涂料在成膜过程中必须经过的一种形式。
液态涂料涂在被涂物件上形成“湿膜”，其中所含有的溶剂或分散介质挥发到大气中，涂膜粘度逐步加大至一定程度而形成固态涂膜。
如果成膜物质是非转化型成膜物质，这时就完成了涂料成膜的全过程; 如果成膜物质是转换型的，即在溶剂或分散介质的挥发同时再用化学方式成膜。
这种挥发成膜方式是液态溶液型或分散型涂料生产的逆过程。
涂膜的干燥速度和干燥程度直接与所用溶剂或分散介质的挥发能力相关联。
硝酸纤维素漆、过氯乙烯漆、沥青漆、热塑性乙烯树脂漆、热塑性丙烯酸树脂漆和橡胶漆都以溶剂挥发方式成膜。
二、聚合物粒子凝聚成膜这种成膜方式是涂料依靠其中作为成膜物质的高聚物粒子在一定的条件下互相凝聚而成为连续的固态涂膜。
这是分散型涂料的主要成膜方式。
含有可挥发的分散介质的分散型涂料如水乳胶涂料、非水分散型涂料以及有机溶胶等，在分散介质挥发的同时产生高聚物粒子的接近、接触、挤压变形而聚集起来，最后由粒子状态的聚集变为分子状态的聚集而形成连续的涂膜。
液体涂料各属性的计算方法
液体涂料各属性的计算方法孙太荣（中山大桥化工集团中山智亨研发技术部，528403）摘要：涂料的常用属性包括了比重、重量固体分、体积固体分、PVC、VOC、理论涂布率等，本文举例说明了各属性的计算方法。
关键词涂料属性计算0 引言ASTM 6577-2006工业涂料试验标准指南中指出了涂体涂料的一些属性，但并没有包括涂料应用所需要的所有属性。
在涂料实际使用过程中，我们经常会需要到密度、重量固体分、体积固体分、颜料体积浓度（PVC）、VOC、理论涂布率等数据；配方成本的计算相对简单，不在此多做说明。
数据可以通过标准方法测试，在配方设计时也可以通过配方计算出来，做到对自己设计的配方心中有数。
如果你是模仿别人的涂料，通过配方计算你还能知道调整方向，对配方设计有所帮助。
1 配方计算的公式液体涂料各属性计算依据是各材料的密度，因为知道各材料的密度，根据配方中各材料的用量/材料密度可以求出配方的体积；计算公式按照重量、体积公式等常用演变而成的，简单易明。
具体计算公式如下：材料重量百分数（%）=100×材料重量/配方重量；配方体积=∑(材料i用量/密度i)；1. 油漆密度=配方重量/配方体积；2. 重量固体分（%）=100∑(材料i重量百分数×固体分i)；3. 体积固体分（%）=100∑(材料i重量百分数×固体分i/密度i)×油漆密度4. 干膜密度=重量固体分/体积固体分；5. PVC=∑(颜填量i用量百分比×固体分i/密度i)/体积固体分；6. 理论涂布率（m /L）=体积固体分（%）×10/推荐干膜厚度;7. 理论涂布率（m /kg）=理论涂布率（m /L）/油漆密度；8. VOC（g/L）＝1000×（1－重量固体分）×油漆密度。
2 举例计算下面选取Cardolite公司的一个底漆参考配方进行计算说明，配方如下；表1 配方及计算甲组份：密度固体分重量固体体积固体积体%E-22 型环氧树脂的 1.09 75 32% 24 29.35 16.5 75%溶液二甲苯溶剂0.87 0 2% 0 2.3 0有机膨润土 1.59 100 0% 0 0 0DISPERBYK163 0.95 0.45 0 0 0金红石型钛白粉 3.98 100 8% 8 2.01 2碳黑粉(颜料) 1.67 100 0%325目硫酸钡粉 4.36 100 12% 12 2.75 2.75200目滑石粉 2.86 100 19% 19 6.64 6.64325目石英粉 2.61 100 8% 8 3.06 3.06卡德莱NX-2013 0.97 100 3% 3 3.09 3.09甲乙酮(溶剂) 0.81 0 3% 0 3.7二甲苯溶剂0.87 0 3% 0 3.45正丁醇(溶剂) 0.82 0 1% 0 1.22甲组份总和92% 74 57乙组份：卡德莱NX-2015 0.94 75 8% 6 8.51 6.38甲乙二组份总和100% 80 66.08 40.42涂料密度=涂料重量/涂料体积=100/66.08=1.51kg/L；涂料重量固体分=80%涂料体积固体分=40.42%X1.51＝61.03％PVC=（2+2.75+6.64+3.06）/40.42=35.7%干膜密度=80/40.42=1.98g/cmVOC=1000(1-0.8)×密度=200×1.51=302g/L；50μm干膜理论涂布率=10×61.03/50=12.21m /L=8.08 m /kg；3 涂料计算在分析中的应用对于国外进口的新型涂料，除了对其树脂的分析之外，重要的就是配方结构的分析了，可以根据标准方法测量其密度、重量固体分、灰分；根据灰分确定颜基比。
涂装常用计算公式
涂装常用计算公式一、引言防腐涂料涂装中，会涉及到一些基本的数学计算，内容并深奥，但是十分重要。
这些计算主要是基于涂料的一些基本概念，如体积固含量，膜厚，涂布量等。
扎实地掌握一些基本的数学计算，是涂料技术员基本的技能要求。
二、单位换算液体容积加仑 /gal 夸脱/ qt品脱/ pt盎司/oz升/l毫升/ml立方厘米/ cc立方英寸/ cu.in 148128 3.78537853785231面积单位的换算平方码 yd2平方英尺 foot2平方英寸inch2平方毫米mm2平方厘米cm2平方米m2 191296836127.368361.270.83612压力单位的换算磅每平方英尺 /lf.ft-2磅每平方英寸/lb.in-2 或 psi千克每平方厘米 /kg.cm-2千帕斯卡/pka10.006940.0004880.0479质量单位的换算磅 /lb盎司 /oz克/ g千克/ kg116453.60.4563长度单位的换算码/yd 英尺 /ft英寸/in密耳/mil133636000微米/u m毫米/mm厘米/cm米/m914400914.491.440.9144三、温度换算经常会用到摄氏与华氏义之间的换算。
作为一个技术员需要知道常见温度的换算，如涂料时底材的温度高于露点温度的数据，3℃/5℉,环氧树脂涂料施工时最低温度10℃/50℉，无机富锌底漆作为耐温底漆的可耐受温度400/752℉，两者之间的换算公式如下F-32从华氏度到摄氏度=-------------1.8从摄氏度到华氏度 F=1.8C+32四、膜厚的计算1、涂料的体积固体含量在中国涂料工业中，目前还习惯采用质量固体份来衡量一个涂料品质。
但是欧美国家体积固体含量，实际上更为科学和实用。
涂料的体积固体含量即为涂料中非挥发性成分与液态漆料的体积比。
这是一个非常重要的概念，液态涂料中的溶剂挥发后，真正留在被涂物表面成为漆膜的就是涂料中的非挥发分，即体含量。
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
XW-3301海洋浪溅区无溶剂重防腐漆在码头钢桩防腐工程中的应用
PVC 值与漆膜性能的关系
六、涂层材料助剂的优化设计
助剂是无溶剂涂料中不可缺少的组分，其中包括固化 剂、促进剂、消泡剂、湿润分散剂、流平剂、偶联剂 等。适当的助剂有助于改善施工性能，提高漆膜质量。 项目在体系中加入固化促进剂，保证涂层材料的施工 期，同时确保涂层的快干性。在体系中添加适量的湿 润分散剂、消泡剂、流平剂，用于颜料湿润、分散， 并使分散好的颜料粒子保持分散状态，防止涂料出现 絮凝、返粗、沉淀浮色发花等弊病。添加适量的消泡 剂、流平剂以消除涂层的缺陷，从而提高防腐性能。
三、增韧剂对环氧树脂稀释率的比较
9000 8000 7000 6000
NC 513 HDDGE AGE CGE
粘粘
5000 4000 3000 2000 1000 0 5 10 15 20 25 30
环环 环 环 环 释释
四、耐盐雾试验
本研究通过非活性改性剂和活性改性剂的筛选应用和 对涂层附着力的影响、硬度的影响、对环氧树脂稀释 率的影响以及盐雾试验，确定出改性剂的品种和用量。 为了改善树脂在润湿表面的涂敷效果，成膜体系设计 中添加了无机凝胶组分，该组分遇水后产生水化物， 由这些水化物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和 联结形成特殊结构，从而产生一定强度，这样使成膜 物能够在水分较多的表面上(如有水膜存在或在水中的 情况下)可以直接涂敷。为了增强带锈防腐效果，防腐 体系中采用L9 (34) 正交设计试验法，设计添加了络合 剂、渗透剂、转化剂和缓蚀剂 将锈蚀渗透、转化、究了成膜树脂、改性增韧剂、新型固化剂、 亚纳米填料、无机胶凝材料、涂层厚度对带湿 带锈钢结构表面涂膜性能的影响，研究了涂层 在水中的固化机理和在水中的涂装技术，通过 系列研究实现了挪威国家制定的目前最为严格 的重防腐涂料指标：耐盐雾达4000小时，不 起泡、不掉粉、不生锈，真正实现了产品的高 性能化。研制出在海洋浪溅区恶劣环境中钢结 构用涂层材料和水下涂装技术。
水在有机涂层中的传输_复杂的实际传输过程
收稿日期:2001210227;修订日期:2001211230基金项目:国家重点研究发展规则(G1*******)资助项目作者简介:胡吉明,男,1974年生,博士后;研究领域为腐蚀与防护、腐蚀电化学水在有机涂层中的传输Ⅱ复杂的实际传输过程胡吉明1,张鉴清1,2,谢德明1,曹楚南1,2(11浙江大学化学系杭州310027;21金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳110016)摘要:H 2O 在有机涂层中的传输是一个复杂的物理、化学过程.在实际情况下,涂层中的组元(成膜物质、固化剂等)与吸收水间会发生相互作用,导致涂层结构发生变化;同时使这部分水的存在形式也发生变化,最终导致水在其中的传输特性发生改变,H 2O 的传输不再是理想的Fick 扩散过程.介绍在实际吸水过程中,涂层中水传输的特性及其影响因素.关键词:有机涂层 水传输 非Fick 扩散中图分类号:TG 174146 文献标识码:A 文章编号:100524537(2002)06203712041前言虽然防腐蚀技术日新月异,有机涂层技术仍是工业及日常最常用的金属防护手段之一[1].由于在通常情况下金属的腐蚀反应在含水环境中进行,因此研究H 2O 在涂层中的传输具有基础性的意义.H 2O 在有机涂层中的传输大多被认为是通过Fick 扩散来进行,所进行的数学解析则建立在线性扩散的基础上,并得到了许多有用的关系式[2～4].例如推出涂层中的吸水动力学方程[5,6]:M t M ∞=2DL πt(1)其中M t 为t 时间下涂层的吸水量,M ∞为饱和吸水量,L 为涂层厚度,D 为H 2O 在涂层中的扩散系数.若将吸水率与涂层的电容联系起来,则有[7]:log (C t /C 0)log (C ∞/C 0)=M t M ∞=2LDπt (2)其中C t 、C ∞、C 0分别为时间t 、无穷大及0时间时涂层的电容.上述两个公式已成为研究涂层吸水动力学的经典等式被应用于许多涂层体系中.在有缺陷(孔隙、裂纹、颗粒)的涂层中,则引入了表观扩散系数代替线性扩散系数,并提出了如下的经验公式[8]:D a =D h +D w θ<w(3)其中D a 为实测水的表观扩散系数,D h 为线性扩散系数,D w 为气态H 2O 在空洞中的扩散系数(在常温下约为011cm 2・s -1),θ为涂层的孔隙率,<w 为吸水率(体积百分比).在实际情况下H 2O 的传输可能更为复杂[9,10].H 2O 与涂层中的组元(成膜物质、固化剂等)发生作用,导致涂层中聚合物的结构发生重组[9,11],同时这种相互作用使H 2O 的存在形式发生变化,从而改变了H 2O 的传输特性[11],H 2O 在涂层中的这部分传输不再按照Fick 扩散进行.此时吸水动力学方程为[10]:M t =Ktn(4)本文将对这一复杂的实际传输过程进行介绍.2有机涂层中H 2O 的传输方式一般认为,H 2O 在涂层中的Fick 扩散仅在温度高于有机涂层的玻璃化温度(T g )时进行[11,12],此温度区域内,有机涂层呈“橡胶态”,聚合物在外界干扰下分子链能较快地恢复原状[13].在低于T g 温度时,涂层中聚合物呈玻璃态,H 2O 在其中的扩散较为复杂,涂层在吸水后分子链不能很快恢复,而是与水分子发生相互作用,其内水的传输不再遵循Fick 扩散模型[11,12].实质上,即使在玻璃化温度以上,水渗入涂层后可能还会诱使涂层中部分聚合物由“橡胶态”转变为“玻璃态”,从而使H 2O 在其中的扩散偏离理想Fick 过程[11].也有人通过比较水的扩散速度与聚合物结构的松弛速度的相对大小将涂层中H 2O 的传输分为以下三种形式[14]:(1)Fick 扩散(Ⅰ类扩散),此时H 2O 的传输速度远小于聚合物的松弛速度;(2)不规则扩散,此时两者的速度相当;(3)Ⅱ类扩散,此时水的扩散速度远大于聚合物的松弛速度,涂层在吸水过程中往往发生肿胀.为了说明非Fick 过程的影响,Vrentas 等[15,16]引入了Deborah 系数(DEB )D ,其中(DEB )D =λmθD(5)式中λm 、θD 分别代表涂层聚合物的松弛特征时间及水扩散的特征时间.作者们认为当(DEB )D µ1或ν1时,H 2O 的传输为Fick 扩散过程;当(DEB )D 为中间值时,为非Fick 扩散.图1示出了等(DEB )D 曲线[11].第22卷第6期2002年12月 中国腐蚀与防护学报Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection Vol 122No 16Dec 1200Fig.1Schematic diagram of the different zones of diffusion sep 2arated by lines of constant Deborah number (DEB )D .T E is the temperature below which pure polymer acts like an elastic solid ,T g the glass transition temperature ,and T V the temperature above which pure polymer acts like a vis 2cous fluidFig.2A typical Fickian absorption curve3H 2O 在有机涂层中的传输动力学[11]对应上述(1)～(3)三种传输行为常见的几种吸水动力学特征分别介绍如下.311Fick 扩散Fick 扩散过程中,H 2O 在涂层中的吸水量与浸泡时间的关系在浸泡初期可用式(1)表达,其在整个时间范围内的吸水曲线见图2.该动力学曲线有如下特征:在浸泡初期吸水量M 与时间的平方根(t 015)成线性关系;随时间的延长,吸水曲线缓慢达到饱和值M ∞.需要指出的是,公式(1)中H 2O 的扩散系数D 应该看作是一个平均的表观值.关于Fick 扩散过程的模型及数学解析在我们的前一文中已详尽介绍[17],在此不再加以重复.312两段吸收H 2O 在涂层中的两段吸收是常见的一种不规则吸收.在浸泡初期H 2O 通过快Fick 扩散进行吸收,而在后期进行慢的非Fick 扩散继续发生吸水.其吸水曲线见图3.可以设想,涂层中的吸水量由H 2O 的Fick 扩散部分M F (t )与由涂层聚合物结构松弛引起的非Fick 扩散部分M R (t )共同贡献.可写出如下等式[14]:M (t )=M F (t )+M R (t )(6)其中M R (t )=6iM ∞,i [1-e -k i ,t ](7)之所以上式右边用加和的形式,是因为考虑涂层中存在不同组元的结构松弛过程.从上式可以看出,涂层结构的松弛过程是一个一级“反应”,K i 可看作是一级松弛常数.非Fick 扩散部分传输的H 2O 与涂层之间的相互作用可以看作是一个一级“化学反应”.这部分H 2O 的传输速度由所对应的“化学反应”的速度决定.313S 形吸收S 形吸收是另一种典型的非Fick 扩散行为(图4).Long等[18]提出“可变表面浓度”的理论对此过程进行解释.他们认为,涂层外表面上H 2O 的浓度在浸泡初期不能很快达到平衡(即表面浓度随时间变化而变化).因此,虽然H 2O 在涂层中的传输仍遵循Fick 扩散,但在浸泡初期涂层的吸水量偏小(见图4).而在理想Fick 扩散过程中,总是假定涂层外表面上水的浓度为恒定的平衡数值[2].314Ⅱ类扩散这类扩散完全偏离Fick 过程,动力学上表现为在浸泡初期吸水量与浸泡时间呈线性关系,简单示意图见图5.前面已提到,这类扩散是由于涂层组元在吸水过程中自身的松弛速度远小于水的扩散速度造成.Fig.3A typical two -stage absorption curve Fig.4A typical sigmoidal (S -shaped )absorption curve273中国腐蚀与防护学报第22卷Fig.5A typical caseⅡabsorption curve通过光扫描吸收实验曾对涂层深度方向上甲醇的吸收浓度进行了测试[19],结果发现在某一深度处甲醇浓度出现一陡壁,此陡壁的位置(距表面的距离)与浸泡时间呈正比. Westing等认为[20],在此类扩散体系中H2O在初期仅填满孔洞或间隙位置而不与涂层发生作用;接着由于水的作用使涂层发生膨胀,并假设膨胀速度为恒定,可以设想吸收水以膨胀部分的涂层为载体不断向深度方向运动.Thomas等[21]则认为,H2O在膨胀部分的涂层中的扩散速度远比其在玻璃态组元中的速度要快.因此当遇到玻璃态中心时,H2O的扩散被阻挡.这样前期通过膨胀部分扩散的水将发生积累,从而形成浓度陡壁.Samus等甚至提出[19],若精确地考虑涂层膨胀所引起的尺寸效应,则一切的所谓非Fick扩散在本质上均是按照Fick扩散进行的.4H2O在涂层中的存在形式[11]一般认为H2O在涂层中有如下3种存在形式:(1)单分子水,此时水分子不与其它水及环境发生作用;(2)聚集水分子(许多水分子相互聚集形成水簇);(3)水分子与聚合物官能团间发生局部的相互作用.H2O在憎(疏)水性涂层中通常以第(1)种状态存在, H2O通过线性吸收进行传输.若水的活度较高时,在此类涂层中也可能以第(2)类形式存在;而且当含水量超出与聚合物官能团结合的最大含量时,在亲水性涂层中也可能以此种状态存在.第(3)种状态则主要发生在亲水性涂层中,水分子与亲水基官能团结合促使涂层发生塑性转变为“橡胶态”,因此利于H2O在其中的吸收.但是这种结合也会导致水的运动能力下降,当两种效应达到相当时,吸水平衡被建立起来.5涂层中其它组元的影响以上仅涉及涂层主要成膜物质与固化剂形成均匀、整体有机涂层情况下水传输的一般性特征及规律.常用的涂层中还包括颜料及添加剂等,这些组元在涂层中通常以独立相存在,与涂层均相间形成相界.可以想象,这些组元的存在将影响涂层中H2O的传输和吸收.在有些涂层中,颜料是涂层中的主要组元,例如在富Zn涂层中,要求Zn粉的重量分数在80%以上,因此这部分组元的影响便不能忽视.Fig.6Relationship between water permeability and pigment volume concentration(PVC)of paint coatings一般来说,颜料大多为无机物,其水溶性较低.在理想情况下,颜料颗粒与固化剂间有良好结合,则水分子仅能通过接触界面进行传输,延长了传输通道[22],因此对水渗透起到阻滞作用.颜料颗粒与固化剂间的润湿程度随颜料体积分数(PVC)的变化而变化.通常存在一个临界PVC值(CPVC),在此分数下颜料与固化剂间具有最佳的结合,H2O在涂层中的吸收量在CPVC处达到最小[23,24](图6).然而,若颜料与固化树脂间相互润湿性不佳,常会在相界处产生缝隙,H2O在缝隙中发生优先渗入而积聚,这种优先传输过程的速度远大于通过本体树脂内的扩散,涂层的吸水量反而会上升[22].这种现象常发生在颜料颗粒具有一定的亲水性情况下,此时水分子也会通过颜料颗粒内部进行扩散.6结语H2O在有机涂层中的渗透传输是一个复杂的过程,它受涂层种类、组分结构的影响,因此很难用一个统一的模型加以描述.例如,张鉴清等[25]曾就根据有机涂层的不同EIS特征,提出了六种物理模型及EIS数据解析方法用来研究涂层金属的腐蚀、破坏过程.用EIS技术与增重实验及热分析等技术对H2O在有机涂层中传输的宏观规律方面的研究已取得许多成就;最近,一些作者采用红外反射光谱来研究涂层的结构[26,27]及侵蚀性粒子在涂层中的分布状况[28],得到了许多有用的实验结果,为从微观角度深入探明H2O及其它粒子在涂层中传输规律提供了可能.参考文献:[1]Wang Y H.Manual of Anti-corrosion T echnology for Paintings[M].Beijing:Metallurgical Industry Press,1994(王泳厚.实用涂料防腐蚀技术手册[M].北京:冶金工业出版社,1994)[2]Rosa L D,Monetta T,Mitton D B,et al.Monitoring degradation of singleand multilayer organic coatings[J].J.E lectrochem.S oc.,1998,145:3830 [3]Perez C,C ollazo A,Izquierdo M,et al.Characterisation of the barrierproperties of different paint systems.part I.experimental set-up and ideal fickian diffusion[J].Progress in Organic C oatings,1999,36:1023736期胡吉明等:水在有机涂层中的传输 [4]Rosa L D,Monetta T,Bellucci F.Moisture uptake in organic coatingsm onitored with EIS[J].Materials Science F orum,1998,289-292:315 [5]Miskovic-Stankovic V B,Drazic D M,T eodorovic M J.E lectrolyte pen2etration through epoxy coatings electrodeposited on steel[J].C orros.Sci.,1995,37:241[6]W ind M M,Lenderink H J W.A Capacitance study of pseudo-fickiandiffusion in glassy polymer coatings[J].Progress in Organic C oatings, 1996,28:239[7]Brasher D M,K ingsbury A H.E lectrical measurements in the study ofimmersed paint coatings on paris on between capacitance and gravimetric methods of estimating water-uptake[J].J.Appl.Chem., 1954,4:62[8]Bellucci F,Nicodem o L,Monetta T,et al.A study of corrosion initiationon polyimide coatings[J].C orros.Sci.,1992,33:1203[9]Deflorian F,Fedrizzi L,Rossi anic coating capacitance measurementby EIS:ideal and actual trends[J].E lectrochim.Acta,1999,44:4243 [10]Perez C,C ollazo A,Izquierdo M.Characterisation of the barrier proper2ties of different paint systems.partⅡ.non-ideal diffusion and water uptake kinetics[J].Progress in Organic C oatings,1999,37:169 [11]Van der Wel G K,Adan O C G.Moisture in organic coatings-a review[J].Progress in Organic C oatings,1999,37:1[12]Thomas N L.The barrier properties of paint coatings[J].Progress inOrganic C oatings,1991,19:101[13]Chen Z J.C orrosion Resistant Non-Metallic Materials and Application[M].Beijing:Chemical Industry Press,1985(陈正钧.耐蚀非金属材料及应用[M].北京:化学工业出版社, 1985)[14]Blahnik R.Problems of measuring water s orption in organic coatings andfilms and calculations of complicated instances of m oistening[J].Progress in Organic C oatings,1983,11:392[15]Vrentas J S,Vrentas C M.Integral s orption in glassy polymers[J].Chemical Engineering Science,1998,53:629[16]Vrentas J S,Vrentas C M,Huang W J.Anticipation of anomalous ef2fects in differential s orption experiments[J].J.Appl.P olym.Sci., 1997,64:2007[17]Hu J M,Zhang J Q,X ie D M,et al.Water transport in organic coat2ings.I.fickian diffusion[J].J.Chinese S ociety for C orrosion and Pro2 tection,2002,22(5):311-315(胡吉明,张鉴清,谢德明等.水在有机涂层中的传输-(I)Fick扩散过程[J].中国腐蚀与防护学报2002,22(5):311-315) [18]Long F A,Richman D.C oncentration gradients for diffusion of vapors inglassy polymers and their relation to time dependent diffusion phenome2 na[J].J.Am.Chem.S oc.,1960,82:513[19]Samus M A,Rossi G.Methanol abs orption in ethylene-vinyl alcoholcopolymers:relation between s olvent diffusion and changes in glass tran2 sition temperature in glassy polymeric materials[J].Macrom olecules, 1996,29:2275[20]Van Westing E P M,Ferrari G M,W it J H W De.The determinationof coating performance with impedance measurements.Ⅱ.water-up2 take of coatings[J].C orros.Sci.,1994,36:957[21]Thomas N L,W indle A H.A theory of case-Ⅱdiffusion[J].P olymer,1982,23:529[22]Amirudin A,Thierry D.Application of electrochemical impedance spec2troscopy to study efficiency of anticorrosive pigments in epoxy-polyamide resin[J].Br.C orros.J.,1995,30:128[23]Hulden M,Hansen C M.Water permeation in coatings[J].Progress inOrganic C oatings,1985,13:171[24]Bellucci F,Nicodem o L.Water transport in organic coatings[J].C orro2sion,1993,49:235[25]Zhang J Q.Study and evaluation on organic coatings by electrochemicalimpedance spectroscopy[J].C orrosion and Protection,1998,19(3):1(张鉴清,曹楚南.电化学阻抗谱方法研究评价有机涂层[J].腐蚀与防护,1998,19(3):1)[26]Wang Z Y,Li J,K e W,et al.Medium transport behavior of epoxy pow2der coating in high temperature s olution[J].J.Chinese S ociety for C or2 rosion and Protection,2001,21(1):40(王震宇,李劲,柯伟等.高温下环氧粉末涂层中介质传输行为研究[J].中国腐蚀与防护学报,2001,21(1):40[27]G e H H,Liao Q Q,Zhou G D.Study of surface layer structure and cor2rosion resistance on octadecylamine-treated iron[J].Acta Physico-Chimica S inica,2000,16(9):860(葛红花,廖强强,周国定.十八烷基在铁上成膜结构和耐腐蚀性研究[J].物理化学学报,2000,16(9):860)[28]Y an C W,He G,Liu H W,et al.Characterisation of mass transportationin protective organic coating by micro-IR[J].C orros.Sci.Prote.T echnol.,2000,12(1):45(严川伟,何刚,刘宏伟等.用显微红外方法研究涂层中物质传输规律[J].腐蚀科学与防护技术,2000,12(1):45)W A TER TRAN SPORT IN ORG ANIC C OA TING S(Ⅱ)A complicated actu al trendHU Jiming1,ZHAN GJiangqing1,2,XIE Deming1,CAO Chu′nan1,2(11L aboratory of Electrochemistry,Department of Chemistry,Zhejiang University,Hangzhou310027;21State Key L aboratory f or Corro sion and Protection,Shengyang110016)Abstract:In the present article water transport behaviors in actual trend were reviewed.Water transport in organic coatings was a complicated physico-chemical process.In an actual case,different components in coatings(polymer and binder,etc.)interacted with abs orbed water,lead2 ing to the change of film structure.At the same time,the states of s orbed water m olecule would als o alter,that is,single water m olecules,aggre2 gated water m olecules and the localized interactions of water m olecules and polymer groups,which resulted in the change of water transport be2 haviors through coatings.The typical s orptions were consisted of Fickian s orption,two-stage s orption,sigm oidal s orption and caseⅡs orption. The diffusion Deborah number,(DE B)D,was introduced to characterize the Fickian and non-Fickian diffusion.The effect of other com po2 nents,especially of the pigments on the water permeability in organic coatings has been als o discussed in the present work.K ey w ords:organic coatings,water transport,non-Fickian process473中国腐蚀与防护学报第22卷。
简述涂料成膜过程
简述涂料成膜过程
涂料成膜过程是指涂料在施工后，经过干燥固化后形成一层坚固的膜。
这个过程是由许多微观的变化所构成的，其中包括溶剂挥发、涂料分子的聚合反应、固化剂的反应等。
在涂料施工时，溶剂占涂料总量的一部分，主要是为了使涂料具有流动性和易施工性，涂料在施工后会形成一层涂膜，而这层涂膜的形成过程可以分为三个主要的阶段。
第一阶段是涂料的开放时间，一般为施工后的几分钟到半个小时，此时涂料表面还没有完全干燥，可以通过滚筒或刮板进行涂抹。
第二阶段是涂料的干燥固化阶段，此时涂料表面已经干燥，但内部仍然有一定的湿度，涂料分子会在此时开始聚合反应，形成坚固的涂膜。
第三阶段是涂料的固化阶段，此时涂膜已经形成，但还不够坚固，需要通过固化剂的反应使其进一步坚固，提高涂膜的耐久性和抗腐蚀性。
总体来说，涂料成膜过程是一个复杂的过程，需要在施工过程中控制好温度、湿度、涂料类型和涂膜厚度等因素，以确保涂膜的质量和使用寿命。
涂料干燥与成膜
第五章涂料干燥与成膜第一节涂料成膜机理涂料涂覆于物体表面以后由液体或疏松粉末状态转变成致密完整的固态薄膜的过程即为涂料的成膜也称为涂料的干燥和固化。
涂料成膜主要靠物理作用和化学作用来实现。
例如挥发性涂料和热塑性粉末涂料等通过溶剂挥发或熔合作用便能形成致密涂膜热固性涂料必须通过化学作用才能形成固态涂膜。
因此涂料成膜机理依组成不同而有差别。
一、非转化型涂料仅靠物理作用成膜的涂料称之非转化型涂料。
它们在成膜过程中只有物理形态的变化而无化学作用。
此类涂料包括挥发性涂料、热塑性粉末涂料、乳胶漆及非水分散涂料等。
一挥发性涂料挥发性涂料的品种有硝基漆、过氯乙烯漆、热塑性丙烯酸漆及其他烯基树脂漆等。
这类涂料的树脂分子量很高靠溶剂挥发便能形成干爽的硬涂膜在常温下表干很快故多采取自然干燥方法。
—quotquot—第五章涂料干燥与成膜此类涂料施工以后的溶剂挥发分为三个阶段即湿阶段、干阶段和两者相重叠的过渡阶段见图quotquot。
图quotquot涂膜溶剂保留与时间关系曲线—湿阶段—过渡阶段—干阶段在湿阶段溶剂挥发与简单的溶剂混合物蒸发行为类似溶剂在自由表面大量地挥发混合蒸气压大致保持不变且等于各溶剂蒸气分压之和amp’ampampamp…式中amp为溶剂的饱和蒸气压’amp。
烃类、酯类溶剂的质量相对挥发速度-.’/amp/01酮类、醇类溶剂的质量相对挥发速度-.’2amp/01。
很显然增大环境空气流速必将提高溶剂的挥发速度。
另外依克劳修斯quot克拉贝龙方程可推得以下关系式34-.5-.’/01678quot58乙酸丁酯的9’::02lt743当温度由9增至9时-.由//增至6/温度对挥发性产生了显著的影响。
涂料用溶剂挥发太快时则会带走大量热量产生显著的冷却效应造成水汽冷凝。
因此为了降低溶剂的成本和平衡溶剂的挥发性都采用混合溶剂混合溶剂的挥发速度有以下关系式-8’quotgt-式中-8———总挥发速度—quotquot—第一篇最新船舶涂装新技术新工艺与涂装质量评价基础知识quot———quot溶剂浓度quot———混合溶剂中quot溶剂的活度系数或逃逸系数quot———纯quot溶剂挥发速度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
转变温度T g] 、T g0 时变化值.
本实验采用美国 Universal V117F TA Instruments MDSC 2910 差热分析仪 ( DSC) 测定聚合物体系的 玻璃化转变温度及等压热容的变量. 升温速率为 10 e #min- 1 . 测定结果为 T g0 = 2 e , T g ] = 48 e ; 等 压热容 的变量 $cp 0 、$cp ] 分 别 0165 J #g- 1 #K- 1 及 0146 J#g- 1#K- 1 , 所以, K= 0171. 213 自由体积参数的估算
第 54 卷 第 10 期
夏正斌等: 丙烯酸 聚氨酯涂料成膜过程( Ñ )
# 1443 #
是溶剂蒸发的干燥过程和交联反应的固化过程的结
合, 其恒速干燥阶段很短或没有, 涂膜的干燥主要由 溶剂在涂膜内的扩散过程所控制, 而且在涂膜固化 的不同阶段, 溶剂具有不同的扩散行为. 针对聚合物 溶液的特点, 很多学者运用先进的分析仪器及测试 技术建立了测定溶剂扩散系数的方法[ 1, 2] , 但这些方 法或是准确度欠佳, 或是操作程序复杂、设备昂贵, 因而不能推广应用. 因此, 借助于某种理论, 实现对 热固性涂料中典型的、性能极为优异的丙烯酸聚氨
涂膜体系中溶剂扩散系数是溶剂浓度、干燥时间 的函数.
关键词 丙烯酸聚氨酯涂料 成膜过程 扩散系数
中图分类号 TQ 02114
文献标识码 A
文章编号 0438- 1157( 2003) 10- 1442- 04
FILM- FORMATION PROCESS OF ACRYLIC POLYURETHANE COATING SYSTEM( Ñ) ESTIMATION OF SOLVENT DIFFUSION COEFFICIENTS
Va lues
1187 0152 2120 31 865 - 1021 7 5116- T g2 01 932 01 801 851 9 016224Tg2 - 86195
XIA Zhengbin, TU g and CHEN Huanqin
( I nstitute of Chemical Engineering , South China University of Technology , Guangzhou 510640, Guangdong , China)
度之下的体系, 预测会遇到很多困难[6] , 而且目前对 交联涂膜体系中溶剂扩散系数的预测研究很少.
既然随着成膜聚合物交联度的增大, 自由体积 减小、聚合物玻璃化温度不断升高是交联固化体系 的重要特征, 而自由体积的影响也是进行扩散系数 预测的理论基础. 因此, 本文拟将关联涂膜固化度 与成膜聚合物玻璃化温度 T g 的 D-i Benedetto 方程[ 7] 引入根据 Vrentas-Duda 自由体积理论所建立的扩散 系数预测方程式中, 拓展其适用范围, 则可望得到 溶剂在玻璃化温度不断升高的涂膜中的扩散系数的 预测方程.
在上述研究的 基础 上, 借鉴 Zielinski 和 Duda 归纳的计算方法[ 3] 估算了热固性丙烯酸聚氨酯涂膜
体系的扩散系数预测方程中的自由体积参数, 结果 如表 1 所示.
Table 1 Free- volume parameters for experimental system
Parameters
Fig11 Infrared spectra of coated polymer film
在 t 时刻
y=
( H 2PH 1 ) 0 - ( H 2PH 1 ) t ( H 2PH 1 ) 0
( 4)
在式 ( 4) 基础上, 合并考虑涂膜干燥时丙烯
酸多元醇与多异氰酸酯的交联反应为二级反应[ 8] 这
率求得 k 值. 已知 CNCO, 0 = 01669 mol#L- 1 , 则 k =
5164 @ 10- 2 mol- 1 #L#h- 1 . 然后改写式 ( 5) 即可得
到转化率 y 的方程式, 它是时间的函数
y=
C NCO, 0 kt 1+ CNCO,0 kt
( 6)
212 聚合物玻璃化温度与交联固化反应的关系
小, 越接近基板, 溶剂的浓度就越高; 因此, 本文将溶 剂在涂膜中的浓度空间分布称为/ 溶剂浓度场0. 不 同的干燥时间 后涂膜内溶剂浓度场的 变化非常重
要. 对于一般溶剂型涂料体系, 涂膜的典型干燥曲线 显示了两个不同的行为区域, 即恒速干燥区域及降 速干燥区域; 但对于热固性涂料, 其成膜机理可认为
联反应的、干燥温度在聚合物- 溶剂混合物的玻璃化
转变温度之上的多种体系的溶剂扩散系数. 此理论
中有关溶剂扩散系数 D p 的基本方程为[ 3]
D p= D1 ( 1- <1) 2( 1- 2V<1 )
( 1)
D 1 为溶剂的自扩散系数
D1 = D0 exp
-
E RT
exp
-
X1
V^ *1
+ X2 NV^ *2 V^ FH
Keywords acrylic polyurethane coating, f ilm- formation process, diffusion coefficients
引言
涂料的使用性能不仅取决于涂料的配方, 而且 与涂料的成膜过程密切相关, 涂膜中残余溶剂量会 对涂膜的硬度、附着力、耐溶剂 性等产生重要 的影 响. 由于涂膜有一定厚 度, 其表 面处的溶剂含 量最
对于热固性 聚合物涂 膜, D-i Benedetto 方程 给 出了在任何干燥条件下的聚合物玻璃化温度 T g2 与
成膜聚合物交联反应程度之间的关系式
式中
T g2=
T g0+
( T g] - T g0 ) y 1- ( 1- K) y
( 7)
K= $cp ] P$cp0 , 而 $cp 是等压热容在玻璃化
第 54 卷 第 10 期 2003 年 10 月
化
工
学
报
Journal of Chemical Industry and Engineering ( China)
Vol1 54 l 10 October 2003
研究论文
丙烯酸聚氨酯涂料成膜过程( Ñ ) 溶剂扩散系数的估算
夏正斌 涂伟萍 陈焕钦
( 华南理工大学化工学院, 广东 广州 510640)
2 扩散系数预测模型方程的建立
为了简化模型及其模拟计算, 本研究采用只有 一种溶剂的丙烯酸聚氨酯涂料体系, 并将此体系看 做拟二元聚合物溶液体系: 溶剂甲苯 ( 组分 1) 及 成膜聚合物- 羟基丙烯酸树脂和多异氰酸酯 HDI 缩 二脲 ( 组分 2) . 211 涂膜固化动力学研究
要定量描述成膜聚合物交联固化对溶剂扩散系 数的影响, 就必须知道有关的涂膜的固化动力学参 数. 本研究采用 FTIR 测定涂膜的固化情况, 开始 固化时, 丙烯酸聚氨酯 涂料的红外光 谱如图 1 所 示. 根据双组分丙烯酸聚氨酯涂料聚合时不变化基 团 CH2 基在红外吸收波数 2939 cm- 1 处的红外吸收 峰的峰高 H 1, 与参加反应的 NCO 基在红外吸收波 数 2273 cm- 1 处红外吸收峰的峰高 H 2 的比值变化, 可计算交联基团 ) NCO基与 ) OH 进行 固化反应的 转化率 y .
1 自由体积理论
实践表明, 自由体积理论在处理聚合物中溶剂
的传递等问题时非常有用. 本世纪 60 年代, Cohen 和 Turnbull[ 4] 首先建立了有关传递 的自由体积的 基础
理论, 提出了可采用自由体积理论来描述溶液中的
分子扩散. 很多研究者在这个原始自由体积理论的 基础上进行了很多卓有成效的研究[ 5] , 但从目前的
D 0 @ 104Pcm2#s- 1 V
K 11PC@ 103Pcm3#g- 1#K - 1 K 12# C- 1 @ 104Pcm3#g- 1#K - 1 K 21- T g1( K )
K 22- T g2( K )
^V
* 1
Pcm3 #g -
1
^V
* 2
Pcm3 #g -
1
N
EPJ#mol- 1
Abstract In this paper, the curing extent of polymer film and the reaction speed const ant of the crosslinking and curing in the acrylic polyurethane coating system were determined by FTIR analysis1 The film-formation process of this coating system was simply treated as that of a binary polymer-solvent system1 On the basis of Vrentas- Duda free volume theory, the diffusion coefficient of solvent and the react ion extent of film-formation polymer are correlated by introducing D-i Benedetto equation, and the self and mutual diffusion coefficients of the solvent in this system were calculated1It was shown that the diffusion coefficients of the solvent in such a thermosett ing coating were dependent on solvent concentration and drying time1