涂料化学第五章涂料中的流变学与表面化学PPT课件
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第五章 涂料_1_涂料基础
涂料是什么？
涂料概念
涂料概念
涂料是一种材料，这种材料可以用不同的施工工艺涂覆在 物件表面，形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄 膜。这样形成的膜通称涂膜，又称漆膜或涂层 。
有机高分子材料
精细化工
《涂料工艺》
涂料概念
涂覆施工
液体或固体
物体表面
固化 连续性 固体膜
？作用
？如何实现：液/固—固转换
• 解决方法：使颜料在涂膜中形成稳定的凝聚胶体结构。 • 具体措施： 加入防浮色剂：蓖麻油的脂肪酸、烷醇胺缩合物、脂肪酸酰胺的衍生物 对颜料表面改性：含氨基的长链酯类或长链烷基胺类的阳离子型分散剂
涂料的基本组成 溶剂
• 在涂料的生产和施工中，合理地选择溶剂十分重要，它直接影响涂料 的贮存稳定性、施工性和涂膜质量。
Knowledge of Coatings
涂料产品种类
涂料的种类
涂料形态：固态和液态 施工方法：刷涂、辊涂、喷涂、浸涂、淋涂、电泳 涂膜干燥方式： 涂料使用层次： 涂膜外观： 涂料使用对象： 涂料的成膜物质： 涂膜性能： 涂料的成膜机理：非转化型、转化型
涂料的种类
• 按成膜物质：环氧树脂（H），聚氨酯树脂（S），醇酸树脂（C）， 丙烯酸树脂（B），酚醛树脂（F）等；
PVC对涂料性质的影响
（4）抗污性
• 在污染环境下，涂膜会发生消光或变色等现象，通常将污染前后涂膜 的反射率的差值称为涂膜的抗污性。PVC增加时，涂膜的反射率的差 值增加，抗污性下降，污染趋于严重。
（5）光泽维持性
• 如底漆的PVC < CPVC，即底漆的颜料空隙已被粘结剂填满，则面漆 的光泽维持性好；反之，光泽下降。
防酸、碱、盐、有机溶剂
涂料功能
涂料中的流变学与表面化学
涂料的润湿性
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。
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。
第五章 涂料中的流变学与表面化学.
润湿作用是指表面上一种流体被另一种流体所代替。可分为 沾湿、浸湿和铺展。 1.沾湿 L/G和S/G→L/S，如涂料的的液滴 可有效地附于基材表面之上，该过程 的自由能变化是：
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 ＝
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 ＝
油漆涂料知识PPT课件
②树脂类成膜物质：
树脂是许多高分子有机化合物互相溶合而成的混合物，呈透明或不透明的无定形粘稠 液体或固体状态。可溶于有机溶剂。有些经改性后可溶于水中。 涂料用树脂按来源可分为如下几类： A、天然树脂：来源于自然界的动植物。如虫胶、松香等。
B、人造树脂：用天然高分子化合物加工制得，如棉花经硝酸硝化而得到硝化棉， 各种松香衍生物。如改性松香、石灰松香、甘油松香等。
64
什么叫涂膜的耐擦洗性?
耐擦洗性是指将拄标准要求制作的乳胶漆 样板放在指定的湿擦仪上，用特定的刷子反复 湿擦至漆膜破坏的次数。它反映漆膜表面的致 密程度和抗粉化性。不正常施工或底材处理不 当(如兑水过多 或墙体腻子疏松而厚时) 也 会造成乳胶漆的耐搏洗性下降。
65
乳胶漆的耐擦洗性什么时候才能体现出来?
不 脱 粉 ， 可 擦 洗
颜 色 丰 富 多 彩
手 感 细 腻
光 泽 柔 和
60
什么是乳胶漆? 它有什么特点? 可以分为几类?
乳胶漆是以聚合物乳液为原料，用水为分散 介质的一类涂料。具有不污染环境，安全无毒，无 火灾危险，施工方便，涂膜干燥快．保光保色性好， 透气性好等特点，按使用部位分可分为内墙涂料和 外墙涂料，按光泽分可分为亚光、半光、高光，以 及缎光、蛋壳光等特殊光泽。
学性差、脆、易变黄。
35
用途：家具美式涂装 室内家居装修
36
2、PU涂料：聚氨酯涂 料 双组分、2K涂料
37
(聚氨酯漆)
➢ 由主漆、固化剂反应成膜,因生成物含氨酯化学键,故 称聚氨酯漆。稀释剂起溶解树脂和调节粘度等作用。
主漆
固化剂
稀释剂
按比例混合搅匀
混合液
可以施工了
38
成膜
常温交联反应 化学变化
树脂是许多高分子有机化合物互相溶合而成的混合物，呈透明或不透明的无定形粘稠 液体或固体状态。可溶于有机溶剂。有些经改性后可溶于水中。 涂料用树脂按来源可分为如下几类： A、天然树脂：来源于自然界的动植物。如虫胶、松香等。
B、人造树脂：用天然高分子化合物加工制得，如棉花经硝酸硝化而得到硝化棉， 各种松香衍生物。如改性松香、石灰松香、甘油松香等。
64
什么叫涂膜的耐擦洗性?
耐擦洗性是指将拄标准要求制作的乳胶漆 样板放在指定的湿擦仪上，用特定的刷子反复 湿擦至漆膜破坏的次数。它反映漆膜表面的致 密程度和抗粉化性。不正常施工或底材处理不 当(如兑水过多 或墙体腻子疏松而厚时) 也 会造成乳胶漆的耐搏洗性下降。
65
乳胶漆的耐擦洗性什么时候才能体现出来?
不 脱 粉 ， 可 擦 洗
颜 色 丰 富 多 彩
手 感 细 腻
光 泽 柔 和
60
什么是乳胶漆? 它有什么特点? 可以分为几类?
乳胶漆是以聚合物乳液为原料，用水为分散 介质的一类涂料。具有不污染环境，安全无毒，无 火灾危险，施工方便，涂膜干燥快．保光保色性好， 透气性好等特点，按使用部位分可分为内墙涂料和 外墙涂料，按光泽分可分为亚光、半光、高光，以 及缎光、蛋壳光等特殊光泽。
学性差、脆、易变黄。
35
用途：家具美式涂装 室内家居装修
36
2、PU涂料：聚氨酯涂 料 双组分、2K涂料
37
(聚氨酯漆)
➢ 由主漆、固化剂反应成膜,因生成物含氨酯化学键,故 称聚氨酯漆。稀释剂起溶解树脂和调节粘度等作用。
主漆
固化剂
稀释剂
按比例混合搅匀
混合液
可以施工了
38
成膜
常温交联反应 化学变化
涂料概述PPT课件
害。
装饰作用
涂料可以美化物体的表面，提 升物体的外观美感，使物体更 加美观。
标志作用
涂料可以用于标志和标线的制 作，起到标识和警示的作用。
其他特殊用途
如导电涂料、防辐射涂料、防 水涂料等，具有特殊的功能和
用途。
02
涂料的主要成分
颜料
颜料是涂料中用于赋予色彩和 遮盖力的成分，通常以微小颗 粒的形式分散在涂料中。
功能需求的目的。
汽车涂料需具备优异的耐候性、 抗划伤性、耐腐蚀性和高光泽度
等特点。
汽车涂料分为底漆、中涂漆和面 漆，每种涂料都有不同的作用和
特性。
船舶涂料
船舶涂料主要用于船舶的各个部位，以满足防腐、防污、装饰等需求。
船舶涂料需具备优良的耐候性、耐水性、耐化学品性和防腐蚀性等特点 。
船舶涂料分为船底涂料、甲板涂料、舱室涂料等，每种涂料都有特定的 使用环境和要求。
涂料概述PPT课件
contents
目录
• 涂料简介 • 涂料的主要成分 • 涂料的性能特点 • 涂料的用途 • 涂料的发展趋势
01
涂料简介
涂料的定义
01
涂料是一种能够牢固地附着在物 体表面，起保护、装饰、标志和 其他特殊用途的化学混合物质。
02
它通过涂抹在物体表面，经过干 燥或者固化，形成一层薄膜，这 层薄膜具有保护、装饰、标志和 其他特殊用途的功能。
详细描述
高性能化的涂料需要具备优异的耐候性、耐腐蚀性、耐磨性、耐化学品性等性能 ，以满足各种复杂环境和用途的需求。这需要不断研发新型的高性能树脂、添加 剂和涂装技术，提高涂料的物理和化学性能。
低污染化
总结词
随着环保意识的日益增强，低污染化成为涂料发展的重要趋势。
装饰作用
涂料可以美化物体的表面，提 升物体的外观美感，使物体更 加美观。
标志作用
涂料可以用于标志和标线的制 作，起到标识和警示的作用。
其他特殊用途
如导电涂料、防辐射涂料、防 水涂料等，具有特殊的功能和
用途。
02
涂料的主要成分
颜料
颜料是涂料中用于赋予色彩和 遮盖力的成分，通常以微小颗 粒的形式分散在涂料中。
功能需求的目的。
汽车涂料需具备优异的耐候性、 抗划伤性、耐腐蚀性和高光泽度
等特点。
汽车涂料分为底漆、中涂漆和面 漆，每种涂料都有不同的作用和
特性。
船舶涂料
船舶涂料主要用于船舶的各个部位，以满足防腐、防污、装饰等需求。
船舶涂料需具备优良的耐候性、耐水性、耐化学品性和防腐蚀性等特点 。
船舶涂料分为船底涂料、甲板涂料、舱室涂料等，每种涂料都有特定的 使用环境和要求。
涂料概述PPT课件
contents
目录
• 涂料简介 • 涂料的主要成分 • 涂料的性能特点 • 涂料的用途 • 涂料的发展趋势
01
涂料简介
涂料的定义
01
涂料是一种能够牢固地附着在物 体表面，起保护、装饰、标志和 其他特殊用途的化学混合物质。
02
它通过涂抹在物体表面，经过干 燥或者固化，形成一层薄膜，这 层薄膜具有保护、装饰、标志和 其他特殊用途的功能。
详细描述
高性能化的涂料需要具备优异的耐候性、耐腐蚀性、耐磨性、耐化学品性等性能 ，以满足各种复杂环境和用途的需求。这需要不断研发新型的高性能树脂、添加 剂和涂装技术，提高涂料的物理和化学性能。
低污染化
总结词
随着环保意识的日益增强，低污染化成为涂料发展的重要趋势。
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，
涂料PPT课件
非转化型涂料大多为挥发型涂料。
17
纤维素酯类或醚类、氯化橡胶、乙烯类树脂(包括聚 氯乙烯、过氯乙烯、氯乙烯—醋酸乙烯共聚物、聚乙 烯醇缩丁醛等)、丙烯酸酯类树脂、沥青等都是非转 化型基料。
18
主要成膜物质是液体涂料中决定漆膜性能的主要成分， 是一些涂于制品表面能够干结成膜的材料。可以作为 涂料成膜物质的主要原料，早年是用植物油（桐油、 亚麻油、豆油等），近年主要是用合成树脂（醇酸树 脂、聚氨酯、不饱和聚酯等）。
总之，合成树脂本身具有良好的性能，有更广阔的 应用领域。
27
适于作为涂料的合成树脂，应具有如下性能： （1）易于涂饰； （2）干燥速度快； （3）尽可能减少涂饰次数，并能形成所要求的涂膜； （4）与基材附着性好，并且涂膜坚韧；
28
（5）对颜料的分散性好，涂料的贮存稳定性好； （6）涂膜光泽性好，鲜明，保色性好； （7）耐久性、耐候性优良，不易受污染； （8）耐水性、耐药品性好。
为橘红至深棕色，多用于廉价涂料作着色剂。合成氧 化铁红纯度高，着色力很高，应用广泛。铁红耐热、 耐碱性好，不耐强酸。能吸收紫外线，赋予涂膜良好 耐光性，遮盖力仅次于炭黑。
42
甲苯胺红：偶氮类有机颜料。色泽鲜艳，遮盖力好。 耐光、耐水、耐油性好，易溶于芳烃溶剂，耐溶剂性 差。
43
（4）黄色颜料 铅铬黄（PbCrO4）：也称铬黄，其主要成分是铬酸
（4）按涂膜功能分类：防锈漆、防腐漆、绝缘漆、耐 高温涂料、导电涂料等。
（5）按成膜机理分类：转化型涂料和非转化型涂料。 非转化型涂料是热塑性涂料，包括挥发性涂料、热塑
性粉末涂料、乳胶漆等； 转化型涂料包括气干性涂料、固化剂固化涂料、辐射
固化涂料等。
10
（6）按成膜物质分类： 根据原化工部颁布的涂料按主要成膜物质分类的方法，
17
纤维素酯类或醚类、氯化橡胶、乙烯类树脂(包括聚 氯乙烯、过氯乙烯、氯乙烯—醋酸乙烯共聚物、聚乙 烯醇缩丁醛等)、丙烯酸酯类树脂、沥青等都是非转 化型基料。
18
主要成膜物质是液体涂料中决定漆膜性能的主要成分， 是一些涂于制品表面能够干结成膜的材料。可以作为 涂料成膜物质的主要原料，早年是用植物油（桐油、 亚麻油、豆油等），近年主要是用合成树脂（醇酸树 脂、聚氨酯、不饱和聚酯等）。
总之，合成树脂本身具有良好的性能，有更广阔的 应用领域。
27
适于作为涂料的合成树脂，应具有如下性能： （1）易于涂饰； （2）干燥速度快； （3）尽可能减少涂饰次数，并能形成所要求的涂膜； （4）与基材附着性好，并且涂膜坚韧；
28
（5）对颜料的分散性好，涂料的贮存稳定性好； （6）涂膜光泽性好，鲜明，保色性好； （7）耐久性、耐候性优良，不易受污染； （8）耐水性、耐药品性好。
为橘红至深棕色，多用于廉价涂料作着色剂。合成氧 化铁红纯度高，着色力很高，应用广泛。铁红耐热、 耐碱性好，不耐强酸。能吸收紫外线，赋予涂膜良好 耐光性，遮盖力仅次于炭黑。
42
甲苯胺红：偶氮类有机颜料。色泽鲜艳，遮盖力好。 耐光、耐水、耐油性好，易溶于芳烃溶剂，耐溶剂性 差。
43
（4）黄色颜料 铅铬黄（PbCrO4）：也称铬黄，其主要成分是铬酸
（4）按涂膜功能分类：防锈漆、防腐漆、绝缘漆、耐 高温涂料、导电涂料等。
（5）按成膜机理分类：转化型涂料和非转化型涂料。 非转化型涂料是热塑性涂料，包括挥发性涂料、热塑
性粉末涂料、乳胶漆等； 转化型涂料包括气干性涂料、固化剂固化涂料、辐射
固化涂料等。
10
（6）按成膜物质分类： 根据原化工部颁布的涂料按主要成膜物质分类的方法，
涂料中的流变学与表面化学
Y. G. Yanovsky Polymer Rheology: Theory and Practice Chapman & Hall, 1993
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。
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。
流变学和粉体学PPT课件
16
五、粉体的流动性
（一）粉体流动的表示方法 1、止休角 2、流出速度 3、内摩擦系数
17
（二）影响粉体流动性的因素
1、粒度， 2、粒子形状、表面粗造性， 3、吸湿性 4、加入润滑剂
18
（三）改善流动性的方法
1、适当增加粒子径， 2、控制含湿量， 3、添加少量细粉。
19
流变学和粉体学
1
第一节、流变学概述
流变学是研究物体变形和流动的 科学。
是把固体和液体的性质结合为整 体作为对象进行研究。
2
第一节、流变学概述
在外力作用下，物体会变形和 流动。
变形---理想固体弹性， 流动---理想液体粘性有关。
3
第一节、流变学概述
药剂学：
混悬剂、 乳剂、 胶体溶液、 软膏剂和粘性流动
（二）粘性流动 粘性是液体内部存在的阻碍液体
流动的摩擦力。 液体的粘性不同，流动速度不同。
7
三、牛顿流动
理想液体服从牛顿粘度法则。
8
第二节 粉体学概述
粉体学：是研究具有各种形状的粒 子集合体性质的科学。
药物、辅料粉末或颗粒的混合、流 动性，
颗粒剂，胶囊，片剂、混悬剂、 、
4
处方设计、 质量评价、 制备工艺、、
二、弹性变形和粘性流动
（一）弹性变形
给固体施加外力是，固体就变形， 外力解除时，固体就恢复到原有 形状，是一种可逆的形状变化。
弹性率大：有脆性， 易破碎，
小：有韧性，不易 。
5
二、弹性变形和粘性流动
（二）粘性流动 液体受应力作用产生变形（流
动），应力解除后，不能恢复原 有状态，是一种不可逆的过程。
二、粉体粒子大小
（一）粒子大小 1、几何学径 （1）长径，（2）短径 （3）定向径（4）等价径 （5）外接圆等价径
五、粉体的流动性
（一）粉体流动的表示方法 1、止休角 2、流出速度 3、内摩擦系数
17
（二）影响粉体流动性的因素
1、粒度， 2、粒子形状、表面粗造性， 3、吸湿性 4、加入润滑剂
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（三）改善流动性的方法
1、适当增加粒子径， 2、控制含湿量， 3、添加少量细粉。
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流变学和粉体学
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第一节、流变学概述
流变学是研究物体变形和流动的 科学。
是把固体和液体的性质结合为整 体作为对象进行研究。
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第一节、流变学概述
在外力作用下，物体会变形和 流动。
变形---理想固体弹性， 流动---理想液体粘性有关。
3
第一节、流变学概述
药剂学：
混悬剂、 乳剂、 胶体溶液、 软膏剂和粘性流动
（二）粘性流动 粘性是液体内部存在的阻碍液体
流动的摩擦力。 液体的粘性不同，流动速度不同。
7
三、牛顿流动
理想液体服从牛顿粘度法则。
8
第二节 粉体学概述
粉体学：是研究具有各种形状的粒 子集合体性质的科学。
药物、辅料粉末或颗粒的混合、流 动性，
颗粒剂，胶囊，片剂、混悬剂、 、
4
处方设计、 质量评价、 制备工艺、、
二、弹性变形和粘性流动
（一）弹性变形
给固体施加外力是，固体就变形， 外力解除时，固体就恢复到原有 形状，是一种可逆的形状变化。
弹性率大：有脆性， 易破碎，
小：有韧性，不易 。
5
二、弹性变形和粘性流动
（二）粘性流动 液体受应力作用产生变形（流
动），应力解除后，不能恢复原 有状态，是一种不可逆的过程。
二、粉体粒子大小
（一）粒子大小 1、几何学径 （1）长径，（2）短径 （3）定向径（4）等价径 （5）外接圆等价径
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。
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• 当体系分散体（内相）的体积增加时，因外相黏 度不变，总的体系黏度增加。同样增加外相一黏 度也可增加体系的黏度。
4）φ是堆积因子，当分散体大小相同时的球体，其值 为0.639。在剪切力的作用下，可以变形，φ值增加 ，Ke值减少，式中第二项减少，黏度下降。
涂料中的颜料外面吸附一层树脂，剪切力作用下可
以变形，使黏度下降。外力撤去，恢复原状，黏度
恢复。
CHENLI
14
式中的黏度只和分散粒子的大小、形状与含量有关，而与 相对分子质量的大小与分布无关。
• 涂料大都为非牛顿流体。
CHENLI
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1、黏度与牛顿型流体
• 涂料的流变性能与涂料在不同条件下的粘度有关 。
• 粘度是涂料流变学的一个重要指标，与剪切速率 和剪切应力密切相关。
• 设面积为A、距离为dχ的两层液体，在剪切力F的
作用以下一定的速度差dν作平行流动，单位面积
所受的力（F/A）称为剪切力（τ），速度梯度（
dν/dχ）称为剪切速率（D），剪切力与剪切速率
的比值（τ/D）称为粘度（η），是液体抵制流动的
量度。
CHENLI
6
牛顿流体的流动示意图
D
牛顿型液体：能够在一定温度下保持一定的黏度， 并且在剪切速率变化时，黏度保持恒定。
水、溶剂、矿物油和某些低相对分子质量树脂溶液 都是牛顿型液体。 涂料产品很少是牛顿型液体。
• 涂料体系的触变性在施工时的高剪切速率下有较低粘 度，有助于流动并易于施工；在施工后的低剪切速率 下，有较高粘度，可防止颜料沉降和湿膜流挂。非牛 顿流体剪切应力随剪切速率变化情况如下：
CHENLI
10
• 触变性起因是在静止时体系内有某种很弱的网状 结构形成，在剪切力作用下被破坏，一旦力被撤 去，网状结构恢复。
• 表观黏度：在某一剪切条件下测得的黏度称表观黏 度。
CHENLI
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• 触变性流体：当假塑性流体的流动行为与其历史有关 ，即对时间有依赖时，称触变性流体。即触变型流体 的粘度与剪切历程有关，经受剪切的时间越长，其粘 度越低，直到某一下限值。一旦释去剪切力，粘度又 回升，由于原始结构已遭破坏，必须经过一定的时间 ，才能恢复到原始值。
ln
ln0
KeVi 1 Vi
• Ke爱因斯坦因子，分散体系为球形时，其值为2.5
• Vi为分散体（内相）在体系中所占的体积分数
• φ是堆积因子，当分散体大小相同时的球体，其 值为0.639
• 此公式只有在分散体是刚性的粒子，并无相互作 用的情况下适用。
• 应用此公式定性地解释涂料的现象。
CHENLI
而变化
时间依存型流体 一定剪切速率下 流体随时间而变
化的流动特性
假塑型
粘度随着剪切速 率的增加而减小
触变性流体 当假塑性流体对 时间有依赖时，称
胀流型
粘度随着剪切的 速率的增加而增
大，
宾汉流体
需在一定剪切C力 HENLI
12
之上才能发生流
5.1.2 分散体系的黏度
黏度可用Mooney公式表示(穆尼黏度公式)
研究涂料的流变性对涂料选择、配方设计、生产、
施工，提高涂膜性能具有指导意义。
CHENLI
3
5.1 涂料中的流变学问题
5.1.1 流体的类型
• 流体按大类可以分为牛顿型和非牛顿型流体。 • 牛顿流体：粘度不随剪切速率变化，在一定温度
下保持一定的黏度，是一种理想的液体。 • 如溶剂、水、矿物油和某些低相对分子质量的树
脂溶液。 • 非牛顿流体：粘度随剪切速率变化的流体。
• 涂料的流动一般是非牛顿的。
CHENLI
4
非牛顿流体
• 非牛顿流体又可分成假塑性流体，胀流性流体和 触变性流体。
• 假塑性流体的粘度随着剪切速率的增加而减小（ 即切力变稀的流体），
• 胀流性流体的粘度随着剪切的速率的增加而增大 ，
• 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 。对于触变性流体，当从低剪切速率逐步增加于 高剪切速率测得各点的黏度，然后由高剪切速率 逐渐减少至低剪切速率，测得各点的黏度是不重 合的。
CHENLI
7
• 牛顿流体的流动和粘度特性曲线如图所示。
CHENLI
8
2、非牛顿型液体
• 假塑性流体：液体黏度随着剪切速率的增加而减少 。（涂料）
• 膨胀性流体：液体黏度随着剪切速率增加而增加。
• 屈服值：剪切应力必须超过某一最低点A，液体才 开始流动，A点称为屈服值或塑变点。剪切应力低 于屈服值时，液体如同弹性固体，仅变形而不流动 ，通常称为宾汉流体。剪切应力一旦超过屈服值， 液体开始流动，可以是假塑型，也可以是膨胀型的 。
表面化学
表 面 张 力
润 湿 作 用 与 接 触 角
荷
叶
粗
效
糙
应
表
与
面
双
润
疏
C湿HENLI 表
TiO 2的 光 致 超 双 亲 性
润 湿 动 力 学
面
表 面 毛活 细性 管剂 力及 应2 用
概述 涂料中的流变学与表面化学
涂料：粘稠液体，可用不同的施工工艺涂覆在物 体表面，干燥后形成粘附牢固、具有一定的强度 、连续的固态漆膜。 流变学：研究流体流动和变形的科学。涂料在涂 装的过程中，一定要经过流体这个阶段，涂料的 流变性能对涂料的生产、贮存、施工和成膜有很 大的影响。
第五章 涂料中的流变学与表面化学
5.1 涂料中的流变学问题
5.2 表面化学
5.3 流平与流挂
5.4 涂料施工中的表面张力问题
5.5 表面活的流变学与表面化学
• 涂料 • 流体 • 流动
流变学
流体的类型 分散体的η
流平流挂缩孔 橘子皮贝纳尔 漩涡流发花和 浮色现象
• 触变性在涂料中起到很好的作用，如在高剪切速 率时（刷涂时），黏度低，可方便地涂刷并使涂 料有很好的流动性，低剪切速率时，（静止或刷 涂后），具有较高的黏度，防止流挂和颜料的沉 淀。
CHENLI
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流体 分类
牛顿型流体 粘度不随剪切速 率变化的流体
非流动型流体
剪切速率依存型 流体：流体的流动行
为随剪切速率的变化
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1）Ke爱因斯坦因子，分散体系为球形，其值为2.5。
2）η和聚合物本身性质及溶剂性质有关。确定的高聚 物和使用溶剂，η0不变。
3）Vi为分散体（内相）在体系中所占体积分数。乳胶 粒子外层吸附一层乳化剂和水，颜料外层吸附一层树 脂，增加了内相的体积，粒子越细，吸附量越多，Vi 大大增加。所以体积相同时，粒子越细，黏度越大
4）φ是堆积因子，当分散体大小相同时的球体，其值 为0.639。在剪切力的作用下，可以变形，φ值增加 ，Ke值减少，式中第二项减少，黏度下降。
涂料中的颜料外面吸附一层树脂，剪切力作用下可
以变形，使黏度下降。外力撤去，恢复原状，黏度
恢复。
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式中的黏度只和分散粒子的大小、形状与含量有关，而与 相对分子质量的大小与分布无关。
• 涂料大都为非牛顿流体。
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1、黏度与牛顿型流体
• 涂料的流变性能与涂料在不同条件下的粘度有关 。
• 粘度是涂料流变学的一个重要指标，与剪切速率 和剪切应力密切相关。
• 设面积为A、距离为dχ的两层液体，在剪切力F的
作用以下一定的速度差dν作平行流动，单位面积
所受的力（F/A）称为剪切力（τ），速度梯度（
dν/dχ）称为剪切速率（D），剪切力与剪切速率
的比值（τ/D）称为粘度（η），是液体抵制流动的
量度。
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牛顿流体的流动示意图
D
牛顿型液体：能够在一定温度下保持一定的黏度， 并且在剪切速率变化时，黏度保持恒定。
水、溶剂、矿物油和某些低相对分子质量树脂溶液 都是牛顿型液体。 涂料产品很少是牛顿型液体。
• 涂料体系的触变性在施工时的高剪切速率下有较低粘 度，有助于流动并易于施工；在施工后的低剪切速率 下，有较高粘度，可防止颜料沉降和湿膜流挂。非牛 顿流体剪切应力随剪切速率变化情况如下：
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10
• 触变性起因是在静止时体系内有某种很弱的网状 结构形成，在剪切力作用下被破坏，一旦力被撤 去，网状结构恢复。
• 表观黏度：在某一剪切条件下测得的黏度称表观黏 度。
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• 触变性流体：当假塑性流体的流动行为与其历史有关 ，即对时间有依赖时，称触变性流体。即触变型流体 的粘度与剪切历程有关，经受剪切的时间越长，其粘 度越低，直到某一下限值。一旦释去剪切力，粘度又 回升，由于原始结构已遭破坏，必须经过一定的时间 ，才能恢复到原始值。
ln
ln0
KeVi 1 Vi
• Ke爱因斯坦因子，分散体系为球形时，其值为2.5
• Vi为分散体（内相）在体系中所占的体积分数
• φ是堆积因子，当分散体大小相同时的球体，其 值为0.639
• 此公式只有在分散体是刚性的粒子，并无相互作 用的情况下适用。
• 应用此公式定性地解释涂料的现象。
CHENLI
而变化
时间依存型流体 一定剪切速率下 流体随时间而变
化的流动特性
假塑型
粘度随着剪切速 率的增加而减小
触变性流体 当假塑性流体对 时间有依赖时，称
胀流型
粘度随着剪切的 速率的增加而增
大，
宾汉流体
需在一定剪切C力 HENLI
12
之上才能发生流
5.1.2 分散体系的黏度
黏度可用Mooney公式表示(穆尼黏度公式)
研究涂料的流变性对涂料选择、配方设计、生产、
施工，提高涂膜性能具有指导意义。
CHENLI
3
5.1 涂料中的流变学问题
5.1.1 流体的类型
• 流体按大类可以分为牛顿型和非牛顿型流体。 • 牛顿流体：粘度不随剪切速率变化，在一定温度
下保持一定的黏度，是一种理想的液体。 • 如溶剂、水、矿物油和某些低相对分子质量的树
脂溶液。 • 非牛顿流体：粘度随剪切速率变化的流体。
• 涂料的流动一般是非牛顿的。
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非牛顿流体
• 非牛顿流体又可分成假塑性流体，胀流性流体和 触变性流体。
• 假塑性流体的粘度随着剪切速率的增加而减小（ 即切力变稀的流体），
• 胀流性流体的粘度随着剪切的速率的增加而增大 ，
• 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 。对于触变性流体，当从低剪切速率逐步增加于 高剪切速率测得各点的黏度，然后由高剪切速率 逐渐减少至低剪切速率，测得各点的黏度是不重 合的。
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• 牛顿流体的流动和粘度特性曲线如图所示。
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2、非牛顿型液体
• 假塑性流体：液体黏度随着剪切速率的增加而减少 。（涂料）
• 膨胀性流体：液体黏度随着剪切速率增加而增加。
• 屈服值：剪切应力必须超过某一最低点A，液体才 开始流动，A点称为屈服值或塑变点。剪切应力低 于屈服值时，液体如同弹性固体，仅变形而不流动 ，通常称为宾汉流体。剪切应力一旦超过屈服值， 液体开始流动，可以是假塑型，也可以是膨胀型的 。
表面化学
表 面 张 力
润 湿 作 用 与 接 触 角
荷
叶
粗
效
糙
应
表
与
面
双
润
疏
C湿HENLI 表
TiO 2的 光 致 超 双 亲 性
润 湿 动 力 学
面
表 面 毛活 细性 管剂 力及 应2 用
概述 涂料中的流变学与表面化学
涂料：粘稠液体，可用不同的施工工艺涂覆在物 体表面，干燥后形成粘附牢固、具有一定的强度 、连续的固态漆膜。 流变学：研究流体流动和变形的科学。涂料在涂 装的过程中，一定要经过流体这个阶段，涂料的 流变性能对涂料的生产、贮存、施工和成膜有很 大的影响。
第五章 涂料中的流变学与表面化学
5.1 涂料中的流变学问题
5.2 表面化学
5.3 流平与流挂
5.4 涂料施工中的表面张力问题
5.5 表面活的流变学与表面化学
• 涂料 • 流体 • 流动
流变学
流体的类型 分散体的η
流平流挂缩孔 橘子皮贝纳尔 漩涡流发花和 浮色现象
• 触变性在涂料中起到很好的作用，如在高剪切速 率时（刷涂时），黏度低，可方便地涂刷并使涂 料有很好的流动性，低剪切速率时，（静止或刷 涂后），具有较高的黏度，防止流挂和颜料的沉 淀。
CHENLI
11
流体 分类
牛顿型流体 粘度不随剪切速 率变化的流体
非流动型流体
剪切速率依存型 流体：流体的流动行
为随剪切速率的变化
13
1）Ke爱因斯坦因子，分散体系为球形，其值为2.5。
2）η和聚合物本身性质及溶剂性质有关。确定的高聚 物和使用溶剂，η0不变。
3）Vi为分散体（内相）在体系中所占体积分数。乳胶 粒子外层吸附一层乳化剂和水，颜料外层吸附一层树 脂，增加了内相的体积，粒子越细，吸附量越多，Vi 大大增加。所以体积相同时，粒子越细，黏度越大