第三章 涂料中的流变学
涂料流变学性能简述(中国制浆造纸研究院)
11.典型流变仪的剪切速率范围
12.宽剪切速率范围流变图
（1）完全剪切稀化型
12.宽剪切速率范围流变图
（2）高剪切膨胀型
12.宽剪切速率范围流变图
（3）超高剪切膨胀型
13.实际生产中剪切速率的估算
14.改善流变性能的重要性
坏的流变性能可能带来： 刮刀涂料析出、条痕、不均匀的涂布 量分布、刮刀痕和高的刮刀负荷 好的流变性能可能带来： 更高的涂布车速、可获得降低涂布量 的可能性和降低刮刀负荷
19.流变性能和运转性的相关性
（2）高剪切粘度对刮痕数量的影响
19.流变性能和运转性的相关性
（2）超高剪切粘度对刮痕数量的影响
19.流变性能和运转性的相关性
（2）A “有效粘度”对刮痕数量的影 响
19.流变性能和运转性的相关性
（2）B 用狭缝粘度计测定“有效粘度”
19.流变性能和运转性的相关性
7.图解流变性能的基本要求
8.典型涂布工艺的剪切速率范围
9.剪切速率范围分类
低~中等剪切速率（0.1~1000 S-1）—典型工 艺为泵送和涂料制备，其特点是剪切作用 时间长，从几秒到几十分钟 高剪切速率（1000~100 000 S-1）—典型工 艺为过筛、上料和刮棒、气刀涂布，其特 点是剪切作用时间短，可达几毫秒 超高剪切速率（100 000~2 000 000 S-1）— 典型工艺为纸上涂料经刮刀计量的瞬间， 其特点是剪切作用时间极短，可达几微秒
1030
2580
44
46
16.涂料组分的流变性能
（1）颜料—粒子形状的影响
16.涂料组分的流变性能
（1）颜料—平均粒径的影响
16.涂料组分的流变性能
流变学原理和增稠剂选择(罗门哈斯)
10-2
10-1
100
101
102
103
104 105
0.1
1
剪切速率 (s-1 )
10
100
1,000 10,000 罗门哈斯公司版权所有
涂料和流变学的关系
涂料制备：分散
漆膜的光学性能（遮盖、光泽）主要取决于颜填料分散的质量 高研磨粘度 低研磨粘度
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涂料和流变学的关系
涂料贮存：沉降
d) CH2CH2OH
e) CH2CH2CH(OH)CH3 f) CH2CH(OH)CH3
增稠剂的分子结构
非离子型聚氨酯增稠剂(HEUR)
(Hydrophobically modified Ethylene oxide URethane)
线型类
亲水主链 聚氨酯链接 疏水基团
支链类
分子量: 5万 – 10万
乳液粒径大小
乳液的种类 与表面活性剂的相互作用
与有机溶剂的相互作用
颜料体积浓度(PVC)的影响
体积固体含量(VS)的影响
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增稠效率影响因素
乳液粒径大小影响
增稠剂在乳液上的吸附
HEUR
50 nm 90 nm 140 nm
340 nm
600 nm
聚氨酯增稠剂浓度
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pH ~ 3-4
乳液形态供货
pH ~ 7-10
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增稠剂机理
HASE类缔合型增稠剂增稠机理
(如:TT-935, DR系列)
-乳液 -乳液 -乳液 - -
--
-
-
增稠水相及乳液相
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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。
流变学原理和增稠剂选择的技巧
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流变学：
描述物体在外力作用下产生流动 和形变规律的学科
基本概念
剪切应力：物体单位面积切线方向的力 剪切速率 粘度：流体阻碍流动的程度
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剪切应力
剪切力
面积
剪切应力
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剪切速率
V
剪切速率
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乳液粒径大小
乳液的种类 与表面活性剂的相互作用
与有机溶剂的相互作用
颜料体积浓度(PVC)的影响
体积固体量(VS)的影响
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增稠效率影响因素
乳液粒径大小影响
增稠剂在乳液上的吸附
HEUR
50 nm 90 nm 140 nm
340 nm
600 nm
聚氨酯增稠剂浓度
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d) CH2CH2OH
e) CH2CH2CH(OH)CH3 f) CH2CH(OH)CH3
增稠剂的分子结构
非离子型聚氨酯增稠剂(HEUR)
(Hydrophobically modified Ethylene oxide URethane)
线型类
亲水主链 聚氨酯链接 疏水基团
支链类
分子量: 5万 – 10万
1400 1200
乙二醇
丙二醇
1000 800 600 400 200 0
甲基卡必醇
异丙醇 异丙醇
丁基卡必醇
0 5 10 15 20 25 30
溶剂用量Wt %
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6. 增稠剂选择指南
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不同增稠剂性能比较
性质
涂料中的流变学基本原理增稠剂的类型和选择
涂料和流变学的关系
涂料 A
涂料施工：流平流挂
涂料 B
涂料C
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涂料和流变学的关系
涂料施工：流平流挂
影响流平流挂影响因素 漆膜厚度 干燥速度 粘度（低剪切条件下）
最大的流平性和最小的流挂的目标相互矛盾 低剪切速率下的粘度降低有助于流平性，但同时增加了流挂 而增加漆膜厚度会加速流平，同时也增加了流挂
生物稳定性
纤维素
差 差 低 低 不敏感 不敏感 很好 低 不敏感
差
HASE TT-935, DR
很好 尚好-优 尚好-优 尚好-优 中度-敏感 中度敏感 取决于配方 不好-好
3.增稠剂的增稠机理
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增稠剂机理
羟乙基纤维素HEC增稠机理
H O
H
H O
H
H O
H
H O
H
H O
H
H O
H
◇ 增稠水相 (氢键) ◇ 粘度取决于分子量和极性基团的水合能力
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增稠剂机理
聚氨酯缔合型HEUR增稠剂增稠机理
(如:RM-2020NPR)
非离子表面活性剂
导致体积限制絮凝
水⇒
⇒
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纤维素醚类增稠剂的增稠效果
增稠前
增稠后
乳液增稠前后的电子显微照片罗门哈斯公司版权所有
增稠效果
缔合型增稠剂增稠效果
胶束结构
乳胶颗粒
水相中结构
与乳胶颗粒作用
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缔合型增稠剂的增稠效果
增稠前
增稠后
乳液增稠前后的电子显微照片
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涂料习题及部分答案1 - 副本
涂料化学习题及参考答案一、选择题（在下列各小题的备选答案中，请把你认为正确答案的题号填入题干的括号内。
每题1分，共20分）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，
流变学第三章PART
说明：
1、零剪切粘度往往不易从实验求得，许多研究者因此采用 表观粘度来替代。此时必须注意所取的不同温度下的值应 该是同一剪切速率或同一剪切应力下的表观粘度值，否则
计算不成立。严格地讲，这时求得的 Eη（有时称表观活化
能）不符合原先人们理解的粘流活化能的意义，但是相对 来看，只要各种参数相同，具有比较性，结果也能反映出 不同材料粘度的温度依赖性。
• 定性的理解—温度上升，分子无规则热运动加剧，分子间 距增大，较多的能量使材料内部形成更多的“空穴”（自 由体积），因而使链段更易于活动。
• 定量的理解：在温度远高于玻璃化温度Tg和熔点Tm
时（T＞T+100℃），高分子熔体粘度与温度的依赖
关系可用Andrade方程（Arrhenius方程）很好地描
a AeE / RT
E大 粘度对温度敏感
温敏材料
柔性链
E小
粘度对温度不敏感 对剪切速率敏感
切敏材料
a
PS PC
PE
POM
a PE
PS
醋酸纤维 PC
醋酸纤维
T
γ.
时温等效原理在流动曲线上的应用
同种高分子材料等温粘度曲线的两大特点：
• （1）温度升高，物料粘度下降； 温度对粘度的影响在低剪切速率 范围特别明显，尤其对零剪切粘 度的影响很大；
述：
0 (T ) KeE / RT
式中： η0（T）为温度T时的零剪切粘度；K为材料常数，K=η0 （T→∞）；R为摩尔气体常数，R=8.314J.mol-1.K-1;Eη 称粘流活化能，单位为J.mol-1。
由上式可知，温度升高，材料粘度下降。
粘流活化能
描述材料粘-温依 赖性的物理量。
定义：流动过程中，流动单元（对高分子材料而言即链段） 用于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量 （单位：J.mol-1或kcal.mol-1）。
3涂料中的流变学与表面化学2
2019/9/21
11
3.铺展
将涂料涂于基材时，不仅要求涂料附于其上， 而且要求其流动，其过程实质是以固/液界面为代替 固/气界面的同时液体表面也同时扩展。
（1）铺展的含义
铺展是指一滴 液体能在另一种不 相溶的液体表面或 固体表面上自动形 成一层薄膜的现象。
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12
（2）铺展过程中的自由能变化 当铺展面积为单位面积时，自由能变化为：
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R-OPO3Na2 磷酸酯盐
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2.阳离子表面活性剂 极性基团为阳离子。 阳离子表面活性剂主要有脂肪胺与羧酸形成的
铵盐、四级铵盐等。
阳离子表面活性剂与表面具有负电荷的金属氧 化物、玻璃和纸等有很强的作用力。
阳离子表面活性剂与颜料作用时，其极性基与
颜料表面作用，非极性基朝向介质，使颜料表面成
为亲油的，因而易于使颜料润湿。
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阳离子表面活性剂
R-NH2·HCl 伯胺盐
CH3 | R-N-HCl
仲胺盐
|
H
CH3 | R-N-HCl
叔胺盐
|
CH3 CH3 |
R-N+-CH3Cl- 季胺盐
|
CH3
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注意：阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用， 否则可能会发生沉淀而失去活性作用。
阴离子部分—磷酸型；阳离子部分—季胺盐类
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合成活性剂：阴离子部分主要是羧酸盐，其阳离子 部分分为： 氨基酸型——胺盐（RN＋H2CH2CH2COO－） 甜菜碱型——季胺盐（RN＋(CH3)2CH2COO－）
R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型
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。
涂料的流变学特性及其应用
涂料的流变学特性及其应用在我们的日常生活和工业生产中，涂料是一种广泛使用的材料，从家居装修中的墙面漆到汽车制造中的金属漆，从船舶防腐的重防腐涂料到电子产品的功能性涂料，其应用无处不在。
而要深入理解涂料的性能和应用，就不得不提到涂料的流变学特性。
流变学，简单来说，就是研究物质流动和变形的科学。
对于涂料而言，其流变学特性对于涂料的生产、储存、施工和最终的性能都有着至关重要的影响。
涂料在静止状态下，往往呈现出一定的黏度和屈服应力。
黏度是描述涂料内部阻力的一个重要参数，它决定了涂料在储存和运输过程中的稳定性。
如果涂料的黏度太低，颜料和填料可能会沉淀，导致涂料分层；如果黏度太高，则可能会给搅拌和泵送带来困难。
屈服应力则表示涂料开始流动所需的最小应力。
当外力小于屈服应力时，涂料表现为固体；当外力超过屈服应力时，涂料才会流动。
这一特性对于涂料在垂直表面上的停留能力非常重要，例如在刷涂或喷涂时，涂料需要在表面上保持一定的厚度而不流挂。
在涂料施工过程中，流变学特性的影响更为显著。
以刷涂为例，当刷子在涂料表面移动时，涂料需要能够迅速流动以填充刷毛留下的空隙，同时又要有足够的黏度来防止过度流淌。
对于滚涂，涂料需要在滚子的压力下均匀地分布在表面上，并且在滚子离开后能够保持一定的厚度。
而在喷涂时，涂料需要在喷枪的压力下雾化成细小的液滴，并在到达被涂物表面后迅速流平形成均匀的涂层。
不同类型的涂料具有不同的流变学特性。
例如，水性涂料通常具有较低的黏度和屈服应力，因为水的存在使得涂料分子之间的相互作用较弱。
溶剂型涂料则由于溶剂的挥发和分子间的交联反应，其黏度和屈服应力可能会在施工过程中发生较大的变化。
高固体分涂料由于固体含量较高，其流变学特性更为复杂，需要通过特殊的流变助剂来调整。
为了获得理想的流变学特性，涂料配方师通常会添加各种流变助剂。
常见的流变助剂包括纤维素醚、膨润土、气相二氧化硅等。
纤维素醚可以增加涂料的黏度和保水性；膨润土通过在涂料中形成三维网络结构来提高屈服应力；气相二氧化硅则能够在涂料中形成触变结构，使得涂料在静止时具有较高的黏度，而在受到剪切力时黏度迅速降低。
第三章 涂料中的流变学
Logo
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：
Vi=Vp+VA+VT （3）
式中VT为截留在絮凝粒子内的外相液体体积。 Vi增加，体系粘度上升；用搅拌破坏絮凝粒子 使其重新分散时，粘度可下降。
Company LogoΒιβλιοθήκη Logo5、压流度法
应用范围：适用于厚漆、腻子及厚浆涂料等 测量原理：定量体积的试样，在固定压力下，经一段 时间后，以试样流展扩散的直径大小来表示稠度。 使用仪器：唧筒、玻璃板、砝码 操作简介：用唧筒塞压出装满唧筒内的试样在玻璃板 中央，在试样上放置另一块玻璃板，再压上砝码，开 动秒表，经1min后，观察试样流展扩散的直径。
使用仪器：①同轴圆筒旋转粘度计；②布氏旋转粘度计； ③锥板旋转粘度计等。
Company Logo
Logo 操作简介： ①试样被置于两个同心圆筒之间，在环形空隙中流动， 指针指示的读数乘以转子系数，即得出粘度。 ②选择好转子及速度，将转子浸入试样内开机运转， 从刻度盘上读取偏转角，乘以转子系数以求取粘度。 ③将试样滴于平板上，下降圆锥，使样品在固定平板 和稍带锥度的旋转圆盘之间被剪切，从指示器可读 出粘度值。 结果表示：Pa.s
Company Logo
Logo
3、促进分散体系稳定化的措施 实现理想分散的两个手段：配方和设备。 配方手段就是靠正确选择原料（包括颜料、 漆料及助剂，主要考虑其性价比），正确确 定用量。 选择合适的研磨设备减小颜料粒度，加大漆 料粘度是能够延缓沉降的因素。但粒度减小 和粘度增大都是有限度的。因此，使用助剂 是促进分散体系稳定性的重要手段。
Logo
涂料流变学
因此：
式中，K、n都是经验常数；K表示粘度，K越大，流体 越粘稠。n为非牛顿指数，n偏离1越多，则非牛顿行为 越显著。对于假塑性流体，0＜n＜1；对于胀塑性流体， n＞1。
2.粘度与浓度的关系
在广泛浓度范围内，可以用下式来计算高分子溶液粘度：
式中， ηr为相对粘度，即溶液粘度与纯溶剂粘度之比； ωr指树脂的质量分数。
4.设定剪切速率的测定法
高粘度色漆是非牛顿流体，在不同剪切应力作用下产生不同的剪切速 率，它们的粘度不是一个定值，旋转粘度计是使涂料旋转流动，测量 使其达到固定旋转速率时需要的应力，再换算成涂料粘度。
最初旋转粘度计的构造为2个同心圆筒，内筒可转动，用电机带动， 调节转速使内筒在给定的较低转速（6~120r/min）下转动，测定内筒 转动对外筒造成的力矩，换算成动力粘度。现代旋转粘度计有很多形 式，都能自动显示数值和进行调节，不同旋转粘度计分别适用于不同 涂料产品。
3.温度与粘度的关系
由于温度是分子无规则热运动激烈程度的反映，而 分子间的相互作用，如内摩擦、扩散、分子链取向、缠 结等，直接影响着粘度的大小，多数高分子的粘度随温 度升高而降低。 WLF关系式表示树脂溶液粘度与温度的关系：
参比温度是实验数据中获得的最低温度。以Tg为参比温 。 度，其粘度假设为1012Pa S，得到lnr=27.6。常数B随 组成有较大的变动，一般B=51.6℃
3.涂料的组成
涂料有四个组成部分：主要成膜物质、颜料、溶剂和助剂。
粘结剂是涂料的主要成膜物质。涂料可分为无机涂料和有机涂料。而 有机涂料的主要成膜物质包括植物油和树脂。植物油一般指天然生物 的油酯，而树脂又分为天然树脂、人造树脂和合成树脂。现代涂料工 业是随高分子科学的发展而形成的。漆料采用高分子树脂后，涂料的 品种大幅度增加，而且赋予涂料各种优异的性能。
涂料工艺与实验习题(1)
涂料化学习题一、选择题（在下列各小题的备选答案中，请把你认为正确答案的题号填入题干的括号内。
每题1分，共20分）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（）三个基本工序，包括（），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、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（）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，（）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（）、实干（）、玻璃态（）。
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（）。
A、0.001 Pa.sB、103 Pa.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（）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、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（）等）才能形成干膜。
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②范德华力 是分子和粒子之间作用力。粒 子越细，其表面积越大，范德华力越显著， 就越易絮凝。 ③静电斥力 颜料粒子表面往往带电荷，当 其分散于漆料中，粒子周围也形成同量的反 电荷，构成双电层现象，见图4-12。
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2、加氏气泡粘度计 见图6-12
测量原理：利用空气气泡在液体中的流动速度来测定 涂料产品的粘度。
操作简介：计时法，将透明待测试样注入管内充满至 刻度，塞上塞子，把一定量的空气封留在顶部。把试 管迅速垂直翻转180°，试样自重下流，封留的气泡 向上升触及管底。测出气泡在规定距离内的上升时间 （s）就表示管中液体的相对粘度。 结果表示：以时间秒（s）表示。
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3、分散体系的粘度
乳胶是一个分散体系，加有颜料的溶剂型涂料也是 一个分散体系。乳胶体系的粘度与分子量无关，其 粘度可用Mooneg公式计算：
K EVi ln ln o Vi 1
式中：η0—连续相（水相或漆液）的粘度； KE—颗粒的形状常数（球形最大其值=2.5）； Vi—分散相在体系中所占的体积分数； Ф—堆砌系数。
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3、促进分散体系稳定化的措施 实现理想分散的两个手段：配方和设备。 配方手段就是靠正确选择原料（包括颜料、 漆料及助剂，主要考虑其性价比），正确确 定用量。 选择合适的研磨设备减小颜料粒度，加大漆 料粘度是能够延缓沉降的因素。但粒度减小 和粘度增大都是有限度的。因此，使用助剂 是促进分散体系稳定性的重要手段。
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4、特定剪切速率法
高粘度的色漆具有非牛顿型流动性质，在不同的剪切应 力作用下产生不同的剪切速率，因而它们的粘度不是一 个定值，用以上三种方法都不能测出比较实际的粘度值。 需要在特定的剪切应力和设定的剪切速率下测定。
测量原理：用圆筒、圆盘或浆叶在涂料试样中旋转，使 其产生回转流动，测定使其达到固定剪切速率时需要的 应力，再换算成粘度。
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4、流平与流挂
流平性是指涂料施工后，其涂膜由不规则， 不平整的表面，流展成平整光滑表面的能力。 漆膜由不平流向平滑的推动力不是重力，而 是表面张力。
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Logo 颜料外层吸附一层树脂，为变形提供可能性，且增加 了内相体积。粒子越细，所吸附的量就越多。如果将 一个大的粒子用外力（如搅拌）分成数个小的粒子， Vi便大大增加，见图5.5。 Vi体积包括两部分：Vi=Vp+VA （2） Vp为粒子本身体积，VA为吸附层对Vi的贡献。 在被分散体体积相同时，粒子越细，粘度越大。当乳 胶或涂料发生絮凝时，粘度可大大上升，其原因也是 因内相Vi增加的结果。见图5.6。
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乳胶粒子是可变形的，假定它是球形，在搅 拌时，因受剪切力作用，可变为橄榄球形， 此时Ф↑，KE↓，式中第二项的值↓，使粘度下 降。
当外力撤去时，又可恢复原状，见图5.4，体 系粘度恢复。 这就是分散体系的触变性。
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液体的表面张力一般都在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，可大大降低水的表面张力。
润湿作用指表面上一种流体被另一种流体 所代替，即固体表面吸附的气力作用所致。即在 湿膜未干燥以前，部分湿膜向下流动，形成上部变 薄，下部变厚的现象称为流挂，见图5.12。流挂的 速度公式可表示如下： gx 2
V
2
式中ρ为涂料密度，x为涂层厚度，η为涂料粘度。
涂层薄，粘度大，流挂速度小。 控制流挂主要是控制粘度。 涂料对流变性的要求如表5.2所示。
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2、色漆中颜料粒子受力情况 ①重力 单一球形粒子在牛顿型液体中的沉降服 2 从斯托克斯定律，即： ( ) d
v
P
18
.
s
0
L
式中：v——粒子沉降速度； dp——粒子粒径； ρs——颜料的密度； ρL——漆料的密度； η0——漆料的粘度。
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触变性在涂料中起很好的作用。
可设法使涂料具有触变性，如在涂料中加一 些助剂等。 触变性可使涂层性能得到改善，在高剪切率 时（涂布时），粘度低，有利于涂布并使涂 料有很好的流动性以利于流平； 在低剪切速率下静置或涂布后，具有较高的 粘度，可防止流挂和颜料的沉降。
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5、压流度法
应用范围：适用于厚漆、腻子及厚浆涂料等 测量原理：定量体积的试样，在固定压力下，经一段 时间后，以试样流展扩散的直径大小来表示稠度。 使用仪器：唧筒、玻璃板、砝码 操作简介：用唧筒塞压出装满唧筒内的试样在玻璃板 中央，在试样上放置另一块玻璃板，再压上砝码，开 动秒表，经1min后，观察试样流展扩散的直径。
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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：
Vi=Vp+VA+VT （3）
式中VT为截留在絮凝粒子内的外相液体体积。 Vi增加，体系粘度上升；用搅拌破坏絮凝粒子 使其重新分散时，粘度可下降。
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第三章 涂料中的流变学与表面化学
§3-1 涂料中的流变学问题
在涂料的生产、涂布及成膜过程中出现的问题很多 都是流变学的基本问题。 一、流体的类型
幂律公式τ=K Dn是描述流体剪切应力与剪切速率的 关系式。
式中K为常数，n是表征流体偏离牛顿流动的程度指数。
牛顿流体 n=1，K为常数；
假塑性流体 n<1。D ↑，n ↓ , ηɑ ↓, 剪切变稀；
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该式表明，颜料粒子在漆料中的沉降速度v 与其粒径dp 的平方以及颜料和漆料的密度差 成正比，与漆料的粘度成反比。 由于各种漆料的密度相差不大，因此，颜料 粒度越细，密度越小，漆料粘度越大，则沉 降速度越低，系统越稳定。
应用范围：主要用于漆料，树脂溶液和清漆等透明液 体的粘度测定。
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3、落球粘度计 见图6-13 测量原理：在重力作用下，利用固体球在液体 中垂直下降速度的快慢来测定液体的粘度。 操作简介：测定钢球通过落球粘度计上、下两 刻度之间的距离所需的时间。 结果表示：以时间秒（s）表示。 应用范围：主要用于不适宜流出法测定的粘稠 涂料，如厚油、厚漆、硝基漆等透明液体的粘 度测定，多用于生产控制。
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由于双电层的存在，使粒子相互排斥，当 分散体系中引入弱电解质时，更增加了静 电斥力。
静电斥力的作用范围比范德华力的大，它 是防止颜料粒子因絮凝，聚集而引起沉降、 沉底的有效因素。
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色漆中处于分散状态的颜料粒子就其尺寸来 说，可分为两类： 一类粒度大约在1μm以下，属胶体范畴，颜 料粒子作布郎运动，不受重力影响； 一类则是远比1μm为大，受重力影响的粒子。 当粒度较大时，重力沉降将成为主要倾向。
使用仪器：①同轴圆筒旋转粘度计；②布氏旋转粘度计； ③锥板旋转粘度计等。
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Logo 操作简介： ①试样被置于两个同心圆筒之间，在环形空隙中流动， 指针指示的读数乘以转子系数，即得出粘度。 ②选择好转子及速度，将转子浸入试样内开机运转， 从刻度盘上读取偏转角，乘以转子系数以求取粘度。 ③将试样滴于平板上，下降圆锥，使样品在固定平板 和稍带锥度的旋转圆盘之间被剪切，从指示器可读 出粘度值。 结果表示：Pa.s
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二、流变性与涂料质量
1、色漆的稳定性
色漆从生产到使用，必定要经过一个漫长的贮存销 售周转过程，在这个过程中，分散体系仍保持原来 的分散状态是至关重要的，是问题的关键。
由颜料、漆料组成的色漆是一个非均相液一固体系。 在这个体系中，得到分散的颜料粒子倾向于重新聚 集，聚集到某种程度的颜料粒子受到重力作用倾向 于沉降。因此，可以说，具有不稳定性是这个体系 的本质。
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三、粘度的测定
1、流出法 见图6-11 我国通用涂-1粘度杯（流出口径Ф5～6）和涂4粘度杯 （流出口径φ4mm）。 测量原理：利用试样本身重力流动，测出其流出时间换 算成粘度。 操作简介：用塞棒或手指堵住粘度杯下部流出口，将被 测的液体涂料盛满粘度杯，保持水平。在手指松开的同 时按秒表，测出从流出开始到流柱中断所需时间。 结果表示：秒。最佳测定量程，涂-1杯20s以上。 应用范围：适用于具有牛顿型或近似牛顿型的液体涂料， 如低粘度的清漆和色漆等。
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膨胀性流体 n>1。D↑ ，n ↑, ηɑ ↑ , 剪切变稠； 触变（摇溶）流体 D一定，时间t↑，η↓ ，氢 键或极性形成的“交联”破坏，剪切变稀， 静置返稠。变稀是上述结构瓦解的结果，而 变稠则是上述结构形成的结果。
结果表示：直径厘米数，cm。
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§3-2 表面化学简介
一、表面张力 表面张力是涂料的重要性质之一。在涂料的制造 中，颜料的分散；在涂装中湿膜对底材的润湿、 吸附及流平都与表面张力息息相关。 表面张力：将体系表面能降至最小的这个力 （N/m），即单位面积上的自由能 （J/m2）；或 形成或扩张单位面积的表面所需的最低能量。
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②浸湿 是把固体浸入液体的过程 过程的自由能变化是： △G= γSL-γSG ， 令-△G= Wi 若Wi ≥0，固体可被浸湿。 Wi 称为粘附张力或浸没功。