涂料化学第五章涂料中的流变学与表面化学
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• 应用此公式定性地解释涂料的现象。
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
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 表面活性剂及其应用
主要内容 涂料中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
表面化学
• 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。
• 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。
流体 分类
• 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。
• 乳胶粒子受剪切力作用时发生变形，此时φ值增加 ，Ke值减少，黏度下降。一般涂料中的颜料外面 都吸附有一层树脂，像一个弹性体，在剪切力作 用下同样可以变形，使黏度有所下降。当外力撤 去时，又枯叶恢复原关，体系黏度恢复。
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)
ln
ln 0
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。
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
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 需在一定剪切力 之上才能发生流
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。
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。
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。
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。
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。
• 牛顿流体的流动和粘度特性曲线如图所示。
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）
• 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。
• 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：
• 涂料大都为非牛顿流体。
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。
• 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 。
• 表观黏度：在某一剪切条件下测得的黏度称表观黏 度。
润
表 面 张 力
湿 作 用 与 接 触 角
Baidu Nhomakorabea粗 糙 表 面 润 湿
荷
叶 效 应 与 双 疏 表 面
TiO 2的 光 致 超 双 亲 性
润 湿 动 力 学
表 面 毛活 细性 管剂 力及 应 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。
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。
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
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
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 表面活性剂及其应用
主要内容 涂料中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
表面化学
• 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。
• 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。
流体 分类
• 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。
• 乳胶粒子受剪切力作用时发生变形，此时φ值增加 ，Ke值减少，黏度下降。一般涂料中的颜料外面 都吸附有一层树脂，像一个弹性体，在剪切力作 用下同样可以变形，使黏度有所下降。当外力撤 去时，又枯叶恢复原关，体系黏度恢复。
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)
ln
ln 0
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。
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
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 需在一定剪切力 之上才能发生流
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。
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。
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。
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。
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。
• 牛顿流体的流动和粘度特性曲线如图所示。
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）
• 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。
• 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：
• 涂料大都为非牛顿流体。
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。
• 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 。
• 表观黏度：在某一剪切条件下测得的黏度称表观黏 度。
润
表 面 张 力
湿 作 用 与 接 触 角
Baidu Nhomakorabea粗 糙 表 面 润 湿
荷
叶 效 应 与 双 疏 表 面
TiO 2的 光 致 超 双 亲 性
润 湿 动 力 学
表 面 毛活 细性 管剂 力及 应 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。
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。
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