色漆中颜料含量的估算

色漆中颜料含量的估算

颜料在涂料中的作用不只是使之有颜色、有遮盖力，而且还较大程度地影响了干膜的一

些性质和性能，如光泽和机械性质等。从色漆的颜料含量对这些性质和性能的影响来说，图

一是一个简单的描绘。这就是涂料技术上熟知的，颜料体积浓度(PVC)对之的影响。从图中

图一PVC与干膜特性的关系②

可见到，干膜的一些性质或性能是随着PVC的变化而变化。在某点，这些性质和性能几乎同

时产生了明显的转折。这点就是涂料技术上熟知的临界颜料体积浓度(CPVC)。这CPVC的意义是，成膜物恰好“填满”干膜中颜料堆砌体中的空隙。这就是说，PVC小于CPVC时，干膜内无空隙；大于CPVC 时，干膜内就有空隙了。正是由于空隙的有无，使干膜的一些性质和性能在CPVC这点上发生了转折性的变化。所以在涂料配方设计中，PVC作为因素之一，可用来预测干膜的性质或性能。但在实际运用上有一定的困难，因为各种颜料，或同一颜料不同品种会较大程度地影响CPVC值。而PVC对干膜的性质或性能的作用是相对于CPVC而言。就是说同一PVC在不同的CPVC下对干膜的性质和性能的作用是不同的。

颜料颗粒的形状、表面形态、粒度分布、堆砌状态和分散状况，甚至还有湿膜的形成方

法等都会改变CPVC值。如果以CPVC值为参比点，以PVC/CPVC的比值，即对比颜料体积浓度值(reduced pigment volume concentration，Λ)”，来衡量颜料含量在干膜中对一些性质或性能的作用，就可以很大程度地将上述的许多因素相互抵消，这是一个以CPVC为参比点的值。因而以Λ值来预测色漆的颜料含量对干膜的性质和性能比用PVC有更确切些的意义。

Bierwagen曾对大量的配方资料用Λ值作了总结，Montle又加以补充，如图二和三所示的

图二各种涂料的Λ范围②

图三典型防锈漆的Λ范围④

各种涂料的Λ值范围。图二是一些典型涂料的。高光泽的色漆，尤其是高装饰性的汽车面漆，

Λ值很低，使之有足够多余的成膜物流布在表面层，形成高度的反光。半光的色漆，Λ值就较高了。平光的色漆为了仍具有较好的机械性质，故Λ值接近1.0而不超过之。二道浆必须易打磨，不嵌砂纸，所以Λ值大于1.0，一般在1.05-1.15。金属用底漆要有良好的防锈性和抗起泡性，所以Λ值一般在0.75-0.9。木材用底漆的Λ值在0.95-1.05时，性能比较全面。图三是三种典型的防锈漆的Λ值范围。这三种防锈漆的防锈机理各不相同，所以Λ值也各不相同。同抑制型防锈颜料的，Λ值稍低于1.0，因为它是以防锈颜料的水溶物来修补金属表面缺陷，抑制局部腐蚀电池的形成，所以要有一定的水渗透性。用牺牲金属颜料的，颜料与颜料、颜料与金属底材必须有一定程度的电导，因而要使颜料

颗粒间相互接触，并也和金属底材相互接触，同时允许水的渗入，从而使电路接通，得以发挥电化学的防蚀作用，故Λ值要大于1.0。用屏蔽型颜料的，虽然这类颜料的形状不同，对水和氧的屏蔽能力有所不同，然而它的防蚀是靠屏蔽，所以Λ值必然远小于1.0。这样从经验总结到的Λ值，如图二和三所举的例，在设计色漆的颜料含量时，根据干膜欲具有的性质的性能，就可在较小的PVC(Λ值)范围内作估算，作较少的验正试验。当同一涂料品种变更颜料品种时，就可以同Λ值直接代用，作一下验证。这就使配方工作简化多了。

用Λ值来估算色漆中颜料含量的首要步骤是正确测定干膜的CPVC值。前已述及，干膜的许多性质和性能在CPVC点上有一个明显的转折。测定这个转折点就可求得CPVC值。Cole用干膜的密度在CPVC 上的转折，以图解法求得CPVC值，似较简便可取。此方法假设涂料在干燥过程中，颜料和成膜物的重量没有变化，溶剂全部挥发，且无空气乳化进入干膜。根据定义：

式中，V

1和V

2

分别为颜料和成膜物的体积。这些体积可分别从各自的重量和密度求得。

在CPVC及以下，干膜的体积V＝V

1+V

2

，所以

（1）

在CPVC，成膜物恰好“填满”颜料堆砌体的空隙而无不足或多余。设p为颜料的堆砌系

数，即颜料堆砌体的表观体积与颜料的实际体积之比。那末颜料堆砌体的空隙的总体积为

(p-1)V1，也就是在CPVC时成膜物的体积(即V2)。所以

（2）

对一定的颜料或混合颜料，一定的湿膜形成方法，颜料的堆砌状态基本上是不变的，所以

p是一个常数。因而，在CPVC或在CPVC以上的不远处，可视作为是一个常数。运用

这样的概念，以为纵座标，以PVC为横座标。先过原点0作为一斜率为1(45°)的直线

OA。这直线即PVC小于或等于CPVC时的式(1)。然后，离CPVC不远处求PVC对几个点，标于座标中，取一最佳的，平行于PVC轴的直线AB。此平行直线即PVC等于或稍大于CPVC时的式(2)。这二直线的交点即该干膜的CPVC值。

在用Cole的方法中，需要测定的是干膜的体积(V)。这似可参照ASTM D2697测定涂料体

积固含量方法中所述的。在该方法中，测定干膜的体积是将涂料涂于已知重量和体积的不锈钢园片上，分别在空气中和已知密度的液体中(一般是水)称重，按阿基米德原理求得干膜体

积。

参照图二和图三，对已有的配方资料用Λ值对干膜性质和性能关系进行统计和总结，作

为配方的基础挡案之一。根据这挡案就可在颜料含量设计中而获得许多有益的参考。

图四以干膜体积/PVC图解法求CPVC①

参考文献

1.R.J.Cole：Determination of Critical Pigment Volume Concentration in Dry Surface

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2.T.C.Patton：Paint Flow and Pigment Dispersion Znd.ed.1979 John Wiley & Sons

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3.Bierwagon，G.P.and Hoy T.K.The Reduced Pigment Volume Concentration as an

Important Parameter in interpreting and Predicating the Properties of Organic Coatings.Progres in Organic Coatings 1975，3(4)281-303

4.John F.Montle：The Performance of Pigments in Barrier Coatings Journal of

Protective Coatings & Linings 1987，14(6)38-45