涂料流变学

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℃
涂料的流变学
背景 1.涂料的定义
涂料是流体或粉末状的物质，把它涂在物体的 表面，经过自然或人工的方法干燥固化，形成 一层薄膜，能够均匀地覆盖和良好的附着在物 体表面上，具有防护和装饰的作用，该层膜又 叫涂膜，或称为涂层、漆膜。
2.涂料的作用

涂料的主要作用是装饰和保护，实际使用中涂层发挥多种作用，有以 下几个方面： 装饰作用。涂料涂覆在物体表面上可以改变物体原来的颜色，而且涂 料本身可以很容易调配出各种各样的颜色。 保护作用。在物体表面涂以涂料，形成一层保护膜，能够阻止和延迟 一些破坏现象的发生和发展，使各种材料的使用寿命延长。 标志作用。在交通道路上，通过涂料醒目的颜色可以制备各种标志牌 和道路分离线，在黑夜里依然清晰明亮。 特殊作用。涂料还可以赋予物体一些特殊功能。
（2）流量杯法。实质上是毛细管粘度计的工业化应用，将毛线管粘 度计起止线之间的容积放大，将细长毛细管改为粗短小孔，操作清洗 均较方便，应用较广泛。我国涂-1粘度计适用测定流出时间大于20S 的涂料。涂-4粘度计为20~100 S的涂料。


2．落球法 装满被测液体，用一钢质（或铝质、玻璃）小球沿管 中心自由落下，取自由降落过程中的一段距离，测定 时间，以秒表示，落球法适用于测定粘度较高的透明 涂料，如硝酸纤维素清漆及漆料，多用于生产控制。
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。
式中，ηi为第i组分的自身粘度；ωi为第i组分的质量 分数。
5.涂料组分对流变行为的影响
在高剪切速率区，涂料的树脂、溶剂、颜料完全支配 涂料的流变行为，而少量的流变添加剂、颜料絮凝以及树 脂的胶体特性则完全不起作用，需要调节树脂、溶剂、颜 料，以达到合适施工性能。
在低剪切速率区，少量流动调节剂就使涂料出现屈服 值，此时流动调节剂的用量和性质控制着涂料粘度。加 到在有机溶剂体系的流动调节剂通常为触变剂，加到水 中则成为增稠剂。选择流变调节剂时，要考虑结构破坏 后恢复速度，速度太快，不利于涂料流平，而太慢可能 引起涂料流挂。


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4.粘度与溶剂的关系
两种溶剂（自身粘度分别为1.0mPa S和1.2mPa S） 的粘度之差为0.2mPa S，在50％的树脂溶液中，可 以产生2000mPa S的粘度差。在溶液粘度在 0.1~10Pa S范围内，一个最简单的溶液与溶剂的关系 式为：
在涂料中通常使用混合溶剂，混合溶剂的粘度可由下式 计算：
分析方法

1.流出法

（1）毛细管法。测涂料粘度的经典方法，适用于澄清透明液体。毛 细管粘度计有多种型号，如奥斯卡瓦尔德粘度计、赛波特粘度计、坎 农-芬斯科粘度计、乌氏粘度计等。各种粘度计又按毛细管内径尺寸 不同，分别适用于不同粘度范围。毛细管粘度计易损坏，操作清洗均 较麻烦，不适合于工业生产，现主要用于矫正其他粘度计。
原理
研究涂料的流动及粘度，是为了能够合理及
可计量的了解涂料的流变性质，指导涂料生 产工艺过程和控制涂装过程中涂料的流动特 征。
1.粘度与剪切速率的关系
Casson方程式给出能适应剪切速率全部范围 的粘度分布：
在许多情况下，n值为0.5，η∞为剪切速率无限大时的粘度。 牛顿流体的屈服应力σ0=0。剪切速率γ很低时，粘度受屈服 应力影响大。剪切速率非常高时，流体粘度基本不随剪切速 率而明显变化。对于剪切变稀或变稠的液体，剪切应力和剪 切速率的关系可以表示为：

粘度是涂料施工过程中，尤其是机械施工（如 喷涂、辊涂、淋涂、浸涂等）过程中需要控制的一 个重要参数，不同涂料用不同的测试方法，粘度表 达方法也不同。
解决方法
涂料中树脂力学性能随分子量增大而改善，但达到某一数值后就不再变 化，而溶剂粘度随分子量增大而继续增大。溶剂挥发型涂料要求树脂的 分子量较大，需用大量有机溶剂降低涂料粘度。热固性涂料本身就是一 种减少有机溶剂用量的方法，但仍需相当量溶剂。 避免树脂分子量与涂层性能矛盾的一个方法是用分散体而非溶液。分散 体中高分子并没有溶解，而是以细微颗粒存在。目前大量应用的以水为 分散溶剂的乳胶漆和水稀释型涂料，塑溶胶是以增塑剂作为分散溶剂， 还有以有机溶剂作为分散溶剂的非水分散涂料。粉末涂料以颗粒状储存 和使用，不用有机溶剂。因此，我们称这些涂料为环境友好型涂料。
颜料分为防锈颜料、着色颜料、体制颜料三大类。它们不溶于涂料的 溶剂或漆料中，在涂料中仍以颗粒存在。其最重要功能是使漆膜呈现 要求的颜色。 溶剂溶解或分散树脂成为流体。尽管溶剂在形成漆膜的过程中挥发掉 ，但对于形成漆膜的质量非常重要，合理选择和使用溶剂可以提高涂 层性能。



助剂用于显著改善涂料生产加工、储存、涂布、成膜过程中的性能。
最简单的落球粘度计是由一根精确尺寸的玻璃管，内
3.气泡法

利用空气泡在液体中的移动速率来测定粘度，所测粘度也是运动粘度 ，只适用于透明清漆。工业上常用Gardner-Holdt气泡粘度计，在一 套同一规格的玻璃管内，封入不同粘度的标准液进行编号，将待测试 样装入同样规格管内，相同温度下和标准管一起翻转过来，比较管中 气泡的移动速率，以与最接近标准管的编号表示其粘度，统称加氏标 准管号粘度，由A5起到Z10，现有41个档次（低粘度系5个；清漆系 20个；高粘度系12个；橡胶系4个）。




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。