第五章 涂料中的流變學與表面化學

1、5.1.15.1.1流體的類型流體的類型粘度的定義和牛頓型流體粘度的定義和牛頓型流體 單位，單位，1Pa1Pas=10P(dyns=10P(dyns/cms/cm2 2) ) 問題：若涂料的粘度是問題：若涂料的粘度是0.2PaS，是不是在所有的條件下都是，是不是在所有的條件下都是0.2PaS呢？事實證明不是的。改變呢？事實證明不是的。改變T，D，t都有可能會都有可能會改變粘度值。改變粘度值。 5.15.1流變學問題流變學問題D動力學粘度通常用和重力下落有關的粘度計測量的粘度，通常用和重力下落有關的粘度計測量的粘度，都是動力學粘度。都是動力學粘度。根據(jù)根據(jù)與與D，或，或與與D的關系，可以將流體分

2、為以下幾類：的關系，可以將流體分為以下幾類：牛頓型流體牛頓型流體：只與只與T有關，與有關，與D無關。如水，溶劑，聚合物的稀溶無關。如水，溶劑，聚合物的稀溶液或一些低分子量的聚合物溶液。液或一些低分子量的聚合物溶液。非牛頓型流體非牛頓型流體：D增大，增大，減小，假塑性流體；聚合物熔體，大部分涂料屬此類。減小，假塑性流體；聚合物熔體，大部分涂料屬此類。D增大，增大，增大，膨脹性流體；增大，膨脹性流體；一定剪切力之上，才會流動，為賓漢流體，如牙膏。一定剪切力之上，才會流動，為賓漢流體，如牙膏。 觸變性流體觸變性流體：流動行為有時間依賴性的假塑性流體。高：流動行為有時間依賴性的假塑性流體。高，低，低，

3、便于涂布；低，便于涂布；低，高，高，防沉降和流掛。，防沉降和流掛。觸變劑：如有機澎潤土。觸變劑：如有機澎潤土。觸變性的起因之一是由于體系可形成某種很弱的網(wǎng)觸變性的起因之一是由于體系可形成某種很弱的網(wǎng)狀結構，如通過氫鍵，剪切力下可破壞，撤去，又可恢狀結構，如通過氫鍵，剪切力下可破壞，撤去，又可恢復。復。 5.1.2流變助劑流變助劑（rheology agent）使整個涂料體系構成弱交聯(lián)的使整個涂料體系構成弱交聯(lián)的三維網(wǎng)絡結構三維網(wǎng)絡結構，而使涂料，而使涂料具有觸變性。流變助劑對高剪切速率下的粘度影響不大，主具有觸變性。流變助劑對高剪切速率下的粘度影響不大，主要對低剪切速率下的粘度產生顯著影響。要

4、對低剪切速率下的粘度產生顯著影響。流變助劑主要有以下品種：流變助劑主要有以下品種： (1) 有機膨潤土有機膨潤土 有機膨潤土可用于工業(yè)涂料、乳膠漆、底漆中，用量有機膨潤土可用于工業(yè)涂料、乳膠漆、底漆中，用量0.2%1.0%。它會。它會降低涂膜光澤降低涂膜光澤，對聚氨酯和環(huán)氧，對聚氨酯和環(huán)氧-聚酰胺的聚酰胺的使用期，附著力亦產生不良影響。使用期，附著力亦產生不良影響。預膠時需借助高速分散機的剪切作用，分散十分鐘，并預膠時需借助高速分散機的剪切作用，分散十分鐘，并且極性溶劑的用量不宜過多，否則觸變作用弱。且極性溶劑的用量不宜過多，否則觸變作用弱。(2)氣相二氧化硅氣相二氧化硅 為平均原始粒徑為平均

5、原始粒徑740 nm的球形，在表面有的球形，在表面有硅醇基團硅醇基團，通，通過氫鍵作用能形成三維結構。隨表面積增大，硅醇基含量增過氫鍵作用能形成三維結構。隨表面積增大，硅醇基含量增多多(一般一般34個硅醇基個硅醇基nm-2)，觸變性更高。一般比表面積，觸變性更高。一般比表面積200m2g-1就有較好的觸變性，更高比表面積觸變作用更強。就有較好的觸變性，更高比表面積觸變作用更強。(3) 聚乙烯蠟聚乙烯蠟 為分子量為分子量15003000的的乙烯共聚物或氧化聚乙烯乙烯共聚物或氧化聚乙烯，含有，含有較多的極性基團，在非極性溶劑中形成凝膠體。用量約較多的極性基團，在非極性溶劑中形成凝膠體。用量約1%。

6、使用粉末時，按使用粉末時，按10%加熱到加熱到90100配成二甲苯溶液，并配成二甲苯溶液，并立即稀釋到立即稀釋到5%備用；漿狀制品需在備用；漿狀制品需在45混合。另外亦可混合。另外亦可用作木器和家具啞光涂料的消光劑、增稠劑；卷材涂料和罐用作木器和家具啞光涂料的消光劑、增稠劑；卷材涂料和罐頭涂料的防粘連劑；地板涂料的耐磨改進劑和抗劃痕劑等；頭涂料的防粘連劑；地板涂料的耐磨改進劑和抗劃痕劑等；還可用在金屬閃光漆的底色漆中防鋁粉沉降和改善鋁粉在涂還可用在金屬閃光漆的底色漆中防鋁粉沉降和改善鋁粉在涂膜中平行排布的定向。膜中平行排布的定向。5.1.3 溫度對粘度的影響溫度對粘度的影響按分子熱運動的孔穴理

7、論，低分子液體的粘溫關系可用按分子熱運動的孔穴理論，低分子液體的粘溫關系可用Andrad方程表示：方程表示： （E流動活化能流動活化能 ）對某種液體，在適當?shù)臏囟茸兓秶鷥?，對某種液體，在適當?shù)臏囟茸兓秶鷥?，E近似為定值近似為定值 對于高分子的濃溶液，上式同樣適用。對于分子量不同對于高分子的濃溶液，上式同樣適用。對于分子量不同的同種聚合物溶液，因的同種聚合物溶液，因E極其相近，有相似的粘溫關系。極其相近，有相似的粘溫關系。RTEAeT )(TBAT lg)(lg 粘度是受很多因素影響而變化的，在一定條件下測得的粘粘度是受很多因素影響而變化的，在一定條件下測得的粘度值稱為度值稱為表觀粘度。表觀

8、粘度。5.1.4分散體系的粘度分散體系的粘度以上粘度與濃度的關系式僅適用于采用以上粘度與濃度的關系式僅適用于采用有機溶劑有機溶劑的溶液的溶液體系。體系。乳膠和加有顏料的溶劑型涂料都是分散體系。乳膠體乳膠和加有顏料的溶劑型涂料都是分散體系。乳膠體系的粘度與分子質量無關?？捎孟档恼扯扰c分子質量無關?？捎肕ooney公式來表示：公式來表示：iieVVK1lnln0為體系粘度，為體系粘度，0為體系外相粘度，如乳膠中水相的粘度，為體系外相粘度，如乳膠中水相的粘度，色漆中樹脂溶液的粘度。色漆中樹脂溶液的粘度。Ke為為愛因斯坦因子愛因斯坦因子，與分散體的，與分散體的形狀有關，當分散體為球形時，其值為形狀有關

9、，當分散體為球形時，其值為2.5；Vi為分散相為分散相（內相）在體系中所占的（內相）在體系中所占的體積分數(shù)體積分數(shù)；為堆積因子，當分；為堆積因子，當分散體為大小相同的球體時，其值為散體為大小相同的球體時，其值為0.639，但當球形分散體，但當球形分散體大小不同時，其值將增大。分散體的大小分布越寬時，越大小不同時，其值將增大。分散體的大小分布越寬時，越大。大。此公式本來用于分散體是剛硬粒子，且無相互作用的此公式本來用于分散體是剛硬粒子，且無相互作用的情況下，但可定性解釋一些涂料的現(xiàn)象。情況下，但可定性解釋一些涂料的現(xiàn)象。 KE為愛因斯坦系數(shù)，是一個與為愛因斯坦系數(shù)，是一個與分散相顆粒的形狀、取向

10、、分散相顆粒的形狀、取向、界面結合等因素有關的系數(shù)界面結合等因素有關的系數(shù)。對于共混物的不同性能，有不同。對于共混物的不同性能，有不同的愛因斯坦系數(shù)的愛因斯坦系數(shù)(譬如力學性能的愛因斯坦系數(shù)、電學性能的譬如力學性能的愛因斯坦系數(shù)、電學性能的愛因斯坦系數(shù)愛因斯坦系數(shù))。在某些情況下。在某些情況下(譬如分散相粒子的形狀較為規(guī)譬如分散相粒子的形狀較為規(guī)整時整時)，KE可由理論計算得到，而在另一些情況下，可由理論計算得到，而在另一些情況下，KE值需根值需根據(jù)實驗數(shù)據(jù)推得。據(jù)實驗數(shù)據(jù)推得。 體系粘度由體系粘度由內相粘度內相粘度和和外相粘度外相粘度貢獻兩部分組成。內相體積增大，貢獻兩部分組成。內相體積增大

11、，粘度增大。粘度增大。討論三種情況：討論三種情況：（1 1）剪切力作用下：）剪切力作用下：由球形變?yōu)殚蠙烨蛐?，值增加，由球形變?yōu)殚蠙烨蛐?，值增加，K Ke e值減小，第二項減少，值減小，第二項減少，粘度下降；當外力撤去時，又可恢復原狀。粘度下降；當外力撤去時，又可恢復原狀。iieVVK1lnln0APiVVV（2）粒徑的影響）粒徑的影響乳膠粒外層吸附有一層乳化劑和水，顏料外層吸附一層樹乳膠粒外層吸附有一層乳化劑和水，顏料外層吸附一層樹脂。提供了變形的可能性，而且增加了內相的體積。粒子愈細，脂。提供了變形的可能性，而且增加了內相的體積。粒子愈細，所吸附的量越多中。大粒子變小，所吸附的量越多中。大

12、粒子變小，Vi要大大增加。要大大增加。 Vp為粒子本身體積，為粒子本身體積，VA為吸附層體積對為吸附層體積對Vi的貢獻。的貢獻。因此，因此，對于乳膠漆，粒子愈細，粘度越大對于乳膠漆，粒子愈細，粘度越大。iieVVK1lnln0（3）當乳膠發(fā)生絮凝時，粘度可大大上升，其原因也是內相）當乳膠發(fā)生絮凝時，粘度可大大上升，其原因也是內相Vi增加的結果。其中增加的結果。其中VT為為留在絮凝粒子內的外相液體體積留在絮凝粒子內的外相液體體積，Vi增增大了，體系粘度上升。大了，體系粘度上升。TApiVVVViieVVK1lnln05.2表面化學表面化學涂料的生產和應用是與表面和界面有密切聯(lián)系的。涂料的生產和應

13、用是與表面和界面有密切聯(lián)系的。物質氣、液、固三相相互間的物質氣、液、固三相相互間的分界面即為界面分界面即為界面，有氣液、氣固、液液、，有氣液、氣固、液液、固固界面，一般把有氣體組成的界面稱為固固界面，一般把有氣體組成的界面稱為表面表面。5.2.1表面張力表面張力在沒有外力作用或影響不大時，液體趨向于成在沒有外力作用或影響不大時，液體趨向于成為球狀，如水銀球。把液體做成液膜，為保持平衡，為球狀，如水銀球。把液體做成液膜，為保持平衡，就需要有一個與液面相切的力就需要有一個與液面相切的力f f作用于寬度為作用于寬度為l l的液膜上。這就是表面張力，其值為：的液膜上。這就是表面張力，其值為：2lf稱為

14、表面張力系數(shù)，單位為稱為表面張力系數(shù)，單位為N/mN/m，其意義是，其意義是垂直通過流體表面上任一單位長度與液面相切的收垂直通過流體表面上任一單位長度與液面相切的收縮表面的力?？s表面的力。表面張力系數(shù)通常簡稱為表面張力表面張力系數(shù)通常簡稱為表面張力。表面張力是液體的基本物理性質，一般在表面張力是液體的基本物理性質，一般在0.1N/m0.1N/m以下。以下。表面張力隨溫度的上升而降低；表面活性劑加表面張力隨溫度的上升而降低；表面活性劑加入水中，可以大大降低水的表面張力。入水中，可以大大降低水的表面張力。 5.2.2 潤濕作用與接觸角潤濕作用與接觸角 潤濕作用是指表面上一種流體被另一種流體所代替。

15、可分為潤濕作用是指表面上一種流體被另一種流體所代替?？煞譃檎礉?、浸濕和鋪展。沾濕、浸濕和鋪展。1.1.沾濕沾濕 L/G和和S/GL/S，如涂料的的液滴，如涂料的的液滴可有效地附于基材表面之上，該過程可有效地附于基材表面之上，該過程的自由能變化是：的自由能變化是： 粘附功粘附功 若若此過程可自發(fā)進行。此過程可自發(fā)進行。若將上述過程的固體改為液體，則：若將上述過程的固體改為液體，則： 內聚功內聚功，反映液體自身結合的牢固度，是液體分子間相互作用，反映液體自身結合的牢固度，是液體分子間相互作用力大小的表征力大小的表征。 )(LGSGSLGGWa0aWLGLGLGG2)(02.2.浸濕浸濕 指的是固體

16、浸入液體的過程，如顏料置入漆料過程。指的是固體浸入液體的過程，如顏料置入漆料過程。是是S/G S/L的過程：的過程：粘附張力，固體可被浸濕。粘附張力，固體可被浸濕。，固體可被浸濕。，固體可被浸濕。SGSLGGWi0iW3.3.鋪展鋪展將涂料涂于基材上時，不僅要求涂料附于其上，還要求將涂料涂于基材上時，不僅要求涂料附于其上，還要求其流動。其流動。S/G S/L，L/G鋪展系數(shù)鋪展系數(shù)說明：固液粘附力大于液體內聚力時，液體可自行鋪展。凡說明：固液粘附力大于液體內聚力時，液體可自行鋪展。凡能鋪展的必能沾濕和浸濕。能鋪展的必能沾濕和浸濕。 SGLGSLGcaLGLGSLSGLGSLSGWWGS2由于固

17、體表面張力常難以測定，能否潤濕，常用接觸角作由于固體表面張力常難以測定，能否潤濕，常用接觸角作為判斷標準。接觸角是液體表面的一個參數(shù)，定義為為判斷標準。接觸角是液體表面的一個參數(shù)，定義為三相交界三相交界處在液體中量得的角處在液體中量得的角。有如下關系：有如下關系：是潤濕的基本方程，又稱揚氏方程，將含接觸角的潤濕方是潤濕的基本方程，又稱揚氏方程，將含接觸角的潤濕方程用于上述各式，可得：程用于上述各式，可得：LGSLSGLGSLSGcoscos) 1(coscos)cos1 (LGLGiLGaSWW，可完全鋪展。，可浸濕；可沾濕；000090,180表面張力低的液體有向表張力高的固體表面鋪展的傾向

18、。表面張力低的液體有向表張力高的固體表面鋪展的傾向。 5.2.3粗糙表面的潤濕粗糙表面的潤濕用用i表示其粗糙度：表示其粗糙度：Ai為真實的表面積，為真實的表面積，AL為為Ai的投影面積，對于液體的投影面積，對于液體i=1，對于固體，對于固體，i1。前面討論的表面潤濕都是以理想的平滑平面為基礎的，前面討論的表面潤濕都是以理想的平滑平面為基礎的，當固體為非平滑表面時，其潤濕性能有很大變化，應對原當固體為非平滑表面時，其潤濕性能有很大變化，應對原有各個公式進行校正。有各個公式進行校正。LiAAi 設固體投影面積為單位面積，則設固體投影面積為單位面積，則i i為其實際面積，為其實際面積，a a為固為固

19、體和流體的實際接觸面積，由于粗糙表面中的孔隙表面中體和流體的實際接觸面積，由于粗糙表面中的孔隙表面中液體并不能被液體填滿，因此液體并不能被液體填滿，因此a a i i。此時，固氣接觸面積為。此時，固氣接觸面積為i-ai-a，而，而氣體和液體的接觸面積為氣體和液體的接觸面積為(i(i- -a)a)/ /i i。 以鋪展情況為例：以鋪展情況為例：)2()()()(2121aiaiiaEESaiiaiaEiELGSLSGSGLGLGSLSGP85P85討論總結如下：討論總結如下：(1)接觸角低于接觸角低于90o時，可發(fā)生自發(fā)沾濕，當接觸角大于時，可發(fā)生自發(fā)沾濕，當接觸角大于90o時，是時，是否沾濕依

20、賴于表面粗糙度，當否沾濕依賴于表面粗糙度，當i值很高時，便不能沾濕。值很高時，便不能沾濕。(2)接觸角低于接觸角低于90o時，可自發(fā)浸濕，超過時，可自發(fā)浸濕，超過90o，不會浸濕，不會浸濕(3)表面粗糙可誘導接觸角低于表面粗糙可誘導接觸角低于90o液體的鋪展液體的鋪展) 1cos(iWLGacosiWLGi) 1cos(iSLG當界面完全接觸時，即當界面完全接觸時，即a=i,a=i,再引入本征接觸角的概念，再引入本征接觸角的概念，可得可得cosLGSLSG例題：一液體在固體表面的接觸角為例題：一液體在固體表面的接觸角為60600 0，為了使液體在，為了使液體在固體表面上自發(fā)鋪展，固體表面應有何

21、種程度的粗糙度固體表面上自發(fā)鋪展，固體表面應有何種程度的粗糙度? ?解：令解：令 0) 1cos(iSLG2cos101cosii可見，當粗糙度為可見，當粗糙度為2 2時，在光滑表面上不能自發(fā)鋪展的時，在光滑表面上不能自發(fā)鋪展的液體，可在粗糙表面上鋪展。液體，可在粗糙表面上鋪展。通過這一習題也可以校正通常的通過這一習題也可以校正通常的一種誤解一種誤解，即認為對，即認為對于建筑涂料來說，疏水的涂料表面一定較親水的表面要防于建筑涂料來說，疏水的涂料表面一定較親水的表面要防臟好，實則不然疏水的表面為潤濕差的表面，水在表面臟好，實則不然疏水的表面為潤濕差的表面，水在表面成珠狀，若表面能為水所潤濕并有一

22、定粗糙度時，水可在成珠狀，若表面能為水所潤濕并有一定粗糙度時，水可在墻面鋪展而流掉，這樣積聚在表面的水量要比疏水表面水墻面鋪展而流掉，這樣積聚在表面的水量要比疏水表面水珠的量少得多，珠狀水珠中的臟物最后將留在墻面，而流珠的量少得多，珠狀水珠中的臟物最后將留在墻面，而流淌的水可沖刷表面的臟物。淌的水可沖刷表面的臟物。5.2.45.2.4荷葉效應與雙疏表面荷葉效應與雙疏表面當表面上水的接觸角大于當表面上水的接觸角大于90o時，為疏水表面，而接觸角大時，為疏水表面，而接觸角大于于150o，稱超疏水表面，不僅疏水也疏油。水的表面張力為，稱超疏水表面，不僅疏水也疏油。水的表面張力為72mN/m，而油為，

23、而油為2030mN/m，僅通過表面張力的改變是很難，僅通過表面張力的改變是很難達到雙疏表面的達到雙疏表面的。人們發(fā)現(xiàn)荷葉的表面僅為一般的蠟覆蓋，但與水的接觸角人們發(fā)現(xiàn)荷葉的表面僅為一般的蠟覆蓋，但與水的接觸角可達可達160160o o，表現(xiàn)出超疏水的性質，稱為荷葉效應。為何？，表現(xiàn)出超疏水的性質，稱為荷葉效應。為何？ 研究證明，荷葉表面非常粗糙，表面有無數(shù)微米級突起，微研究證明，荷葉表面非常粗糙，表面有無數(shù)微米級突起，微米級突起上又有無數(shù)納米級突起。米級突起上又有無數(shù)納米級突起。 LGSLSG/ )(cos接觸角不僅和表面張力有關，也和表面粗糙度有關，揚接觸角不僅和表面張力有關，也和表面粗糙度

24、有關，揚氏公式只適用于光滑表面。當在粗糙表面上時，將粗糙度氏公式只適用于光滑表面。當在粗糙表面上時，將粗糙度i i引引入公式，得到下式：入公式，得到下式：LGSLSGi/ )(cos也可寫成：也可寫成：coscosi當當90900 0時，時，i i增加時，增加時，、逐漸增大，達到雙疏程度。逐漸增大，達到雙疏程度。從微觀結構來解釋從微觀結構來解釋：在粗糙表面上的液滴并不一定能充滿所有：在粗糙表面上的液滴并不一定能充滿所有溝槽，在液體下面可能有空氣存在。如果在材料表面上有溝槽，在液體下面可能有空氣存在。如果在材料表面上有納米納米尺寸的凹的表面可以使吸附氣體穩(wěn)定存在尺寸的凹的表面可以使吸附氣體穩(wěn)定存

25、在，所以宏觀表面上相，所以宏觀表面上相當于有一層穩(wěn)定的氣體薄膜，使油和水無法直接和表面完全接當于有一層穩(wěn)定的氣體薄膜，使油和水無法直接和表面完全接觸，此時表面便呈雙疏性。觸，此時表面便呈雙疏性。雙疏表面具有廣泛應用。如布料，艦船防污涂料。雙疏表面具有廣泛應用。如布料，艦船防污涂料。5.2.5 潤濕動力學潤濕動力學 即使在熱力學上是能被潤濕的，實際上也有可能潤濕不好，即使在熱力學上是能被潤濕的，實際上也有可能潤濕不好，原因是動力學方面的，即潤濕速度。原因是動力學方面的，即潤濕速度。 如果把粗糙表面的縫隙當作毛細管，粘度為如果把粗糙表面的縫隙當作毛細管，粘度為的液體流過半徑的液體流過半徑為為r，長

26、度為，長度為l的毛細管所需時間，可按下式計算：的毛細管所需時間，可按下式計算：cos22LGrlt 各種有機液體的表面張力相差不大。主要取決于各種有機液體的表面張力相差不大。主要取決于和和，小，小，潤濕快，潤濕快，大，潤濕很慢，若在潤濕完成前失去流動性，則會形大，潤濕很慢，若在潤濕完成前失去流動性，則會形成動力學的不潤濕。成動力學的不潤濕。 常溫固化的涂料，如是粘度較高，容易形成這種動力學不潤常溫固化的涂料，如是粘度較高，容易形成這種動力學不潤濕的情況，其結果是附著力差。濕的情況，其結果是附著力差。 但高溫固化的涂料，但高溫固化的涂料， 容易潤濕。容易潤濕。5.2.6 毛細管力毛細管力 毛細管

27、越小，壓差越大。是發(fā)生毛細管現(xiàn)象的原因，稱毛細管越小，壓差越大。是發(fā)生毛細管現(xiàn)象的原因，稱為毛細管力。為毛細管力。 毛細管力是乳膠成膜的推動力。但有時會導致顏料粒子毛細管力是乳膠成膜的推動力。但有時會導致顏料粒子緊密聚結，形成表面潤濕，內部干粉的情況。緊密聚結，形成表面潤濕，內部干粉的情況。rpLG/25.3流平與流掛流平與流掛 涂料施工后能否達到平整光滑的特性，稱為涂料施工后能否達到平整光滑的特性，稱為流平性流平性。當涂料涂布于一個垂直表面時，由于重力，涂料有向下流動的當涂料涂布于一個垂直表面時，由于重力，涂料有向下流動的傾向，可能引起表面不平整的情況，稱為傾向，可能引起表面不平整的情況，稱

28、為流掛流掛。5.3.1流平性流平性 當涂料涂刷在基材上時，會留下刷痕，刷痕可因涂料干燥前當涂料涂刷在基材上時，會留下刷痕，刷痕可因涂料干燥前的流動而減輕。當涂料流平性差時，肉眼可以觀測到表面不的流動而減輕。當涂料流平性差時，肉眼可以觀測到表面不平的現(xiàn)象。刷痕有如一個波形。平的現(xiàn)象。刷痕有如一個波形。 流平用流平用Orchard公式公式評價：評價： 34226)(lgxaatto 其中，為表面張力，a0表示起始振幅，at為t時的振幅。x為涂層厚度。 t t小，表示流平性好，流平性好，希望涂層粘度低，涂小，表示流平性好，流平性好，希望涂層粘度低，涂層厚。層厚。 乳膠漆一般流平性較差，當涂刷于多孔基

29、材時，由于毛細乳膠漆一般流平性較差，當涂刷于多孔基材時，由于毛細管力，外相可以迅速進入孔隙中，而乳膠粒子不能進入，導致管力，外相可以迅速進入孔隙中，而乳膠粒子不能進入，導致體系粘度更大，流平性更差。如果乳膠粒子已經碰到一起變成體系粘度更大，流平性更差。如果乳膠粒子已經碰到一起變成半硬結構，更加有害于流平性。半硬結構，更加有害于流平性。 溶劑型漆的溶劑揮發(fā)是逐步的，粘度逐步增加，可以較溶劑型漆的溶劑揮發(fā)是逐步的，粘度逐步增加，可以較好的流平。好的流平。5.3.2流掛流掛 當涂料涂布于一個垂直表面時，由于重力作用，涂料有向當涂料涂布于一個垂直表面時，由于重力作用，涂料有向下流動的傾向，可能會形成表

30、面不平的現(xiàn)象，稱為下流動的傾向，可能會形成表面不平的現(xiàn)象，稱為流掛流掛，流掛，流掛速度可用下式表示：速度可用下式表示：22gxV 控制流掛，主要是控制控制流掛，主要是控制粘度粘度。因。因為涂層厚度是由說遮蓋力和干膜性為涂層厚度是由說遮蓋力和干膜性能決定的，不能太薄。能決定的，不能太薄。 涂料對流變性的總體要求列于表涂料對流變性的總體要求列于表5.2，可見粘度要求是相，可見粘度要求是相互抵觸的，甲提高，乙就會下降，需要達到一個互抵觸的，甲提高，乙就會下降，需要達到一個平衡平衡。 表表5.2 涂料對流變性的要求涂料對流變性的要求要求要求剪切力情況剪切力情況要求粘度要求粘度顏料沉降速度顏料沉降速度要

31、慢要慢低低高高上刷要好上刷要好中等中等中等中等不易濺落不易濺落低低高高容易涂刷容易涂刷高高低低抗流掛抗流掛低低高高流平性流平性低低低低5.45.4涂料施工中的表面張力問題涂料施工中的表面張力問題 涂料施工時，可能會出現(xiàn)流平不好的各種弊病，這些問題涂料施工時，可能會出現(xiàn)流平不好的各種弊病，這些問題大多與表面張力有關。大多與表面張力有關。 (1)(1)流平流平 流平力源自于流平力源自于表面張力表面張力，流平可以減少液體的表面積；在，流平可以減少液體的表面積；在涂層的薄處，氣體揮發(fā)得相對較快，表面張力上升得快，周圍涂層的薄處，氣體揮發(fā)得相對較快，表面張力上升得快，周圍高處的涂料有向其自動鋪展的趨向。

32、涂料在固化之前，應有足高處的涂料有向其自動鋪展的趨向。涂料在固化之前，應有足夠的流動時間，以保證流平。夠的流動時間，以保證流平。 厚邊現(xiàn)象厚邊現(xiàn)象：涂層的邊緣表面較大，揮發(fā)得較快，因此溫度：涂層的邊緣表面較大，揮發(fā)得較快，因此溫度下降，表面張力升高，附近的涂料自動向其鋪展，于是形成邊下降，表面張力升高，附近的涂料自動向其鋪展，于是形成邊緣變厚的現(xiàn)象。緣變厚的現(xiàn)象。(2)(2)縮孔現(xiàn)象縮孔現(xiàn)象 濕的涂層上若落上一滴表面張力低的液體，如烘箱中凝濕的涂層上若落上一滴表面張力低的液體，如烘箱中凝聚后滴下的溶劑或臟物聚后滴下的溶劑或臟物( (如油）可如油）可使鄰近的涂料表面張力降低，使鄰近的涂料表面張力

33、降低，并向周圍表面張力較高處鋪展并向周圍表面張力較高處鋪展，于是形成一個火山口現(xiàn)象，于是形成一個火山口現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為縮孔。這種現(xiàn)象稱為縮孔。 (3)(3)橘子皮現(xiàn)象橘子皮現(xiàn)象 是指涂層表面微微地起伏不平，形狀有如橘皮的情況形是指涂層表面微微地起伏不平，形狀有如橘皮的情況形成橘皮的原因很多，例如在噴涂時，噴槍的距離控制不好或涂成橘皮的原因很多，例如在噴涂時，噴槍的距離控制不好或涂料和溶劑配合不好，霧化情況不好等都可引起橘皮。噴涂時，料和溶劑配合不好，霧化情況不好等都可引起橘皮。噴涂時，霧化的小滴經過較長的距離，溶劑揮發(fā)很多后，落在濕膜上，霧化的小滴經過較長的距離，溶劑揮發(fā)很多后，落在濕膜上，

34、由于這種由于這種小滴濃度高，表面張力大，周圍的涂料便自動向此小小滴濃度高，表面張力大，周圍的涂料便自動向此小霧滴鋪展，于是形成突起霧滴鋪展，于是形成突起。橘子皮現(xiàn)象也和所謂的貝納爾漩流。橘子皮現(xiàn)象也和所謂的貝納爾漩流窩有關。窩有關。(4)(4)貝納爾漩流窩貝納爾漩流窩 涂料干燥時，溶劑揮發(fā)，表面涂料干燥時，溶劑揮發(fā)，表面濃度升高。濃度升高。溫度下降，表面張力溫度下降，表面張力升高。表層和底層的表面張力不升高。表層和底層的表面張力不同，產牛一種很大的推動力，使同，產牛一種很大的推動力，使涂料從底層往上層運動，這種運涂料從底層往上層運動，這種運動導致局部渦流，形成所謂貝納動導致局部渦流，形成所謂貝

35、納爾漩流窩爾漩流窩。渦流原點渦流原點有如火山口，有如火山口，向外噴發(fā)出下層涂料，這些表面向外噴發(fā)出下層涂料，這些表面張力低的涂料張力低的涂料向周圍表面張力高向周圍表面張力高的表層鋪展的表層鋪展，于是，于是形成隆起部分形成隆起部分。并使?jié)衲ば纬梢?guī)則的六角形，其并使?jié)衲ば纬梢?guī)則的六角形，其中心與邊緣顏料濃度將有不同。中心與邊緣顏料濃度將有不同。如果涂料流平性不好，在漆膜干如果涂料流平性不好，在漆膜干燥后便留下凹凸起伏的橘皮。燥后便留下凹凸起伏的橘皮。(5) (5) 發(fā)花和浮色現(xiàn)象發(fā)花和浮色現(xiàn)象 發(fā)花是指施工后漆膜中顏料不均勻分發(fā)花是指施工后漆膜中顏料不均勻分布，使外觀呈布，使外觀呈花斑花斑( (蜂

36、窩狀條斑蜂窩狀條斑) )。浮色是。浮色是指指漆膜表面顏色不同于底層漆膜表面顏色不同于底層，施工后漆膜，施工后漆膜顏色呈均勻變化，這是由于不同顏料在漆顏色呈均勻變化，這是由于不同顏料在漆膜層間分布不均勻引起的。發(fā)花和浮色的膜層間分布不均勻引起的。發(fā)花和浮色的原因很復雜，但原因很復雜，但引起顏料分布不均勻引起顏料分布不均勻( (分離分離) )的原因都與溶劑蒸發(fā)形成的貝納爾漩流窩的原因都與溶劑蒸發(fā)形成的貝納爾漩流窩有關：當漆料運動時也帶動懸浮的顏料粒有關：當漆料運動時也帶動懸浮的顏料粒子運動，如果顏料的大小、比重不同，就子運動，如果顏料的大小、比重不同，就可引起顏料的重新分布，其結果是一種顏可引起顏

37、料的重新分布，其結果是一種顏料在表面上或表面的某些部位上呈較高的料在表面上或表面的某些部位上呈較高的濃度。濃度。(6) 流平劑流平劑(leveling/flow agent) 為了克服漆膜在施工過程中的弊病，在涂料中常加有為了克服漆膜在施工過程中的弊病，在涂料中常加有流平劑流平劑，以幫助漆膜在干燥之前完成流平過程。以幫助漆膜在干燥之前完成流平過程。 特別在特別在聚氨酯漆、環(huán)氧樹脂漆、粉末涂料、乳膠漆聚氨酯漆、環(huán)氧樹脂漆、粉末涂料、乳膠漆中，尤為中，尤為明顯，必須添加流平劑來防止縮孔和改善流平性，提高裝飾性明顯，必須添加流平劑來防止縮孔和改善流平性，提高裝飾性. 流平劑的作用流平劑的作用 主要是

38、降低涂料表面張力用以消除各種弊??；主要是降低涂料表面張力用以消除各種弊病； 調整溶劑揮發(fā)速度，改善流動性，減緩表面固化過程，延長調整溶劑揮發(fā)速度，改善流動性，減緩表面固化過程，延長流平時間；流平時間； 在漆膜表面形成單分子層以提供均勻的較低的表面張力。在漆膜表面形成單分子層以提供均勻的較低的表面張力。 像涂料對底材潤濕性不好，如底材表面有油污造成涂料不像涂料對底材潤濕性不好，如底材表面有油污造成涂料不潤濕。當涂料表面張力潤濕。當涂料表面張力大于大于底材表面張力時，涂料無法鋪展?jié)櫟撞谋砻鎻埩r，涂料無法鋪展?jié)櫇?，表面所吸附的氣體不能被涂膜所取代，涂膜易產生縮孔或濕，表面所吸附的氣體不能被涂膜所取

39、代，涂膜易產生縮孔或氣孔。氣孔。 各種底材和樹脂的表面張力各種底材和樹脂的表面張力 底底 材材表面張力表面張力/10-3Nm-1樹樹 脂脂表面張力表面張力/10-3Nm-1鋁鋁333565%豆油醇酸豆油醇酸37鍍鋅鋼板鍍鋅鋼板3040聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸丁酯丁酯41磷化鋼板磷化鋼板4560環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂45玻璃玻璃70氨基樹脂氨基樹脂58 醇酸樹脂漆對金屬底材鋪展?jié)櫇瘢髌叫院芎茫画h(huán)氧樹脂醇酸樹脂漆對金屬底材鋪展?jié)櫇?，流平性很好；環(huán)氧樹脂漆和氨基樹脂漆的流平性差，易產生縮孔。漆和氨基樹脂漆的流平性差，易產生縮孔。 流平劑可以是一些高沸點的溶劑，如硅油；或是長烷基鏈流平劑可以是一些高沸點的

40、溶劑，如硅油；或是長烷基鏈的聚合物。的聚合物。（1）采用分子量分布窄的較低分子量丙烯酸酯共聚物）采用分子量分布窄的較低分子量丙烯酸酯共聚物(600020000)，與合成樹脂有限相容性，粘度在，與合成樹脂有限相容性，粘度在412Pas ，表面張力表面張力2510-52610-5Ncm-1為宜，用量為宜，用量1%左右。左右。（2）高丁?；看锥±w維素。）高丁?；看锥±w維素。（3）有機硅類。聚二甲基硅氧烷）有機硅類。聚二甲基硅氧烷 俗稱硅油，主要用于溶俗稱硅油，主要用于溶劑性涂料中。選用低粘度硅油，劑性涂料中。選用低粘度硅油，0.0010.1Pas的作流平劑和抗的作流平劑和抗浮色發(fā)花劑使用，并

41、有增滑作用；浮色發(fā)花劑使用，并有增滑作用；60Pas的作消泡劑使用。的作消泡劑使用。品種有品種有201甲基硅油和甲基硅油和205活性甲基硅油?；钚约谆栌汀Ｊ褂霉栌腿菀自斐赏磕の廴荆貏e是分子量大的相容性很使用硅油容易造成涂膜污染，特別是分子量大的相容性很差。低分子量硅油用在烤漆中時，烘烤時揮發(fā)熱聚成大分子量差。低分子量硅油用在烤漆中時，烘烤時揮發(fā)熱聚成大分子量并滴于涂膜表面，也會產生縮孔，因此大部分為改性有機硅助并滴于涂膜表面，也會產生縮孔，因此大部分為改性有機硅助劑。改性有機硅助劑有較好的混溶性，分別采用芳基烷基、聚劑。改性有機硅助劑有較好的混溶性，分別采用芳基烷基、聚酯和聚醚改性。酯和聚

42、醚改性。 5.5表面活性劑及其應用表面活性劑及其應用具有雙親結構，定向吸附，可大大降低表面或界具有雙親結構，定向吸附，可大大降低表面或界面張力。面張力。在涂料中大量作為乳化劑，顏料分散中的潤濕劑、在涂料中大量作為乳化劑，顏料分散中的潤濕劑、穩(wěn)定劑、流平劑。穩(wěn)定劑、流平劑。* *陰離子型；陰離子型；* *陽離子型；陽離子型；* *非離子型；非離子型；* *兩性型兩性型5.6 涂料流變性能控制涂料流變性能控制 在涂料生產、施工和干燥成膜過程中，涂料必須經受極端變化在涂料生產、施工和干燥成膜過程中，涂料必須經受極端變化的剪切速率的作用。的剪切速率的作用。 例如，在高速分散時，葉片附近的剪切速率例如，

43、在高速分散時，葉片附近的剪切速率(D)高達高達103104s-1，而在器壁或液面處，近乎靜止而在器壁或液面處，近乎靜止(D=110 s-1)；放入貯罐后，放入貯罐后，D又立即下降到又立即下降到10-30.5s-1，顏料易沉降；，顏料易沉降；施工時，劇涂、噴涂或滾涂的施工時，劇涂、噴涂或滾涂的D又上升到又上升到103s-1以上，某些滾涂施以上，某些滾涂施工甚至高達工甚至高達105s-1；施工以后，濕膜的施工以后，濕膜的D又下降到又下降到1 s-1以下，對涂料的流平、流掛、滲以下，對涂料的流平、流掛、滲透產生影響。透產生影響。在在D大幅度變化時，粘度也從大幅度變化時，粘度也從1.0至至106P發(fā)生

44、極端改變。發(fā)生極端改變。配方各異的涂料的流變曲線配方各異的涂料的流變曲線曲線曲線由于配方不正確，施工時粘度太低，施工后粘度過高由于配方不正確，施工時粘度太低，施工后粘度過高造成流平性差。曲線造成流平性差。曲線涂料配方正確，低剪切速率下，涂料涂料配方正確，低剪切速率下，涂料屈服值屈服值0=410 dyncm-2，貯存時的抗沉降和施工后的抗流掛，貯存時的抗沉降和施工后的抗流掛和流平性均良好；高剪切速率下，粘度在和流平性均良好；高剪切速率下，粘度在13P之間，有良好之間，有良好的施工性能。曲線的施工性能。曲線在施工時粘度太高，涂刷造成拖帶；施在施工時粘度太高，涂刷造成拖帶；施工后粘度太低，造成流掛。工后粘度太低，造成流掛。 由于由于D或或在極端范圍內變化，用一個方程能表述全部范圍內在極端范圍內變化，用一個方程能表述全部范圍內的粘度分布，唯一有效的是的粘度分布，唯一有效的是Casson方程：方程： n指數(shù)指數(shù)(一般為一般為0.5) 涂料在涂料在D104S-1時，顏料的絮凝、膠團聚集或任何其它因素引時，顏料的絮凝、膠團聚集或任何其它因素引起的結構粘度都被破壞消失，此起的結構粘度都被破壞消失，此可近似作為