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涂料的流變性能對(duì)涂料的生產(chǎn)、貯存、施工和成膜有很大的影響,最終會(huì)影響涂膜性能,研究涂料的流變性對(duì)涂料的體系選擇、配方設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工,提高涂膜性能具有指導(dǎo)意義。要做好水性涂料,首先,我們要搞清楚什么是粘度!
怎樣理解粘度?
涂料的流變性能與涂料在不同條件下的粘度有關(guān)。設(shè)面積為A、距離為dχ的兩層液體,在剪切力F的作用以下一定的速度差dν作平行流動(dòng),單位面積所受的力(F/A)稱為剪切力(τ),速度梯度(dν/dχ)稱為剪切速率(D),剪切力與剪切速率的比值(τ/D)稱為粘度(η),是液體抵制流動(dòng)的量度。
粘度不隨剪切速率變化的流體稱為牛頓流體,粘度隨剪切速率變化的流體稱為非牛頓流動(dòng),非牛頓流體又可分成假裝塑性流體,脹流性流體和觸變性流體。假塑性流體的粘度隨著剪切速率的增加而減。辞辛ψ兿〉牧黧w),脹流性流體的粘度隨著剪切的速率的增加而增大,觸變性流體的粘度隨著剪切時(shí)間的延長(zhǎng)而降低,涂料大都為非牛頓流體。
哪些因素在影響粘度?
影響涂料粘度的主要因素溫度、聚合物濃度,分子量大小及其分布,溶劑粘度等。溶液的粘度隨溫度升高而降低,其關(guān)系可用下式表示:
實(shí)際應(yīng)用中涂料的粘度與聚合物的濃度之間的關(guān)系可用下式表示,
式中,nr為相對(duì)粘度,w為溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù),Ka和kb為常數(shù),Ka和kb 可以通過(guò)作圖或者計(jì)算求出,該式適用于低分子量聚合物的溶液。 對(duì)于聚合物良溶劑的稀溶液,可以用Mark-Houwink方程表示:
式中 [n]為特性粘度,Mw為聚合物的平均分子量;K和a為常數(shù)。測(cè)定涂料粘度方法很多,常用的有斯托默粘度計(jì)、布魯克菲爾德粘度計(jì)、旋轉(zhuǎn)同心圓筒式粘度計(jì)、旋轉(zhuǎn)圓筒杯式粘度計(jì)、錐板粘度計(jì)等。
涂料流動(dòng)方程
涂料在制備、貯存、施工和成膜階段經(jīng)受不同的剪切速率的作用。分散過(guò)程中攪拌下的剪切速率約為103-104s-1,而器壁經(jīng)受到的剪切速率只有1-10s-1,物料放出后,剪切速率可立即下降到10-3-0.5 s-1的范圍,顏料有可能沉降下來(lái),在施工中,刷涂、噴涂或輥涂的剪切速率至少在103 s-1以上,甚至達(dá)到105 s-1;施工后,剪切速率立即下降到1 s-1以下,為此涂料總被設(shè)計(jì)和配制成非牛頓流體,以滿足性能要求。
以涂料生產(chǎn)、施工中剪切速率的對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo),粘度為縱坐標(biāo)作圖描述涂料的流變性能,上圖表示三種涂料在不同剪切速率下的粘度變化情況。我們可以做出如下分析:
高剪切速率區(qū),涂料的流動(dòng)行為主要受基料、溶劑和顏料的影響,在低剪切速率區(qū),涂料的流動(dòng)行為主要由流變劑,顏料的絮凝性質(zhì)和基料的膠體性質(zhì)所決定。
當(dāng)涂料施工后,不可避免地產(chǎn)生條痕,如果流平得很快,條痕就能夠消失,流平過(guò)程的推動(dòng)力是涂料的表面張力。
當(dāng)涂料在垂直底材表面上施工時(shí),由于重力的作用,涂料會(huì)向下流動(dòng),過(guò)度的向下流動(dòng)會(huì)造成涂料的流掛。涂料具有最好的流平性和最低的流掛性是我們所希望的,但降低涂料的粘度有助于流平,卻也加速流掛;增加涂層的厚度有助于流平,卻又導(dǎo)致流掛。