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水性涂料的流变与粘度原来可以这么理解!

全球涂料生态圈 发表于 2018-12-08 18:00:00

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 流变学是研究流体流动和变形的科学所以听起来有点炫酷有没有?下面这张炫目的色彩流动的图片跟这期要与大家分享的  流变粘度  还是有些许关系的……

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,最终会影响涂膜性能,研究涂料的流变性对涂料的体系选择、配方设计、生产、施工,提高涂膜性能具有指导意义。要做好水性涂料,首先,我们要搞清楚什么是粘度!

怎样理解粘度?

涂料的流变性能与涂料在不同条件下的粘度有关。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。 


牛顿流体的流动示意图


粘度不随剪切速率变化的流体称为牛顿流体,粘度随剪切速率变化的流体称为非牛顿流动,非牛顿流体又可分成假装塑性流体,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,触变性流体的粘度随着剪切时间的延长而降低,涂料大都为非牛顿流体。 



哪些因素在影响粘度?

影响涂料粘度的主要因素温度、聚合物浓度,分子量大小及其分布,溶剂粘度等。 溶液的粘度随温度升高而降低,其关系可用下式表示:

实际应用中涂料的粘度与聚合物的浓度之间的关系可用下式表示,

式中,nr为相对粘度,w为溶质的质量分数,Ka和kb为常数,Ka和kb 可以通过作图或者计算求出,该式适用于低分子量聚合物的溶液。 对于聚合物良溶剂的稀溶液,可以用Mark-Houwink方程表示:

 式中 [n]为特性粘度,Mw为聚合物的平均分子量;K和a为常数。测定涂料粘度方法很多,常用的有斯托默粘度计、布鲁克菲尔德粘度计、旋转同心圆筒式粘度计、旋转圆筒杯式粘度计、锥板粘度计等。 

涂料流动方程

涂料在制备、贮存、施工和成膜阶段经受不同的剪切速率的作用。分散过程中搅拌下的剪切速率约为103-104s-1,而器壁经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的范围,颜料有可能沉降下来,在施工中,刷涂、喷涂或辊涂的剪切速率至少在103 s-1以上,甚至达到105 s-1;施工后,剪切速率立即下降到1 s-1以下,为此涂料总被设计和配制成非牛顿流体,以满足性能要求。 


        三种典型涂料的剪切速率与粘度的关系见下图:

以涂料生产、施工中剪切速率的对数为横坐标,粘度为纵坐标作图描述涂料的流变性能,上图表示三种涂料在不同剪切速率下的粘度变化情况。我们可以做出如下分析:


高剪切速率区,涂料的流动行为主要受基料、溶剂和颜料的影响,在低剪切速率区,涂料的流动行为主要由流变剂,颜料的絮凝性质和基料的胶体性质所决定。 

当涂料施工后,不可避免地产生条痕,如果流平得很快,条痕就能够消失,流平过程的推动力是涂料的表面张力。


当涂料在垂直底材表面上施工时,由于重力的作用,涂料会向下流动,过度的向下流动会造成涂料的流挂。涂料具有最好的流平性和最低的流挂性是我们所希望的,但降低涂料的粘度有助于流平,却也加速流挂;增加涂层的厚度有助于流平,却又导致流挂。


最后要提醒大家的是:目前的研究表明,只有具有合理屈服值的假塑性涂料体系,才能同时满足上述要求。 所以,看问题也不能完全照搬教科书哦!



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