涂料化学第五章涂料中的流变学与表面化学分析.ppt

;主要内容 涂料中的流变学与表面化学;概述 涂料中的流变学与表面化学;5.1 涂料中的流变学问题;非牛顿流体;1、黏度与牛顿型流体;牛顿流体的流动示意图 ;牛顿流体的流动和粘度特性曲线如图所示。;2、非牛顿型液体;触变性流体：当假塑性流体的流动行为与其历史有关，即对时间有依赖时，称触变性流体。即触变型流体的粘度与剪切历程有关，经受剪切的时间越长，其粘度越低，直到某一下限值。一旦释去剪切力，粘度又回升，由于原始结构已遭破坏，必须经过一定的时间，才能恢复到原始值。 涂料体系的触变性在施工时的高剪切速率下有较低粘度，有助于流动并易于施工；在施工后的低剪切速率下，有较高粘度，可防止颜料沉降和湿膜流挂。非牛顿流体剪切应力随剪切速率变化情况如下： ;触变性起因是在静止时体系内有某种很弱的网状结构形成，在剪切力作用下被破坏，一旦力被撤去，网状结构恢复。 触变性在涂料中起到很好的作用，如在高剪切速率时（刷涂时），黏度低，可方便地涂刷并使涂料有很好的流动性，低剪切速率时，（静止或刷涂后），具有较高的黏度，防止流挂和颜料的沉淀。;;5.1.2 分散体系的黏度;1）Ke爱因斯坦因子，分散体系为球形，其值为2.5。 2）η和聚合物本身性质及溶剂性质有关。确定的高聚物和使用溶剂，η0不变。 3）Vi为分散体（内相）在体系中所占体积分数。乳胶粒子外层吸附一层乳化剂和水，颜料外层吸附一层树脂，增加了内相的体积，粒子越细，吸附量越多，Vi大大增加。所以体积相同时，粒子越细，黏度越大 4）φ是堆积因子，当分散体大小相同时的球体，其值为0.639。在剪切力的作用下，可以变形，φ值增加，Ke值减少，式中第二项减少，黏度下降。 ;式中的黏度只和分散粒子的大小、形状与含量有关，而与相对分子质量的大小与分布无关。;;影响涂料粘度的主要因素有温度、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：;对于聚合物良溶剂的稀溶液，可以用Mark-Houwink方程(马克-霍温克公式）表示：;三、涂料流动方程;下图是三种典型涂料的剪切速率与粘度的关系 ;???料1的配方不合理，它在施工时粘度过低，施工后粘度过高，导致流平性较差。 涂料2表示的涂料较合理，低剪切速率下该涂料的屈服值τ0在0.4~1Pa之间，保证涂料有较好的贮存稳定性以及施工后的流平性，不致产生过多的流挂。高剪切区，该涂料的粘度在0.1~0.3Pa· s之间，从而确保涂料有较好的施工性能。 涂料3的配方也不合理，施工时粘度过高，会产生刷涂拖带现象；施工后粘度过低，从而产生过多的流挂。;;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，由于重力作用，涂料会向下流动，过度向下流动会造成涂料流挂。 涂料应具有最好的流平性和最低的流挂性。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。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。 ;5.2 表面化学;2、表面张力也可看作是表面自由能;5.2.2 润湿作用与接触角;沾湿;如涂料液滴有效的附着在基材表面。 自由能变化是△G=γSL-（γSG+γLG） 令-△G= Wa Wa称为黏附功，若Wa＞0，此过程可进行。 若上述过程的固体改为液体，则可得另一公式，即 △G=0-（γLG+γLG）=-2γLG 令Wc=-△G Wc称为内聚功，反映液体自身结合的牢固度，是液体分子间作用力大小的表征。 ; 浸湿是指固体浸入液体中的过程，其实质是固—气界面被固—液界面所代替。;3、铺展;（2）固体表面张力常数常难以测定，能否润湿，常用接触角做标准，接触角是三相交界处在液体中量得的角，以θ表示。 例：常见的液体和固体接触，会形成界面夹角，称为接触角，它是衡量液体对固体润湿程度的一个标志。;当液滴在固体表面上平衡时，平衡接触角与固/气，固/液，液/气界面自由能有如下关系。 杨氏方程：γSG-γSL=γLGcosθ 式中 γLG：液体、气体之间的界面张力 γSG：固体、气体之间的界面张力 γSL：固体、液体之间的界面张力 θ：固体、液体之间的接触角;将含接触角的润湿方程用于上述各式，可得 Wa=γLG(1+cosθ) Wi=γLGcosθ S=γLG(cosθ-1) Dr.A.Capelle 等指出：润湿效率BS=γ固-气—γ固-液 , 即 BS = γ液-气cosθ 由此得出：接触角越小，润湿效率越高。 式中表明：配方固定后，降低基料粘度和使用润湿剂来降低颜料和基料之间的界面张力以缩小接触角可以提高