涂料的流變性及流變性對涂料的質(zhì)量影響

       涂料一般為粘稠液體或粉狀物質(zhì)，可以用不同的施工工藝涂覆在物體表面，干燥后能形成粘附牢固、具有一定的強(qiáng)度、連續(xù)的固態(tài)漆膜，賦予被涂物以保護(hù)、美化和其它預(yù)期的效果。由于涂料在涂裝的過程中，一定要經(jīng)過流體這個(gè)階段，所以流變性能是涂料的一項(xiàng)重要性能。流變學(xué)即是研究物質(zhì)變形和流動規(guī)律的科學(xué)。流變實(shí)際上是一個(gè)內(nèi)涵更為廣泛的術(shù)語，它不僅包括粘度，而且包括粘彈性和塑性。當(dāng)僅討論流體流動規(guī)律時(shí)，可以近似地用粘度來理解流變學(xué)。按大類可以把流體分為牛頓型和非牛頓型。非牛頓型流體又分為剪切速率依存型和時(shí)間依存型。剪切速率依存型是指流體的流動行為隨剪切速率的變化而變化，包括假塑型、脹流型和塑型。時(shí)間依存型是指一定剪切速率下流體隨時(shí)間而變化的流動特性，包括觸變型和震凝型。實(shí)際中的涂料都是非牛頓型的。涂料很難明確地分為剪切速率依存型和時(shí)間依存型，但偏重程度是有判別的。

       在實(shí)際生產(chǎn)中涂料最主要的流變參數(shù)之一是粘度。在涂料的生產(chǎn)、貯存、施工和成膜過程中 , 所受到的力可以分為純剪切、拉伸剪切和簡單剪切等。涂料中側(cè)重于簡單剪切，當(dāng)涂料受到簡單剪切做單向?qū)恿鳎瑢娱g有速度差，若剪切應(yīng)力為τ，剪切速率為D ，則粘度η ＝τ /D ，稱為動力粘度，單位為Pa.s ，常用單位為mPa.s。純剪切和拉伸剪切的研究并不是很多。 在各種剪切條件下都應(yīng)該達(dá)到工藝所要求的粘度。如在貯存中 , 希望體系有較高的粘度 , 防止顏料和填料的沉淀; 在施工時(shí)開始要求體系粘度較低 , 有利于涂膜流平 , 但要求涂膜粘度在一定時(shí)間達(dá)到較高粘度 , 以免涂膜產(chǎn)生流掛和流淌現(xiàn)象。流變性對涂料的質(zhì)量影響如下：

　　1 、流變性與開罐質(zhì)量

　　涂料從生產(chǎn)到使用必然有一段時(shí)間間隔。色漆在這段儲存期內(nèi)發(fā)生顏料沉底，開罐質(zhì)量就降低了。顏料是干膜中的重要組成部分，如果沉底的顏料重新攪拌后未能均勻，或者不能攪起，則必然影響干膜應(yīng)有的質(zhì)量，如色澤等。

　　涂料在靜置時(shí)，由于重力作用于顏料而使其下沉。由此下沉而產(chǎn)生的剪切應(yīng)力約為 1Pa ，剪切速率約為 10 － 3 － 10 － 4 S － 1 。按此估計(jì)，當(dāng)粘度約為 10 3 Pa.s 時(shí)，則沉降速度可以減慢到度過一定的儲存期。當(dāng)然如果使色漆有這么高一個(gè)粘度，在施工的時(shí)候又要降低到較低的粘度，那就必須有一個(gè)足夠高的屈服值或者一定程度的觸變性。但這對某些裝飾性涂料是不合適的。實(shí)際上，以流變性防止顏料的沉底，只是從流變性角度出發(fā)的措施，防止顏料沉底的主要措施是顏料分散穩(wěn)定化。

　　2 、流變性與施工質(zhì)量

       涂料的施工方法較多，不同的施工方法，涂料所受的力不同。例如：刷涂是以簡單剪切為主，輥涂是以純剪切為主，噴涂在未出噴嘴以前是以簡單剪切為主，出噴嘴后主要以拉伸為主。表 2 是按照簡單剪切估計(jì)的一些施工方法以及流平流掛的剪切速率，以便用來估計(jì)在各種施工方法下的合適施工粘度和流平流掛之間的平衡。

       涂料流變性是干膜外觀質(zhì)量的重要影響因素之一，外觀質(zhì)量不僅是為了裝飾，與性能有非常密切的關(guān)系。其他因素如溶劑和表面張力對外觀也有影響，但是在配合施工上，流變性最重要。

　　3 、流變性與顏料分散　　

       顏料的分散過程中，一個(gè)步驟是將顏料的聚集體分離成為初級粒子。這種分離的方法是對研磨料施加剪切力，使研磨料內(nèi)產(chǎn)生的剪切應(yīng)力作用于顏料聚集體，迫使初級粒子分離開來。剪切應(yīng)力越大，則分離效果越好。從η ＝τ /D 來看，對一定的機(jī)械來說， D 是一定的，要提高τ，只有提高η ，即研磨料的粘度。從提高研磨生產(chǎn)率來看，提高研磨料的粘度最好是提高顏料的含量，但提高到臨界堆砌值，就會呈現(xiàn)膨脹流動行為。這時(shí)在剪切下發(fā)生異常流動減少了對顏料聚集體的的剪切幾率，使研磨效率下降，所以提高顏料含量來提高研磨料的粘度也有一個(gè)極限。

　4 、融熔粘度與粉末涂料的流動

　　粉末涂料只有它的熔融體有足夠低的粘度時(shí)才有足夠的流平，對熱固型粉末涂料來說還受膠化時(shí)間的約制。

　　當(dāng)聚合物的鏈長超過了臨界鏈纏繞長度，那么分子鏈間的相互纏繞會使熔融體的粘度增大；所以聚合物的分子鏈要盡量短，但這受儲存穩(wěn)定性的限制。

　　顏料的體積濃度對粉末涂料熔融體的流變性影響很大，較高的體積濃度會使之具有屈服值，又成為限制流動的一個(gè)因素。當(dāng)然，顏料的分散程度對流變性也很有影響，在同一顏料體積濃度下，分散良好的比分散差的有更低的粘度和更少的對屈服值呈現(xiàn)的影響。所以良好的顏料分散對粉末涂料熔融體的流變性非常重要。良好的分散性可以降低顏料含量，轉(zhuǎn)而可以提高流動性。

       如前所述，涂料主要有三部分組成：成膜物質(zhì)、溶劑和填料。這幾種物質(zhì)對涂料流變性的影響主要在低剪切速率方面，在高剪切速率下，所有結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞，所呈現(xiàn)的粘度接近樹脂溶液本身和分散顆粒對粘度的影響，樹脂溶液是接近牛頓流體的，它的粘度是樹脂在溶液中的形態(tài)和濃度所形成的。在低剪切速率方面，顏料的絮凝，各種助劑的存在，所形成的結(jié)構(gòu)使粘度變化很大。高低剪切速率下的粘度配合，使涂料有一個(gè)符合儲存和施工所需的流變性能。