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從實(shí)驗(yàn)探討分析了解，依據(jù)工業(yè)漆體積固體含量，能夠計(jì)算出涂料在不相同干膜厚度的理論涂刷面積，并進(jìn)而退出工程涂料理論用量。本文從計(jì)算方法定義、公式推導(dǎo)、實(shí)例驗(yàn)證三個(gè)部分研究分析得出工業(yè)漆體積固含量的計(jì)算方式，該計(jì)算辦法在配方設(shè)計(jì)及涂料施工應(yīng)用方面具有非常重要的指導(dǎo)作用。
一直以來(lái)，人們分析探討金屬腐蝕的機(jī)理和規(guī)律，并應(yīng)用不同的技術(shù)對(duì)金屬加進(jìn)行維護(hù)。而避免腐蝕發(fā)生、延長(zhǎng)金屬材料的使用壽命一直都是一個(gè)世界性的研究課題 [1] �，F(xiàn)今為止，在金屬表面上涂刷防腐涂料是廣泛認(rèn)同的能夠延長(zhǎng)金屬材料應(yīng)用壽命的辦法。而涂料種類(lèi)、工藝配套、施工質(zhì)量等都對(duì)防腐質(zhì)量有很大的影響。隨著工業(yè)漆的不斷發(fā)展，涂裝業(yè)也趨于專(zhuān)業(yè)化。本文主要探討的體積固含量是涂裝業(yè)里的非常重要的問(wèn)題，它是指干膜體積與濕膜體積的比值 [2] 。 根據(jù)體積固含量， 人們?cè)谕垦b前能夠計(jì)算涂料在不同干膜厚度下的理論涂刷面積， 即體積固含量 × 10 ÷ 厚度 = 理論涂刷面積(m 2 /L)，進(jìn)而推算工程的涂料理論用量。由此可見(jiàn)，體積固含量在工業(yè)涂料及其涂裝業(yè)里具有非常重要的影響。
體積固含量計(jì)算方法
一、定義法
二、反算法測(cè)量體積
1、公式推導(dǎo)
由方法 1 知，
V% = (V1 /V2 ) × 100% = (A × δ1 ) / V2 × 100%，即
V%/δ 1 = (A/V2 ) ×100% (1)
式(1)中，A/V 2 (單位是 m 2 /m 3 )表示每體積涂料可涂刷的面積。若式(1)中各物理量的單位以工程常用單位表示，則可得
V% = (A/V2 ) × δ1 /1 000 (2)
其中，δ 1 單位是 μm，A/V2 單位則是 m 2 /L(即工程應(yīng)用所熟悉的理論涂刷面積，TSR)。所以，只要計(jì)算出相應(yīng)厚度的 TSR，即可得出該涂料的體積固含量。
2、 涂料理論涂刷面積(TSR)的測(cè)定
先在感量為 0.01 g 的天平上稱(chēng)出已知面積(A)的鋼板質(zhì)量(M 1 ) [3] ，然后將涂料均勻噴涂、制板，立即稱(chēng)出噴涂后的鋼板質(zhì)量(M 2 )，則涂料理論涂刷面積TSR = A/(M 2 ? M 1 )。因其標(biāo)準(zhǔn)單位是 m 2 /kg，故需要測(cè)出該涂料的濕膜密度 ρ 2 (kg /L，下同)。
由于 m 2 /kg × kg/L = m 2 /L，故
A/V 2 = A/(M 2 ? M 1 ) × ρ 2 。
將計(jì)算所得的 TSR 代入式(2)中(相應(yīng)厚度已測(cè)出)，即可算得涂料的體積固含量。值得注意的是，用噴涂法制板時(shí)，施工中有時(shí)需稀釋涂料，故在計(jì)算時(shí)需考慮稀釋量。如上述涂料稀釋量是 Y，則所噴的涂料用量就不是(M 2 ? M 1 )，而是(M 2 ? M 1 ) × (1 ? Y)。與方法 1 類(lèi)似，反算法的誤差主要是在檢測(cè)涂料的理論涂刷面積 TSR 和測(cè)量厚度過(guò)程中產(chǎn)生。
3、 體積相加法
根據(jù)定義 V% = (V 1 /V 2 ) × 100%，將 V 1 看作由各固體分體積相加。為方便計(jì)算，設(shè)某涂料濕膜質(zhì)量是m 2 (相應(yīng)的濕膜密度為 ρ 2 ，下同)，各固體分質(zhì)量分別是 m a (相應(yīng)的密度為 ρ a )、 m b (相應(yīng)的密度為 ρ b )、 m c (相應(yīng)的密度為 ρ c )……，則
V 1 = m a /ρ a + m b /ρ b + m c /ρ c + ……
V 2 = m 2 /ρ 2 ，即
V% = (V 1 /V 2 ) × 100%
= (m a /ρ a + m b /ρ b + m c /ρ c + ……) × (ρ 2 /m 2 ) × 100%
對(duì)于熟悉涂料配方的研發(fā)人員來(lái)說(shuō)，體積相加法是一種不錯(cuò)的理論計(jì)算方法。該方法產(chǎn)生的誤差來(lái)源主要是在計(jì)算固體體積時(shí)，干膜體積 V 1 被簡(jiǎn)單地看作是各固體分體積的相加。事實(shí)上，由于分子間隙等原因，各固體分混合后，其實(shí)際干膜體積會(huì)略小于各固體分體積之和。
4、 揮發(fā)物體積固含量法
設(shè) V(揮)%為涂料中揮發(fā)物體積與濕膜體積的比值(即揮發(fā)物體積固含量)，則非揮發(fā)物的體積固含量V% = 1 ? V(揮)%。與 2.3 方法類(lèi)似，V(揮)%等于涂料中各揮發(fā)物體積含量相加，計(jì)算方法不作詳細(xì)討論。當(dāng)體系中揮發(fā)物成分較單一，或者各揮發(fā)物成分密度接近時(shí)，則可使用下面的方法計(jì)算 V(揮)%。
首先， 測(cè)得涂料中的質(zhì)量固體含量 m%， 那么揮發(fā)物的質(zhì)量含量就是 1 ? m%，揮發(fā)物的密度 ρ 可以取各成分的密度平均值，或直接取含量最大的揮發(fā)物的密度作為密度平均值(如對(duì)于水性涂料，可直接取水的密度作平均密度)，這樣就不難算出 V%了。
V% = 1 ? V(揮)%
= 1 ? [m 2 (1 ? m%)/ρ]/(m 2 /ρ 2 )
= 1 ? (1 ? m%)ρ 2 /ρ
上式中，m%─質(zhì)量固含量，m 1 ─干膜質(zhì)量，m 2 ─濕膜質(zhì)量，ρ 1 ─干膜密度，ρ─揮發(fā)物平均密度，ρ 2 ─濕膜密度。
揮發(fā)物體積固含量法出現(xiàn)的誤差是揮發(fā)物的密度實(shí)際上并不等于各揮發(fā)物密度的平均值，而是等于各揮發(fā)物密度與其在揮發(fā)物中含量的乘積之和。但是，揮發(fā)物成分較為單一或其中一種揮發(fā)物所占比例較大的情形下，上述算法很實(shí)用。
5、 用密度法測(cè)量體積固含量
由 V% = (V 1 /V 2 ) × 100%，得
V% = (m 1 /ρ 1 )/(m 2 /ρ 2 ) × 100%
= (m 1 / m 2 ) × (ρ 2 /ρ 1 )
= m% × (ρ 2 /ρ 1 )
V% = m% × (ρ 2 /ρ 1 )所表示的物理意義就是涂料的固體體積固含量等于該涂料的質(zhì)量固含量乘以濕膜密度與干膜密度的比值。
上式中，質(zhì)量固含量 m%與濕膜密度 ρ 2 都可以通過(guò)常規(guī)檢測(cè)得出，對(duì)于干膜密度 ρ 1 ，有兩種測(cè)算方法：
(1) 根據(jù)濕膜體積等于干膜體積與揮發(fā)物體積之和，得 m 2 /ρ 2 = m 1 /ρ 1 + (m 2 ? m 1 )/ρ。各變量可以通過(guò)計(jì)算或檢測(cè)得出，這樣就不難計(jì)算出 ρ 1 的值了。
(2) 根據(jù)阿基米德定律 [4] ， 用細(xì)鋼絲將干漆膜懸掛在天平鉤上，將試樣全浸入水中，稱(chēng)得其水中的質(zhì)量(精確到 mg)， 再按公式(涂料固體分密度 = 空氣中干漆膜質(zhì)量 ÷ (空氣中干膝膜質(zhì)量 ? 在水中稱(chēng)得的質(zhì)量 + 懸掛線(xiàn)質(zhì)量)計(jì)算。該公式的物理意義就是利用質(zhì)量/體積的原理得出所求的結(jié)果。但須注意在水中稱(chēng)重時(shí)，漆膜表面及夾層間的汽泡應(yīng)驅(qū)盡，否則測(cè)得密度偏低。
工程應(yīng)用時(shí)， 只需要測(cè)出質(zhì)量固含 m%與濕膜密度ρ 2 ，即可利用該方法快速計(jì)算出體積固含量。與 2.4 所述的揮發(fā)物體積固含量法一樣，該方法的缺點(diǎn)是揮發(fā)物的密度實(shí)際上并不等于各揮發(fā)物密度的平均值，而是等于各揮發(fā)物密度與其在揮發(fā)物中含量的乘積之和。
三、 實(shí)例驗(yàn)證
上述計(jì)算方法可用實(shí)例來(lái)驗(yàn)證其可行性。如有一水性乳膠型防腐漆，其參數(shù)如表 1 所示。
某水性乳膠型防腐漆參數(shù)
用上述不同方法分別計(jì)算其體積固含量：
(1) 根據(jù) 2.1 方法。 通過(guò)干、 濕膜儀器多點(diǎn)測(cè)試求
平均值，δ 1 = 35 μm，δ 2 = 89 μm，則
V% = (δ 1 /δ 2 ) × 100% = 35/89 × 100% = 39.33%
(2) 根據(jù)2. 2方法。已知質(zhì)量涂刷面積是8.31 m 2 /kg，
其體積涂刷面積是 8.31 × 1.35 = 11.22 (m 2 /L)，則
V% = (A/V 2 ) × δ 1 /1 000
= 11.22 × 35/1 000
= 39.27%
(3) 根據(jù) 2.3 方法。V 1 為表 1 各固體分體積的和，即 V 1 = 2.38 + 2.57 + 7.03 + 16.96 + 0.17 = 29.11 (cm 3 )，V 2 為濕膜質(zhì)量(100 g，見(jiàn)表 1)與濕膜密度(1.35 g/cm 3 ，見(jiàn)表 1)之比，即
V 2 = 100/1.35 = 74.07 (cm 3 )
V% = (V 1 /V 2 ) × 100% = 29.11/74.07 × 100%
= 39.30%
(4) 由表 1 可知，揮發(fā)物的體積[V(揮)]由水、樹(shù)脂揮發(fā)物和其他揮發(fā)物體積相加所得。其中，樹(shù)脂中的揮發(fā)物是水，故樹(shù)脂揮發(fā)物的體積是36 × 51% ÷ 1，則
V(揮)% = V(揮)/V 2 × 100%
= (23 + 36 × 51% ÷ 1 + 3.5) ÷ 74.07 × 100%
= 60.56%
V% = 1 ? V(揮)%
= 1 ? 60.56%
= 39.44%
或由表 1 算出質(zhì)量固含量：
m 1 = 10 + 9 + 18 + 36 × 49% + 0.5
= 55.14 (g)
即 m% = 55.14%，則
V(揮)= (100 ? 55.14)/1
= 44.86 (cm 3 )
V% = [1 ? V(揮)] × 100%
= [1 ? 44.86/74.07] × 100%
= 39.44%
(5) 根據(jù) 2.5 方法。質(zhì)量固含 m% = 55.14%，則
ρ 1 = m 1 /V 1
= 55.14/(74.07 ? 44.86)
= 1.89 (g/cm 3 )
V% = m% × (ρ 2 /ρ 1 )
= 55.14% × 1.35 ÷ 1.89
= 39.38%
4 總結(jié)
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：體積相加法、揮發(fā)物體積固含量法、密度法與公式推導(dǎo)都較為接近，可確定此理論計(jì)算辦法可行應(yīng)用。并且對(duì)該涂料體積固含量進(jìn)行判定，即該涂料體積固含量在 39% ~ 40%之間。
5 研究展望
在常規(guī)施工操作過(guò)程中，施工方會(huì)依據(jù)涂料廠(chǎng)家給的體積固含量來(lái)大約估算涂料使用量，進(jìn)而能夠?qū)Ρ韧苛系男詢(xún)r(jià)比。筆者多年的施工經(jīng)驗(yàn)了解，很多涂料廠(chǎng)家為獲得涂料強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，往往會(huì)給出比較大的體積固含量，這樣會(huì)誤導(dǎo)買(mǎi)方。
