涂料化学—第5章 涂料中的流变学与表面化学讲解
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涂料流平应用了流变学与界面学原理,涂料流动性差,触变性强,流不平属于流变学问题;涂料在基材表面铺展或收缩(润湿或不润湿)行为属于界面学行为。
一般涂料的低表面张力有利于对基材的润湿与铺展,但对流平无益;高表面张力有利于涂料的流平。
涂料出现流平问题时,一般从流变学与界面学两方面入手解决。
涂料研究者研究总结有如下涂料流平经验方程式:其中a——涂层波峰的幅度(高度)σ——涂料的表面张力η——涂料黏度h——涂层厚度或高度t——涂层涂料流平时间λ——波长或波峰之间的距离C——常数涂料流平与涂料黏度、表面张力、湿膜表面的规则程度或起伏度、涂层厚度、流动时间等有关。
较低的涂料黏度、较高的涂料表面张力、厚涂层、较长的流动时间、以及较小的需流平的痕迹或距离,涂层流平将更好。
涂料流平经验方程式涂料涂于物体的垂直表面上,出现泪痕或垂幕现象,表现为涂膜厚薄不均,通常竖立面涂层上面涂层薄,下面涂层厚,涂膜缺乏平整。
平面涂层则涂膜边缘不整齐,不该覆盖的部位被覆盖了。
流挂原因:涂料太稀、黏度过低涂料低剪切黏度过低,流平性过好涂料施工蘸漆料过多,涂膜施工过厚涂料施工表面处理不彻底,有残留油、水等预防流挂:适当提高涂料黏度调整涂料的流变性,适当提高涂料低剪切黏度涂料施工根据涂料黏度的不同选用适当的工具,一般低黏度的涂料选用软的长毛滚筒,粘稠的涂料选用硬、短毛滚筒涂刷施工蘸漆要均匀、适量,薄涂多层彻底处理好基材表面,基材表面要求清洁、干燥、和牢固流挂的原因很多,如漆料太稀、漆膜太厚、施工现场温度太高而涂料本身干性太慢、涂料中含重质颜料过多或附着力太差等,这都会造成流挂。
作为汽车涂料,其流挂、流平、遮盖、附着等性能应该是可以的,在施工中出现这个问题主要有两个原因:1.偷工减料,本来要求是漆料不能太稠,不求一次就能遮盖,要分几次甚至是十几次喷涂,每次漆膜不能太厚,前道漆干透后才能再喷涂。
施工中为了省稀料,也为了少喷几次,就往往用稠漆,一次喷得太厚。
涂料化学(仅供参考)题型:名词解释;简答;问答;反应方程式;第一章绪论1、涂料的功能?⑴装饰作用:家庭环境⑵保护作用:金属防腐⑶标志作用:交通标志⑷特殊功能:导电,导磁,温控,伪装与隐形2、涂料的基本组成及其作用?成膜物:成膜物的性质对涂料的性能(如保护功能,机械功能)起主要作用;颜料:颜料起遮盖和赋色作用,以及增强,赋予特殊性能,改善流变性能,降低成本的作用;溶剂:用于改善涂料的可涂布性,帮助成膜物/颜料混合物转移到被涂物表面上;助剂:用于改善生产过程,提高产品质量和产量或是为产品赋予产品某种特有的应用性能。
3、涂料助剂的分类?⑴对涂料生产过程发生作用的助剂如消泡剂,润湿剂,分散剂,乳化剂⑵对涂料储存发生作用的助剂如防结皮剂,防沉降剂⑶对涂料施工过程发生作用的助剂如催干剂,固化剂,流平剂,防流挂剂⑷对涂料膜功能发生作用的助剂如增塑剂,平光剂,防霉剂,阻燃剂,防静电剂4、试从能源、材料及环境角度出发,谈涂料发展方向⑴从能源角度看:在保证质量的前提下,降低烘烤温度或缩短烘烤时间,即“低温快干”也是涂料发展的一个方向;⑵从材料角度看:研究高固体份涂料,水性涂料,无溶剂涂料(粉末涂料和光固化涂料),低表面能塑料用涂料,国防工业用耐高温涂料等特殊性能的专用涂料;⑶从环境角度看:应发展无毒、低污染的涂料。
第二章漆膜的形成及其有关的基本性质1、为什么明显结晶聚合物一般不能作为涂料用成膜物?①漆膜会失去透明性,因为聚合物中晶区和非晶区同时存在,折射率不同;②明显结晶作用会使聚合物的软化温度提高,软化范围变窄,流平性不好易产生流挂;③明显结晶作用会使聚合物不溶于一般溶剂,只有极强溶剂才有可能使其溶解,在某些情况下,甚至强极性溶剂也无效;④明显结晶会使漆膜的附着力下降2、涂料用聚合物的结构特点?(综合题)①非晶聚合物;②分子量分布窄,分子量要适中;③制成共聚物,破坏规整性;④支化,超支化聚合物(分子间距大,粘度小)3、影响涂料黏度的因素?(综合题)相对分子量↑,相对分子量分布,溶质的质量分布,溶剂的性质,大分子结构,温度↓,填料,氢键,剪切力。
涂料中的流变学基础知识和应用流变学是描述物体在外力作用下产生流动和形变规律的科学。
一、简单配图交代以下三个基本概念“剪切应力”“剪切速率”“粘度”1、剪切应力是物体单位面积切线上受到的力2、剪切速率是物体层间移动快慢的表征举个栗子比如刷0.5mm厚的漆,涂刷时剪切速率的计算:3、粘度是流体内部阻碍其流动的程度大小公式上:粘度=剪切应力/剪切速率粘度的国际标准单位是帕斯卡.秒而涂料行业通用单位是泊(厘泊cP)换算一下:1Pa.S=1000cP二、下面根据这三个概念介绍流体的种类最常见的是牛顿流体(水,大部分有机溶剂等)特点是:剪切应力与剪切速率的关系呈直线正相关,在给定温度下流体粘度与剪切速率无关。
见下图非牛顿流体的粘度受剪切速率的影响假塑性(塑性)流体:粘度随剪切速率的增加而降低(称为剪切变稀)膨胀性流体:粘度随剪切速率的增加而升高(称为剪切变稠)触变性:剪切变稀,随着剪切时间延长粘度继续降低震凝性:剪切变稠,随着剪切时间延长粘度继续升高总结到下表三、涂料生产应用中的流变学运用涂料在生产施工的整个过程中,所受剪切情况大致如下1、涂料在生产制备阶段,颜填料的分散多在较高的剪切速率下进行。
较低的研磨粘度或分散速率导致涂料内部呈湍流状,颜填料分散不均匀容易导致颜料团聚,从而影响涂膜遮盖力光泽等性能。
2、在涂料储存过程中,剪切速率特别小。
此时颜填料及其他固体物质在重力的作用下一直下沉到容器底部,这个过程称为沉降。
涂料沉降发生在低剪切速率的情况下,所以提高低剪切速率下涂料的粘度对防止颜料沉淀至关重要。
——平衡颜填料粒径分布(采用小粒径代替大粒径)——尽量降低溶剂和表面活性剂的用量,因为他们会降低低剪切速率下的涂料粘度——选择合适增稠剂3、涂料施工中的沾漆与粘度的关系——中等剪切速率下的操作状态当涂料非常粘稠,静置在罐内时就结构化,这样的涂料难以涂装但是,涂料在罐中非常稀的话,会导致涂料再刷滚转移中滴落,施工时垂直表面容易流挂,辊涂时容易飞溅。
涂料的流变及流变剂能够改善涂料流变性能的助剂称为流变改性剂,也称为流变剂。
一般的说,流变剂能够改善涂料的稳定性和涂装性,提高涂膜质量。
如:防止涂料贮存过程中颜、填料的沉淀,避免涂装过程中涂料的溅落、流挂,改善涂膜的流平性能等。
从流变学的观点来看,流变剂还分成触变性流变剂和假塑性流变剂,二者之间的差别在于外加剪切力撤除后体系结构恢复的速度。
这一特性是涂料流动和流平的主要影响因素。
假塑性流变剂由于具有极快的结构恢复速度,在外加剪切力去除后几乎立即恢复结构粘度,因而有利于涂料的防沉降和防流挂,但用量高时会对流动和流平产生不利的影响,并进而影响涂膜质量,如刷痕过重、喷涂时雾化不良等。
典型的假塑性流变剂是气相二氧化硅、可溶性蓖麻油和聚烯烃浆等。
触变型流变剂在外加剪切力去除后能够显示实时相关的结构恢复速度,用之于涂料中即能得到满意的抗流挂性,又不会损失流动和流平性,在涂料中的应用效果优于假塑性流变剂。
这类流变剂主要有有机粘土和氢化蓖麻油基有机蜡等。
触变性与填料的形状有关,粒子纵横比(aspectratio)越大,尺寸越小,触变性效果就越高。
一、气相二氧化硅。
气相二氧化硅是较早使用的流变剂,但现在使用的该产品在性能上有了较大提高。
气相二氧化硅为固体粉末,是球形微粒的集合体,其分子上含有羟基基团,能够吸附水分子和极性液体。
球形颗粒表面有硅醇基。
当气相二氧化硅分散于基料溶液中时,相邻球形颗粒之间的硅醇基团因氢键结合而产生疏松的晶格,形成三维网络结构,产生凝胶作用和很高的结构黏度。
在受到剪切力作用时,因氢键结合力很弱,网络结构破坏,凝胶作用消失,黏度下降。
剪切力去除后又能恢复原来静止时的形状。
气相二氧化硅在涂料中的用量视最终粘度要求和不加气相二氧化硅前涂料的粘度情况而定,一般为涂料总量的0.5%~3.0%(质量分数)。
气相二氧化硅在使用时易受涂料溶剂的影响,在非极性溶剂中的效果最好。
在极性溶剂中液体的分子和二氧化硅颗粒间吸引力增大,很难形成疏松的网络结构。
《涂料》课程教学大纲
一、课程基本信息
学时:24
学分:1.5
考核方式:考查,平时成绩占30%
中文简介:涂料是高等工科院校高分子材料等专业的一门的专业选修课,是培养工程技术人才的整体知识结构及能力结构的重要组成部分。
学习本课程的目的是使学生掌握涂料化学的相关知识的基本理论原理、基本知识和技能。
课程的任务学习必要的涂料化学基础知识和基本理论,并通过与课程相结合的实验,使学生掌握有关涂料化学的基本理论、基本反应和基本实验技术,为毕业生在工作上进一步发展创造必要的条件。
课程的教育内容是专业教育,隶属于专业特色课,定位于专业基础知识领域的一般知识单元。
二、教学目的与要求
通过本课程的学习,使学生了解涂料的概况,掌握涂料树脂的种类和合成方法,熟悉涂料的应用领域,使学生能够阅读相关文献资料,并具有初步开发涂料产品的能力。
三、教学方法与手段
课堂讲解和实验相结合,尤其在实习工厂中进行生产体验
五、推荐教材和教学参考资源
推荐教材:
1姜英涛.涂料基础.北京:化学工业出版社,2004
2.周强.涂料化学.北京:化学工业出版社,1998
3.洪啸吟.涂料化学.北京.科学出版社,2003。
涂料流变学概论
涂料流变学是应用物理学到涂料领域的一门学科,其主要研究的是涂料的物理性能及其流变特性,它的目的是更好地控制涂料的流变过程,从而使涂料具有良好的涂料性能,以满足实际工程应用的需求。
涂料流变学主要包括涂料流变机理研究、涂料流变性能测试和涂料流变模型建立三个方面。
涂料流变机理研究是涂料流变学的核心内容,主要研究涂料流变过程中的机械和化学机理,包括反应物间的相互作用、涂料的分子动力学以及分子间的相互作用等。
涂料流变性能测试是衡量涂料流变性能的重要方法,主要包括涂料的黏度变化、流变行为、固结行为、气体和液体的比重、表观粘度等性能指标的检测研究。
涂料流变模型建立是涂料流变学研究的一个重要方面,该模型可以根据已有的实验研究成果,建立符合实际涂料流变现象的流变模型,为涂料的工艺设计提供有效的理论支持。
此外,涂料流变学还可以结合其他学科,如有机化学、高分子物理和分析化学,进行协同研究,从而更好地发掘涂料的性能优势,为涂料的研究与应用提供有价值的参考。
例如,可以利用高分子物理技术,定量描述涂料中分子结构的变化,并利用有机化学技术,研究涂料聚合体中反应物之间的相互作用,以及涂料中溶剂的流变特性,以更好地提升涂料的流变能力。
总之,涂料流变学是一门多学科交叉的学科,其目的是探索和研究涂料的流变行为,从而更好地控制涂料的流变性能,使其具有良好的涂料性能,以满足实际工程应用的需求。
涂料流变学的研究主要包
括涂料流变机理研究、涂料流变性能测试和涂料流变模型建立等研究内容,这些研究内容还可以和其他学科的理论和技术,如有机化学、高分子物理和分析化学等进行协同研究,从而为涂料科学、技术研究和应用提供重要的理论支撑。
流变学原理在涂料中的应用1. 引言涂料是一种广泛应用于建筑、汽车、电子等行业的重要材料,它能够为物体表面提供美观、耐用和保护性。
流变学原理作为液体和固体流变行为的研究领域,对涂料的流动性、黏度等性能具有重要影响。
本文将探讨流变学原理在涂料中的应用。
2. 流变学原理简介流变学是研究物质流动和变形行为的学科,通过测量物质在外力作用下的流变行为,可以得到一系列流变学参数来描述物质的力学性质。
流变学原理主要包括应力-应变关系、粘度、流动曲线等。
3. 涂料中流变学参数的测量涂料中的流变学参数可以通过流变仪进行测量。
流变仪通常包括一个转动的圆柱形测量装置和一个搅拌器。
通过对涂料施加剪切力,并测量应力和应变之间的关系,可以获得涂料的流变学参数,如黏度、剪切应力等。
4. 涂料流变行为的分析涂料在施加剪切力下的流变行为可以通过流变学参数来描述。
例如,黏度是涂料流动性的重要指标,它可以影响涂料的涂覆性能和施工效果。
黏度的测量可以通过流变仪进行,可以得到不同剪切速率下的黏度曲线,进而了解涂料在不同工艺条件下的流变行为。
5. 涂料中流变学理论的应用案例5.1 涂料的流变行为与施工性能的关系通过对涂料的流变学参数进行分析,可以评估涂料的施工性能。
例如,黏度的大小决定了涂料在施工过程中对涂刷工具的阻力,从而影响了施工的平稳性和涂层的均匀度。
5.2 涂料的流变行为与涂层性能的关系涂料的流变学性能对涂层的性能有重要影响。
例如,涂料的剪切应力和剪切速率之间的关系可以反映涂层的抗刮剪强度,从而影响涂层的耐久性和抗磨损性。
5.3 涂料的流变行为与储存稳定性的关系涂料在存储过程中会发生流动变形,其流变行为对涂料的储存稳定性有较大影响。
通过测量涂料在不同温度下的黏度和流动曲线,可以评估涂料的储存稳定性,并优化其配方和储存条件。
6. 结论流变学原理在涂料中的应用可以帮助我们更好地理解涂料的流变行为和性能,从而优化涂料的配方和工艺条件。
通过合理地控制涂料的流变学参数,可以提高涂料的施工性能、涂层性能和储存稳定性,满足不同应用领域对涂料的需求。
涂料的流变性漫谈涂料的流变性是指涂料在外部力(如重力)作用下的流动和形变性质。
在涂料的生产、储存、施工和成膜过程中,它可能受到不同类型的力的影响,紧要包含纯剪切、拉伸剪切和简单剪切力,其中简单剪切力是最紧要的。
当涂料受到简单剪切力作用时,不同层之间存在速度差异,黏度(η)则定义为剪切应力(τ)与剪切速率(γ)之比,通常以帕斯卡秒(Pa·s)、毫帕斯卡秒(mPa·s)或厘帕斯卡秒(cP)为单位。
黏度是涂料流变学的紧要指标,与剪切速率和剪切应力紧密相关。
涂料的流变性受成膜物质、溶剂和填料的影响,紧要在低剪切速率条件下显著。
颜料的聚集、粒子的胶体性质以及少量的流变助剂都会导致体系的黏度显著变更。
在高剪切速率下,这些结构会被破坏,黏度则紧要受涂料的流体力学因素影响,如颜料粒子的平均粒径、粒径分布、形状、表面电荷以及胶黏剂性能等。
涂料的黏度需要在不同应用环境下平衡考虑。
在储存涂料时,希望体系具有较高的黏度,以防止颜料和填料的沉淀。
然而,在施工时,较低的黏度有助于涂膜的流平,但在确定时间内需要实现较高的黏度,以躲避涂膜显现流挂和流淌问题。
对于粉末涂料来说,只有在涂料的熔融体具有充足低的黏度时,才略实现充足的流平效果。
另外,黏度还会对颜料在涂料中的分散性产生紧要影响。
在涂料配方中,树脂、颜料和溶剂的组合自身并不能充足全部要求,因此配方通常需要添加流变剂,以使产品具有所需的流变性能。
流变剂可以掌控涂料、乳液和颜料悬浮液的流动特性,适用于水性涂料和溶剂型涂料体系,而且适用于低剪切黏度(如防止沉淀、流挂和流公正)以及高剪切黏度(如施工和分散工艺等)的情况。
流变性是涂料制造和应用的关键性能之一,由于在涂料从容器到被涂物表面的流动过程中,涂料必须经过流变阶段。
涂料的流动性质可以分为牛顿型和非牛顿型,非牛顿型流体进一步分为剪切速率依存型和时间依存型。
剪切速率依存型流体的流动行为随剪切速率变更而变更,包含假塑性、胀流性和塑性。