PVC的计算
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PVC&CPVC在涂料配方设计中的应用
摘要:介绍了涂料研制中颜料及临界颜料体积浓度(PVC&CPVC) 概念的基本使用方法及在EXCEL 中的应用。
关键词:颜料体积浓度(PVC );临界颜料体积浓度(CPVC );EXCEL
1 前言
色漆的配方设计,一般可以分为以下几个步骤:①根据色漆的应用性能选定主要成膜物质;②选定颜、填料,以及它们和成膜物质的比例;③选用溶剂、助剂及它们的使用配比。
其中和色漆实验直接相关的是第②步,即选用颜料及制订出颜料和成膜物质的比例,它是决定涂膜的最终性能的关键步骤之一。
2 颜料及临界颜料体积浓度(PVC&CPVC )在配方设计中的应用
颜、填料和成膜物质比例的确定这一步骤相当重要,在涂料的使用性能确定后,其中树脂、填料的品种也基本确定,此时颜、填料和成膜物质比例会大大影响到涂料性能。
通过使用颜料及临界颜料体积浓度(PVC&CPVC )的概念拟订配方会更准确、简便,所设计出来的配方与涂料的期望性能很接近,因而会大大减少实验量。
2.1 颜料体积浓度(PVC )概念
颜料体积浓度(PVC )是指涂料中颜料和填料的体积与配方中所有非挥发分(包括树脂、乳液的固体组分和颜料、填料等)的总体积之比, 可用如下公式计算:
式中,M i :颜填料质量;M j :漆基(树脂)质量;r i :颜填料密度;r j :漆基(树脂)密度。
i=1 ~n, 表示不同颜填料的品种;j=1 ~m, 表示不同漆基的品种。
其中:漆基(树脂)质量和密度均指的是固体树脂的数值(若是乳液,其密度是指干漆膜密度,此时漆基体积= 乳液质量×固含量/ 乳液干膜密度)。
得到PVC 值后,在0 ~100% 变化,值的大小可以影响到涂膜的性能。
从0 到100% 时,涂膜从一个极端状态到另一个极端状态(从完全漆基到完全颜、填料),在此过程中,涂膜性能一般如下变化:
①耐磨性、耐湿性、防腐蚀性、光泽度从高到低;
②抗起泡性、渗透性、粘稠性、对比率从低到高。
2.2 临界颜料体积浓度(CPVC )
单纯的PVC 值对涂料的影响并不直观,因此又引入了临界颜料体积浓度(CPVC )的概念,它指的是在PVC 值增加过程中,当漆基树脂恰好能润湿所有颜料粒子时的PVC 值,所代表的漆基树脂是指临界状态下的树脂含量。
通过PVC 和CPVC 的比值能更直观地推算出涂料的性能。
临界颜料体积浓度(CPVC )可以使用如下公式计算:
式中,M i :颜填料质量;N i :颜填料吸油量克数,以100g 颜填料所需亚麻仁油的克数来表示;r i :颜填料密度;0.93 :亚麻仁油的密度。
⑴一般对于高性能外用色漆配方,P V C <CPVC ,即Δ =PVC/CPVC <1 ,此时涂膜中漆基过量,处于低PVC 状态,漆基能完全润湿颜填料。
⑵内用涂料或底漆,PVC >CPVC ,即Δ =PVC/CPVC >1 ,此时漆基量太少,不足以润湿颜料,处于高PVC 状态。
⑶P V C = C P V C ,即Δ = P V C / C P V C = 1 时,密度、拉伸强度、附着力达到最高点,遮盖力效率和掠角光泽(85 °)达到最低点。
涂料品种和PVC/CPVC 的一般对应关系如图 1 所示。
3 具体应用
在EXCEL PVC 工作簿中建立数据处理系统、数据库源文件,即工作表sheet1 、sheet2 。
3.1 数据处理系统
位于PVC 工作簿中工作表sheet1 ,以某一配方含有7 种颜、填料及 6 种成膜物为例,建立如下页所示工作区:
(1) 公式输入:分别从“一”到“十八”处输入如下公式:
一:=IF(B2="","",VLOOKUP(B2, Sheet2!A:J,3,FALSE))
二:=IF(B2="","",VLOOKUP(B2, Sheet2!A:J,4,FALSE))
三:=IF(OR(E2="",C2=""),"",C2/E2)
四:=IF(OR(C2="",F2=""),"",C2*F2/0.93/100)
五:=IF(B2="","",VLOOKUP(B2, Sheet2!A:J,6,FALSE))
六:=IF(OR(I2="",C2=""),"",I2*C2/1000)
七:=IF(SUM(C2:C7)=0,"",SUM(C2:C7))
八:=IF(SUM(G2:G7)=0,"",SUM(G2:G7))
十:=IF(B9="","",VLOOKUP(B9,Sheet2!A:J,2,FALSE))
十一:=IF(B9="","",VLOOKUP(B9,Sheet2!A:J,3,FALSE))
十二:=IF(OR(E9="",E9=0),"",C9*D9/E9/100)
十三:=IF(SUM(C9:C14)=0,"" ,SUM(C9:C14))
十四:=IF(SUM(G9:G14)=0,"",SUM(G9:G14))
十五:=IF(SUM(J2:J14)=0,"",SUM(J2:J14))
十六:=IF(OR(G8="",G15=""),"",G8/(G8+G15))
十七:=IF(OR(G8="",H8=""),"",G8/(G8+H8))
十八:=IF(OR(B16="",B17=""),"",B16/B17)
(2) 公式复制:
从一、二、三、四、五、六、十、十一、十二处输入公式后,单击该单元格,用EXCEL 拖拽复制法分别拖拽复制至E7 、F7 、G7 、H7 、I14 、J14 、D14 、E14 、G14 (其中I8 、J8 处的公式应删除)即可完成公式复制。
公式输入及复制完成后,仅在A 、B 两栏人工输入原材料编码与配方量,则其他输入公式处自动显示数值,不需要显示的列,可将其隐藏。
同时可根据显示出的PVC 和CPVC 值及比值,用试差法调整配方量,获得理想的配方。
3.2 源文件
文件位于PVC 工作簿中工作表sheet2 ,建立如下工作区:
据库系统,即输入树脂、填料、颜料的性能指标(如树脂是乳液,则须输入其干膜密度)。
3.3 应用
(1) 首先根据产品用途确定树脂种类及颜、填料类型(此时各种原材料的性能数据已输入到数据库中)。
(2) 把原材料编码、假定的添加量输入数据处理系统中,即会得到P V C 、C P V C 、P V C / C P V C 的值。
(3) 通过调整树脂及颜、填料的加入量可以得到合适的P V C /CPVC 的值及产品的大约成本。
4 结语
本系统的应用,主要是以方便快捷为目的,特别适用于配方调整及新配方设计,在拟定实验计划时,通过首先计算PVC/CPVC 的值来推测实验结果,可以大大降低实验量,可以用于水性及溶剂型配方体系。
用于光泽涂料的配方设计时,可根据PVC/CPVC 的值准确地判断出光泽的数值;用于平光涂料配方的设计时,可以根据PVC/CPVC 的值较准确地判断出耐擦洗性的数值;用于特种涂料,比如导静电涂料,由于其导电率可以准确地反映为PVC 的数值,故可以根据预期设定的导电率值迅速地获得配方。
总之,应用颜料及临界颜料体积浓度的概念设计配方,同时配合使用EXCEL 数据库,可以使配方设计更迅速、更准确;同时可更方便地进行成本控制,使配方设计系统化、理论化、规范化,更易于控制。