jpumetc,单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,jpuysj,jpumetc,jpuysj,*,单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,*,单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 涂料中的流变学与表面化学,触变性流体,：流动行为有时间依赖性的假塑性流体高,，低,，便于涂布；低,，高,，防沉降和流挂触变剂：如有机澎润土触变性的起因之一是由于体系可形成某种很弱的网状结构，如通过氢键，剪切力下可破坏，撤去，又可恢复5.1.2,流变助剂,（,rheology agent,）,使整个涂料体系构成弱交联的,三维网络结构,，而使涂料具有触变性流变助剂对高剪切速率下的粘度影响不大，主要对低剪切速率下的粘度产生显著影响。
流变助剂主要有以下品种：,(1),有机膨润土,有机膨润土可用于工业涂料、乳胶漆、底漆中，用量,0.2%,1.0%,它会,降低涂膜光泽,，对聚氨酯和环氧,-,聚酰胺的使用期，附着力亦产生不良影响预胶时需借助高速分散机的剪切作用，分散十分钟，并且极性溶剂的用量不宜过多，否则触变作用弱2),气相二氧化硅,为平均原始粒径,7,40 nm,的球形，在表面有,硅醇基团,，通过氢键作用能形成三维结构随表面积增大，硅醇基含量增多,(,一般,3,4,个硅醇基,nm,-2,),，触变性更高一般比表面积,200m,2,g,-1,就有较好的触变性，更高比表面积触变作用更强3),聚乙烯蜡,为分子量,1500,3000,的,乙烯共聚物或氧化聚乙烯,，含有较多的极性基团，在非极性溶剂中形成凝胶体用量约,1%,使用粉末时，按,10%,加热到,90,100,配成二甲苯溶液，并立即稀释到,5%,备用；浆状制品需在,45,混合另外亦可用作木器和家具哑光涂料的消光剂、增稠剂；卷材涂料和罐头涂料的防粘连剂；地板涂料的耐磨改进剂和抗划痕剂等；还可用在金属闪光漆的底色漆中防铝粉沉降和改善铝粉在涂膜中平行排布的定向5.1.3,温度对粘度的影响,按分子热运动的孔穴理论，低分子液体的粘温关系可用,Andrad,方程表示：,（,E,流动活化能）,对某种液体，在适当的温度变化范围内，,E,近似为定值,对于高分子的浓溶液，上式同样适用。
对于分子量不同的同种聚合物溶液，因,E,极其相近，有相似的粘温关系粘度是受很多因素影响而变化的，在一定条件下测得的粘度值称为,表观粘度5.1.4,分散体系的粘度,以上粘度与浓度的关系式仅适用于采用,有机溶剂,的溶液体系乳胶和加有颜料的溶剂型涂料都是分散体系乳胶体系的粘度与分子质量无关可用,Mooney,公式来表示：,为体系粘度，,0,为体系外相粘度，如乳胶中水相的粘度，色漆中树脂溶液的粘度K,e,为,爱因斯坦因子,，与分散体的形状有关，当分散体为球形时，其值为,2.5,；,V,i,为分散相（内相）在体系中所占的,体积分数,；为堆积因子，当分散体为大小相同的球体时，其值为,0.639,，但当球形分散体大小不同时，其值将增大分散体的大小分布越宽时，越大此公式本来用于分散体是刚硬粒子，且无相互作用的情况下，但可定性解释一些涂料的现象K,E,为爱因斯坦系数，是一个与,分散相颗粒的形状、取向、界面结合等因素有关的系数,对于共混物的不同性能，有不同的爱因斯坦系数,(,譬如力学性能的爱因斯坦系数、电学性能的爱因斯坦系数,),在某些情况下,(,譬如分散相粒子的形状较为规整时,),，,K,E,可由理论计算得到，而在另一些情况下，,K,E,值需根据实验数据推得。
体系粘度由,内相粘度,和,外相粘度,贡献两部分组成内相体积增大，粘度增大讨论三种情况：,（,1,）剪切力作用下：,由球形变为橄榄球形，值增加，,K,e,值减小，第二项减少，粘度下降；当外力撤去时，又可恢复原状2,）粒径的影响,乳胶粒外层吸附有一层乳化剂和水，颜料外层吸附一层树脂提供了变形的可能性，而且增加了内相的体积粒子愈细，所吸附的量越多中大粒子变小，,V,i,要大大增加V,p,为粒子本身体积，,V,A,为吸附层体积对,V,i,的贡献因此，对于乳胶漆，粒子愈细，粘度越大,3,）当乳胶发生絮凝时，粘度可大大上升，其原因也是内相,V,i,增加的结果其中,V,T,为,留在絮凝粒子内的外相液体体积,，,V,i,增大了，体系粘度上升5.2,表面化学,涂料的生产和应用是与表面和界面有密切联系的物质气、液、固三相相互间的,分界面即为界面,，有气液、气固、液液、固固界面，一般把有气体组成的界面称为,表面,5.2.1,表面张力,在没有外力作用或影响不大时，液体趋向于成,为球状，如水银球把液体做成液膜，为保持平衡，,就需要有一个与液面相切的力,f,作用于宽度为,l,的液膜上这就是表面张力，其值为：,称为表面张力系数，单位为,N/m,，其意义是垂直通过流体表面上任一单位长度与液面相切的收缩表面的力。
表面张力系数通常简称为表面张力,表面张力是液体的基本物理性质，一般在,0.1N/m,以下表面张力随温度的上升而降低；表面活性剂加入水中，可以大大降低水的表面张力5.2.2,润湿作用与接触角,润湿作用是指表面上一种流体被另一种流体所代替可分为沾湿、浸湿和铺展1.,沾湿,L/G,和,S/GL/S,，如涂料的的液滴,可有效地附于基材表面之上，该过程,的自由能变化是：,粘附功 若,此过程可自发进行若将上述过程的固体改为液体，则：,内聚功,，反映液体自身结合的牢固度，是液体分子间相互作用力大小的表征,2.,浸湿,指的是固体浸入液体的过程，如颜料置入漆料过程是,S/G S/L,的过程：,粘附张力，固体可被浸湿固体可被浸湿3.,铺展,将涂料涂于基材上时，不仅要求涂料附于其上，还要求其流动S/G S/L,，,L/G,铺展系数,说明：固液粘附力大于液体内聚力时，液体可自行铺展凡能铺展的必能沾湿和浸湿由于固体表面张力常难以测定，能否润湿，常用接触角作为判断标准接触角是液体表面的一个参数，定义为,三相交界处在液体中量得的角,有如下关系：,是润湿的基本方程，又称扬氏方程，将含接触角的润湿方程用于上述各式，可得：,表面张力低的液体有向表张力高的固体表面铺展的倾向。
5.2.3,粗糙表面的润湿,用,i,表示其粗糙度：,A,i,为真实的表面积，,A,L,为,A,i,的投影面积，对于液体,i=1,，对于固体，,i1,前面讨论的表面润湿都是以理想的平滑平面为基础的，当固体为非平滑表面时，其润湿性能有很大变化，应对原有各个公式进行校正设固体投影面积为单位面积，则,i,为其实际面积，,a,为固体和流体的实际接触面积，由于粗糙表面中的孔隙表面中液体并不能被液体填满，因此,a,i,此时，固气接触面积为,i-a,，而,气体和液体的接触面积为,(i,-,a),/,i,以铺展情况为例：,P85,讨论总结如下：,(1),接触角低于,90,o,时，可发生自发沾湿，当接触角大于,90,o,时，是否沾湿依赖于表面粗糙度，当,i,值很高时，便不能沾湿2),接触角低于,90,o,时，可自发浸湿，超过,90,o,，不会浸湿,(3),表面粗糙可诱导接触角低于,90,o,液体的铺展,当界面完全接触时，即,a=i,再引入本征接触角的概念，可得,例题：一液体在固体表面的接触角为,60,0,，为了使液体在固体表面上自发铺展，固体表面应有何种程度的粗糙度,?,解：令,可见，当粗糙度为,2,时，在光滑表面上不能自发铺展的液体，可在粗糙表面上铺展。
通过这一习题也可以校正通常的,一种误解,，即认为对于建筑涂料来说，疏水的涂料表面一定较亲水的表面要防脏好，实则不然疏水的表面为润湿差的表面，水在表面成珠状，若表面能为水所润湿并有一定粗糙度时，水可在墙面铺展而流掉，这样积聚在表面的水量要比疏水表面水珠的量少得多，珠状水珠中的脏物最后将留在墙面，而流淌的水可冲刷表面的脏物5.2.4,荷叶效应与双疏表面,当表面上水的接触角大于,90,o,时，为疏水表面，而接触角大于,150,o,，称超疏水表面，不仅疏水也疏油水的表面张力为,72mN/m,，而油为,20,30mN/m,，仅通过表面张力的改变是很难达到双疏表面的,人们发现荷叶的表面仅为一般的蜡覆盖，但与水的接触角可达,160,o,，表现出超疏水的性质，称为荷叶效应为何？,研究证明，荷叶表面非常粗糙，表面有无数微米级突起，微米级突起上又有无数纳米级突起接触角不仅和表面张力有关，也和表面粗糙度有关，扬氏公式只适用于光滑表面当在粗糙表面上时，将粗糙度,i,引入公式，得到下式：,也可写成：,当,90,0,时，,i,增加时，,、,逐渐增大，达到双疏程度从微观结构来解释,：在粗糙表面上的液滴并不一定能充满所有,沟槽，在液体下面可能有空气存在。
如果在材料表面上有,纳米尺寸的凹的表面可以使吸附气体稳定存在,，所以宏观表面上相当于有一层稳定的气体薄膜，使油和水无法直接和表面完全接触，此时表面便呈双疏性双疏表面具有广泛应用如布料，舰船防污涂料5.2.5,润湿动力学,即使在热力学上是能被润湿的，实际上也有可能润湿不好，原因是动力学方面的，即润湿速度如果把粗糙表面的缝隙当作毛细管，粘度为,的液体流过半径为,r,，长度为,l,的毛细管所需时间，可按下式计算：,各种有机液体的表面张力相差不大主要取决于,和,，,小，润湿快，,大，润湿很慢，若在润湿完成前失去流动性，则会形成动力学的不润湿常温固化的涂料，如是粘度较高，容易形成这种动力学不润湿的情况，其结果是附着力差但高温固化的涂料，容易润湿5.2.6,毛细管力,毛细管越小，压差越大是发生毛细管现象的原因，称为毛细管力毛细管力是乳胶成膜的推动力但有时会导致颜料粒子紧密聚结，形成表面润湿，内部干粉的情况S/G S/L，L/G,接触角不仅和表面张力有关，也和表面粗糙度有关，扬氏公式只适用于光滑表面浆状制品需在45混合施工以后，湿膜的D又下降到1 s-1以下，对涂料的流平、流挂、渗透产生影响表层和底层的表面张力不同，产牛一种很大的推动力，使涂料从底层往上层运动，这种运动导致局部涡流，形成所谓贝纳尔漩流窝。
它会降低涂膜光泽，对聚氨酯和环氧-聚酰胺的使用期，附着力亦产生不良影响使用硅油容易造成涂膜污染，特别是分子量大的相容性很差例如，在高速分散时，叶片附近的剪切速率(D)高达103104s-1，而在器壁或液面处，近乎静止(D=110 s-1)；,低分子量硅油用在烤漆中时，烘烤时挥发热聚成大分子量并滴于涂膜表面，也会产生缩孔，因此大部分为改性有机硅助剂当涂料流平性差时，肉眼可以观测到表面不平的现象S/G S/L，L/G,是指涂层表面微微地起伏不平，形状有如橘皮的情况形成橘皮的原因很多，例如在喷涂时，喷枪的距离控制不好或涂料和溶剂配合不好，雾化情况不好等都可引起橘皮5.3,流平与流挂,涂料施工后能否达到平整光滑的特性，称为,流平性,当涂料涂布于一个垂直表面时，由于重力，涂料有向下流动的倾向，可能引起表面不平整的情况，称为,流挂,5.3.1,流平性,当涂料涂刷在基材上时，会留下刷痕，刷痕可因涂料干燥前的流动而减轻当涂料流平性差时，肉眼可以观测到表面不平的现象刷痕有如一个波形流平用,Orchard,公式,评价：,其中，,为表面张力，,a,0,表示起始振幅，,a,t,为,t,时的振幅x,为涂层厚度t,小，表示流平性好。