油漆和涂料的流变特征

水性涂​​层没有优先考虑与基于溶剂的涂料相同的有利流变性。如果没有正确配制，它们在流动性质，水平，施用性质，薄膜构建等方面显示出较差的特性。通过添加增稠剂和流变改性剂，可以改善水性涂料的性能。添加传统增稠剂，例如无机粘土和高分子量聚合物在施加期间提高了粘度，但是脱脂抗干扰和水平差异。

缔合增稠剂如低分子量，水溶性聚合物改善了水性涂料的总体性能。缔合增稠剂以高速率降低粘度，从而提供低辊溅射和良好的薄膜构建。此外，它们以低速率保持低粘度，从而改善流动，光泽度和平整。缺点是这些系统的不稳定性（相分离）和强的pH依赖性，这影响了胶乳表面活性剂的羧基的电离。

水性涂料的流变性表征

涂层的流变性表征一般在低剪切粘度(LSV) 0.001 ~ 1s时进行^-1，中剪粘度（MSV）1-1000s^-1，高剪切粘度（HSV）10^3.到10.⁶S.^-1（图1）。涂层（即外观，浇注和混合行为）的一致性由MSV定义。ASTM D562（Stormer粘度），ASTM D2196（Brookfield Spindles）和DIN53019是典型的测试标准。

图1。结构涂料粘度

HSV与涂料，轧制等涂层应用条件相关联。锥/板粘度试验10⁴S.^-1是标准测试方法（ASTM D4287-88）。典型的涂料调整为50-150MPas，以便在应用过程中低拖动。LSV与水平，下垂，沉降等的所有低速率过程相关联。LSV通常在0.3s时确定^-1．如果粘度范围为25-100Pas，整平效果会提高。如果粘度低于10Pas，就会出现下垂。

还执行屈服应力测量，以便在低速率区域中表征涂料。表1中给出了良好的薄膜水基涂料的轮廓：

表格1。薄膜水性涂料的档案

涂层过程	速率（1 / s）	粘度(Pas)	屈服应力(Pa)
贮存	0,1	> 50	> 1
转移到刷子w / o滴水	0	> 2.5	> 1
用良好的薄膜构建转移到基板和过度刷拖动	104	0.1至0.3	> 0.25
用良好的平整和最小凹陷烘干	1	5到10	> 0.25

屈服应力τ_^y大于1Pa和高于50 pas的LSV（在混合之前静置）是典型值，以防止在储存期间沉降。如果τ，则获得良好的平整和流量_y高剪切混合后小于0.25Pa。表1显示了一种表格，其粘度和不同速率屈服应力的典型值，为良好的薄膜水基涂层提供型材。需要保持涂料的低伸长率粘度和弹性，以避免喷溅和串。

应用例子

存储稳定性和保质期

LSV与涂料的贮存稳定性有关。然而，LSV是单点测量，不能提供足够的数据来了解重力作用下复杂的沉降机制及其对产品长期货架寿命的影响。测量流变行为，屈服应力和屈服点是至关重要的配方与期望的长期稳定的涂料。

可以使用关于网络结构的知识及其抵抗小于屈服应力的内部（褐色运动）或外力（重力，振动）的知识来预测涂层的长期稳定性。屈服应力可以在应力斜坡期间从粘度最大值直接测量（图2）。然而，由于它们对屈服应力值的影响，对测试参数的仔细控制至关重要。

图2。来自应力斜坡实验的屈服点乳胶涂料

屈服应力和屈服点休闲(临界应变)的非线性行为可以确定动态应变扫描(图3)。材料结构数据可以从频率扫描获得应变幅度小于临界应变(图4)。一个关键的参数是tanδ,能量耗散与存储机制的比值降至低频。当tan δ在1-1.5范围内时，材料表现出最佳的储存稳定性。

图3。应变扫描以确定屈服应力和屈服点

图4。频率扫描以表征材料的结构

高棕褐色δ值意味着流动主要是粘性的，并且颗粒之间只有薄弱的关联。欧洲杯猜球平台结果，在重力下，颗粒力不能防止沉降。由于强颗粒间相互作用（更高的弹性），将发生低TANδ值。低TANδ值导致聚结和大聚集体的产生，这也随时间稳定。

平整和刷子标记

刷痕水准涉及两个相反的力量(表面张力和粘性力)开车去平衡和光滑的表面(图5)。由于表面张力σ,这部电影高度h,并刷标志的波长λ不改变太多,刷痕的深度主要依赖水平应力τ。

图5。刷痕找平

当τ等于屈服应力τ时，平衡结束_y，就可以从屈服应力计算出d。粘度的增加必须迅速，以避免凹陷，但同时需要足够慢，以允许发生流平(图6)。图7显示了触变回路测试中触变指数的测定。在所有条件下，触变指数与应用行为之间没有很好的相关性。

图6。恢复结构

图7。触变循环试验

滚子应用过程中的流变学

如果涂层具有高的伸长率粘度，则会形成细串或细纤维。它们在使用过程中会延长并最终断裂，弹回到辊子和基材上，由于在拉长的纤维中储存的能量的释放，通过在空气中形成小的油漆滴而产生飞溅。涂层轨迹或表面图案也通过相同的机制在基材上产生。

图8中示出了具有各种溅射抗性水平的一些分散体的伸长率粘度。随着在高速速率形成的结构中，伸长率不会随附缔合增稠剂而不会增加，因此在变形期间没有能量储存能量溅。

图8。具有不同分子量的常规增稠剂的伸长率粘度

干燥过程中的电影构建

Mooney方程可以描述乳液分散成膜过程中的粘度(图9)。溶剂蒸发过程中，粘度增大，粒子体积分数增大。当粒子相互接近时，毛细管力支配粒子-粒子斥力，导致合并成固体薄膜。欧洲杯猜球平台在蒸发的最后阶段，用挥发性较低的溶剂对聚合物乳液进行增塑，以帮助薄膜聚结。

图9。干燥过程中粘度增加

涂层的固体含量对涂膜的形成有很大的影响，当固体含量高时，涂层在垂直表面的应用会产生较差的下垂行为。高固含量涂料在高温干燥和固化过程中粘度最小(图10)，影响了涂膜厚度和下垂性能。

图10。用不同固体载荷的两种涂层干燥和固化期间的粘度

加热速率也会影响固化过程中的粘度。当温度升高快速时，达到更快的固化，但粘度最小较低（图11）。对于低加热速率，粘度最小较高，但总固化时间更长。

图11。固化概况作为加热速率的函数

涂膜的性能

最终涂层的性能与涂层的玻璃化转变有关。固化温度越高，Tg(交联密度)越高。玻璃化转变是通过观察模量的下降作为温度的函数来测量的(图12)。

图12。Tg作为固化温度的函数

耐冲击性是汽车涂料的一个关键参数。砂砾的冲击时间一般在10毫秒左右。DMA轨迹、模量和tan δ作为温度的函数必须转换到参考时间10ms或参考频率10⁵S.^-1用于预测影响性能（图13和14）。

图13。DMA轨迹的汽车透明外套

图14。抗冲击性与DMA迹线的相关性引用了10的频率⁵S.^{- 1}

在图15中，在玻璃状状态下观察到Tg和模量没有显着变化，以及用TiO色素的交联聚丙烯酸酯膜的橡胶状状态观察到₂金红石浓度高达40％（体积）。然而，模量的温度依赖性在临界颜料浓度下显着变化，特别是玻璃过渡的临界颜料浓度。由于粘合剂的降低的节段性迁移率和刚性颗粒的模量的贡献，橡胶区域由于降低的节段性迁移率和刚性颗粒的模量而消失45％的颜料浓度。欧洲杯猜球平台

图15。颜料（TiO.₂）TG浓度

结论

利用流变学对油漆和涂料进行表征，可以提供加工过程中材料流动的信息，以及涂料在应用过程中的性能和最终涂料的性能。流变学是配方工程师开发具有更好应用性能的涂料和涂料的重要工具。

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