1、涂料中的流變學(xué)問(wèn)題涂料中的流變學(xué)問(wèn)題表面化學(xué)表面化學(xué)流平與流掛流平與流掛涂料施工中的表面張力問(wèn)題涂料施工中的表面張力問(wèn)題表面活性劑及其應(yīng)用表面活性劑及其應(yīng)用第五章第五章 涂料中的流變學(xué)與表面化學(xué)涂料中的流變學(xué)與表面化學(xué)主要內(nèi)容主要內(nèi)容 涂料中的流變學(xué)與表面化學(xué)涂料中的流變學(xué)與表面化學(xué) 涂料 流體 流動(dòng)流變學(xué)流變學(xué)表面化學(xué)表面化學(xué)粗粗糙糙表表面面潤(rùn)潤(rùn)濕濕荷荷葉葉效效應(yīng)應(yīng)與與雙雙疏疏表表面面毛毛細(xì)細(xì)管管力力表表面面活活性性劑劑及及應(yīng)應(yīng)用用TiO2的的光光致致超超雙雙親親性性潤(rùn)潤(rùn)濕濕動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)表表面面張張力力潤(rùn)潤(rùn)濕濕作作用用與與接接觸觸角角概述概述 涂料中的流變學(xué)與表面化學(xué)涂料中的流變學(xué)與表面化學(xué)

2、涂料：涂料：粘稠液體，可用不同的施工工藝涂覆在物粘稠液體，可用不同的施工工藝涂覆在物體表面，干燥后形成粘附牢固、具有一定的強(qiáng)度、體表面，干燥后形成粘附牢固、具有一定的強(qiáng)度、連續(xù)的固態(tài)漆膜。連續(xù)的固態(tài)漆膜。流變學(xué)：流變學(xué)：研究流體流動(dòng)和變形的科學(xué)。涂料在涂研究流體流動(dòng)和變形的科學(xué)。涂料在涂裝的過(guò)程中，一定要經(jīng)過(guò)流體這個(gè)階段，涂料的裝的過(guò)程中，一定要經(jīng)過(guò)流體這個(gè)階段，涂料的流變性能對(duì)涂料的生產(chǎn)、貯存、施工和成膜有很流變性能對(duì)涂料的生產(chǎn)、貯存、施工和成膜有很大的影響。大的影響。研究涂料的流變性對(duì)涂料選擇、配方設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、研究涂料的流變性對(duì)涂料選擇、配方設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工，提高涂膜性能具有指導(dǎo)意義。施工

3、，提高涂膜性能具有指導(dǎo)意義。5.1 5.1 涂料中的流變學(xué)問(wèn)題涂料中的流變學(xué)問(wèn)題 流體按大類(lèi)可以分為流體按大類(lèi)可以分為牛頓型牛頓型和和非牛頓型流體。非牛頓型流體。 牛頓流體牛頓流體：粘度不隨剪切速率變化，在一定溫度：粘度不隨剪切速率變化，在一定溫度下保持一定的黏度，是一種理想的液體。下保持一定的黏度，是一種理想的液體。 如溶劑、水、礦物油和某些低相對(duì)分子質(zhì)量的樹(shù)如溶劑、水、礦物油和某些低相對(duì)分子質(zhì)量的樹(shù)脂溶液。脂溶液。 非牛頓流體：非牛頓流體：粘度隨剪切速率變化的流體。粘度隨剪切速率變化的流體。 涂料的流動(dòng)一般是非牛頓的。 5.1.1 流體的類(lèi)型流體的類(lèi)型非牛頓流體非牛頓流體 非牛頓流體非牛頓

4、流體又可分成假塑性流體，脹流性流體和又可分成假塑性流體，脹流性流體和觸變性流體。觸變性流體。 假塑性流體假塑性流體的粘度隨著剪切速率的增加而減?。ǖ恼扯入S著剪切速率的增加而減?。辞辛ψ兿〉牧黧w），即切力變稀的流體）， 脹流性流體脹流性流體的粘度隨著剪切的速率的增加而增大的粘度隨著剪切的速率的增加而增大， 觸變性流體觸變性流體:當(dāng)假塑性流體的流動(dòng)行為和其歷史有當(dāng)假塑性流體的流動(dòng)行為和其歷史有關(guān)，也就是對(duì)時(shí)間有依賴(lài)時(shí)，稱(chēng)其為觸變性流體關(guān)，也就是對(duì)時(shí)間有依賴(lài)時(shí)，稱(chēng)其為觸變性流體。對(duì)于觸變性流體，當(dāng)從低剪切速率逐步增加于。對(duì)于觸變性流體，當(dāng)從低剪切速率逐步增加于高剪切速率測(cè)得各點(diǎn)的黏度，然后由高剪切

5、速率高剪切速率測(cè)得各點(diǎn)的黏度，然后由高剪切速率逐漸減少至低剪切速率，測(cè)得各點(diǎn)的黏度是不重逐漸減少至低剪切速率，測(cè)得各點(diǎn)的黏度是不重合的。合的。 涂料大都為非牛頓流體。涂料大都為非牛頓流體。1 1、黏度與牛頓型流體、黏度與牛頓型流體 涂料的流變性能與涂料在不同條件下的粘度有關(guān)涂料的流變性能與涂料在不同條件下的粘度有關(guān)。 粘度是涂料流變學(xué)的一個(gè)重要指標(biāo)，與剪切速率粘度是涂料流變學(xué)的一個(gè)重要指標(biāo)，與剪切速率和剪切應(yīng)力密切相關(guān)。和剪切應(yīng)力密切相關(guān)。 設(shè)面積為設(shè)面積為A、距離為、距離為d的兩層液體，在剪切力的兩層液體，在剪切力F的的作用以下一定的速度差作用以下一定的速度差d作平行流動(dòng)，單位面積作平行流動(dòng)

6、，單位面積所受的力（所受的力（F/A）稱(chēng)為剪切力（）稱(chēng)為剪切力（），速度梯度（），速度梯度（d/d）稱(chēng)為剪切速率（）稱(chēng)為剪切速率（D），剪切力與剪切速率），剪切力與剪切速率的比值（的比值（/D）稱(chēng)為粘度（）稱(chēng)為粘度（），是液體抵制流動(dòng)），是液體抵制流動(dòng)的量度。的量度。牛頓流體的流動(dòng)示意圖牛頓流體的流動(dòng)示意圖 D：能夠在一定溫度下保持一定的黏度，：能夠在一定溫度下保持一定的黏度，并且在剪切速率變化時(shí)，黏度保持恒定。并且在剪切速率變化時(shí)，黏度保持恒定。水、溶劑、礦物油和某些低相對(duì)分子質(zhì)量樹(shù)脂溶液水、溶劑、礦物油和某些低相對(duì)分子質(zhì)量樹(shù)脂溶液都是牛頓型液體。都是牛頓型液體。涂料產(chǎn)品很少是牛頓型液體。涂

7、料產(chǎn)品很少是牛頓型液體。 牛頓流體的流動(dòng)和粘度特性曲線(xiàn)如圖所示。牛頓流體的流動(dòng)和粘度特性曲線(xiàn)如圖所示。2 2、非牛頓型液體、非牛頓型液體 假塑性流體假塑性流體：液體黏度隨著剪切速率的增加而減少：液體黏度隨著剪切速率的增加而減少。（涂料）。（涂料） 膨脹性流體膨脹性流體：液體黏度隨著剪切速率增加而增加。：液體黏度隨著剪切速率增加而增加。 屈服值屈服值：剪切應(yīng)力必須超過(guò)某一最低點(diǎn)：剪切應(yīng)力必須超過(guò)某一最低點(diǎn)A，液體才，液體才開(kāi)始流動(dòng)，開(kāi)始流動(dòng)，A點(diǎn)稱(chēng)為屈服值或塑變點(diǎn)。剪切應(yīng)力低點(diǎn)稱(chēng)為屈服值或塑變點(diǎn)。剪切應(yīng)力低于屈服值時(shí)，液體如同彈性固體，僅變形而不流動(dòng)于屈服值時(shí)，液體如同彈性固體，僅變形而不流動(dòng)，

8、通常稱(chēng)為，通常稱(chēng)為賓漢流體賓漢流體。剪切應(yīng)力一旦超過(guò)屈服值，。剪切應(yīng)力一旦超過(guò)屈服值，液體開(kāi)始流動(dòng)，可以是假塑型，也可以是膨脹型的液體開(kāi)始流動(dòng)，可以是假塑型，也可以是膨脹型的。 表觀(guān)黏度表觀(guān)黏度：在某一剪切條件下測(cè)得的黏度稱(chēng)表觀(guān)黏：在某一剪切條件下測(cè)得的黏度稱(chēng)表觀(guān)黏度。度。 觸變性流體觸變性流體：當(dāng)假塑性流體的流動(dòng)行為與其歷史有關(guān)：當(dāng)假塑性流體的流動(dòng)行為與其歷史有關(guān)，即對(duì)時(shí)間有依賴(lài)時(shí)，稱(chēng)觸變性流體。即觸變型流體，即對(duì)時(shí)間有依賴(lài)時(shí)，稱(chēng)觸變性流體。即觸變型流體的粘度與剪切歷程有關(guān)，經(jīng)受剪切的時(shí)間越長(zhǎng)，其粘的粘度與剪切歷程有關(guān)，經(jīng)受剪切的時(shí)間越長(zhǎng)，其粘度越低，直到某一下限值。一旦釋去剪切力，粘度又度

9、越低，直到某一下限值。一旦釋去剪切力，粘度又回升，由于原始結(jié)構(gòu)已遭破壞，必須經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間回升，由于原始結(jié)構(gòu)已遭破壞，必須經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，才能恢復(fù)到原始值。，才能恢復(fù)到原始值。 涂料體系的涂料體系的觸變性觸變性在施工時(shí)的高剪切速率下有較低粘在施工時(shí)的高剪切速率下有較低粘度，有助于流動(dòng)并易于施工；在施工后的低剪切速率度，有助于流動(dòng)并易于施工；在施工后的低剪切速率下，有較高粘度，可防止顏料沉降和濕膜流掛。非牛下，有較高粘度，可防止顏料沉降和濕膜流掛。非牛頓流體剪切應(yīng)力隨剪切速率變化情況如下：頓流體剪切應(yīng)力隨剪切速率變化情況如下： 觸變性起因是在靜止時(shí)體系內(nèi)有某種很弱的網(wǎng)狀觸變性起因是在靜止時(shí)體系內(nèi)

10、有某種很弱的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成，在剪切力作用下被破壞，一旦力被撤結(jié)構(gòu)形成，在剪切力作用下被破壞，一旦力被撤去，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)恢復(fù)。去，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)恢復(fù)。 觸變性在涂料中起到很好的作用，如在高剪切速觸變性在涂料中起到很好的作用，如在高剪切速率時(shí)（刷涂時(shí)），黏度低，可方便地涂刷并使涂率時(shí)（刷涂時(shí)），黏度低，可方便地涂刷并使涂料有很好的流動(dòng)性，低剪切速率時(shí)，（靜止或刷料有很好的流動(dòng)性，低剪切速率時(shí)，（靜止或刷涂后），具有較高的黏度，防止流掛和顏料的沉涂后），具有較高的黏度，防止流掛和顏料的沉淀。淀。5.1.2 5.1.2 分散體系的黏度分散體系的黏度 Ke愛(ài)因斯坦因子，分散體系為球形時(shí)，其值為愛(ài)因斯坦因子，分散體系

11、為球形時(shí)，其值為2.5 Vi為分散體（內(nèi)相）在體系中所占的體積分?jǐn)?shù)為分散體（內(nèi)相）在體系中所占的體積分?jǐn)?shù) 是堆積因子，當(dāng)分散體大小相同時(shí)的球體，其是堆積因子，當(dāng)分散體大小相同時(shí)的球體，其值為值為0.639 此公式只有在分散體是剛性的粒子，并無(wú)相互作此公式只有在分散體是剛性的粒子，并無(wú)相互作用的情況下適用。用的情況下適用。 應(yīng)用此公式定性地解釋涂料的現(xiàn)象。應(yīng)用此公式定性地解釋涂料的現(xiàn)象。 ViKeVi1lnln0黏度可用黏度可用Mooney公式表示公式表示(穆尼黏度公式穆尼黏度公式)1）Ke愛(ài)因斯坦因子，分散體系為球形，其值為愛(ài)因斯坦因子，分散體系為球形，其值為2.5。2）和聚合物本身性質(zhì)及溶劑

12、性質(zhì)有關(guān)。確定的高聚和聚合物本身性質(zhì)及溶劑性質(zhì)有關(guān)。確定的高聚物和使用溶劑，物和使用溶劑，0不變。不變。3）Vi為分散體（內(nèi)相）在體系中所占體積分?jǐn)?shù)。乳膠為分散體（內(nèi)相）在體系中所占體積分?jǐn)?shù)。乳膠粒子外層吸附一層乳化劑和水，顏料外層吸附一層樹(shù)粒子外層吸附一層乳化劑和水，顏料外層吸附一層樹(shù)脂，增加了內(nèi)相的體積，粒子越細(xì)，吸附量越多，脂，增加了內(nèi)相的體積，粒子越細(xì)，吸附量越多，Vi大大增加。所以體積相同時(shí)，粒子越細(xì)，黏度越大大大增加。所以體積相同時(shí)，粒子越細(xì)，黏度越大4）是堆積因子，當(dāng)分散體大小相同時(shí)的球體，其值是堆積因子，當(dāng)分散體大小相同時(shí)的球體，其值為為0.639。在剪切力的作用下，可以變形，

13、。在剪切力的作用下，可以變形，值增加值增加，Ke值減少，式中第二項(xiàng)減少，黏度下降。值減少，式中第二項(xiàng)減少，黏度下降。涂料中的顏料外面吸附一層樹(shù)脂，剪切力作用下可涂料中的顏料外面吸附一層樹(shù)脂，剪切力作用下可以變形，使黏度下降。外力撤去，恢復(fù)原狀，黏度以變形，使黏度下降。外力撤去，恢復(fù)原狀，黏度恢復(fù)?；謴?fù)。式中的黏度只和分散粒子的大小、形狀與含量有關(guān)，而與相對(duì)分子質(zhì)量的大小與分布無(wú)關(guān)。 當(dāng)體系分散體（內(nèi)相）的體積增加時(shí)，因外相黏度不變，總的體系黏度增加。同樣增加外相一黏度也可增加體系的黏度。 乳膠粒子受剪切力作用時(shí)發(fā)生變形，此時(shí)值增加，Ke值減少，黏度下降。一般涂料中的顏料外面都吸附有一層樹(shù)脂，像

14、一個(gè)彈性體，在剪切力作用下同樣可以變形，使黏度有所下降。當(dāng)外力撤去時(shí)，又枯葉恢復(fù)原關(guān)，體系黏度恢復(fù)。 乳膠粒子外層吸附有一層乳化劑和水，顏料外層也吸附有一層樹(shù)脂。這不僅提供了變形的可能性，而且增加了內(nèi)相的體積。粒子愈細(xì)，所吸附的量愈多，Vi大大增加。因此，在體積相同時(shí)粒子愈細(xì)，黏度愈大。 當(dāng)乳膠或涂料發(fā)生絮凝時(shí)，黏度可以大大上升，其原因也是因內(nèi)相Vi增加的結(jié)果。在一個(gè)絮凝的大粒子中，含有很多小粒子。小粒子之間為外相液體所填滿(mǎn)，這些外相的液體成為內(nèi)相體積的一部人分，Vi增加了，于是體系黏度上升，當(dāng)用攪拌破壞絮凝粒子使重新分散時(shí)，黏度又可下降。 影響涂料粘度的主要因素有溫度、聚合物濃度影響涂料粘度

15、的主要因素有溫度、聚合物濃度，分子量大小及其分布，溶劑粘度等。，分子量大小及其分布，溶劑粘度等。 溶液的粘度隨溫度升高而降低，其關(guān)系可用下溶液的粘度隨溫度升高而降低，其關(guān)系可用下式表示：式表示：TBAT lg)(lg實(shí)際應(yīng)用中涂料的粘度與聚合物濃度之間的關(guān)系實(shí)際應(yīng)用中涂料的粘度與聚合物濃度之間的關(guān)系可用下式表示：可用下式表示：baKKwlg為相對(duì)粘度，為相對(duì)粘度，w為溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Ka和和kb為常數(shù)，為常數(shù)，Ka和和kb 可以通過(guò)作圖或者計(jì)算求出，該式適用于可以通過(guò)作圖或者計(jì)算求出，該式適用于低分子量聚合物的溶液。低分子量聚合物的溶液。 對(duì)于聚合物良溶劑的稀溶液，可以用對(duì)于聚

16、合物良溶劑的稀溶液，可以用Mark-Houwink方程方程(馬克馬克-霍溫克公式）表示：霍溫克公式）表示： awKM三、涂料流動(dòng)方程三、涂料流動(dòng)方程 涂料在制備、貯存、施工和成膜階段經(jīng)受不同的涂料在制備、貯存、施工和成膜階段經(jīng)受不同的剪切速率的作用。剪切速率的作用。 分散過(guò)程中攪拌下的剪切速率約為分散過(guò)程中攪拌下的剪切速率約為103104s-1，而，而器壁經(jīng)受到的剪切速率只有器壁經(jīng)受到的剪切速率只有110s-1，物料放出后，物料放出后，剪切速率可立即下降到剪切速率可立即下降到10-3 -0.5s-1的范圍，顏料有的范圍，顏料有可能沉降下來(lái)；可能沉降下來(lái)； 在施工中，刷涂、噴涂或輥涂的剪切速率至

17、少在在施工中，刷涂、噴涂或輥涂的剪切速率至少在103 s-1以上，甚至達(dá)到以上，甚至達(dá)到105 s-1； 施工后，剪切速率即下降到施工后，剪切速率即下降到1 s-1以下，為此涂料以下，為此涂料總總被設(shè)計(jì)和配制成非牛頓流體被設(shè)計(jì)和配制成非牛頓流體，以滿(mǎn)足性能要求。，以滿(mǎn)足性能要求。下圖是三種典型涂料的剪切速率與粘度的關(guān)系 以涂料生產(chǎn)、施工中剪切速率的對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo)，粘以涂料生產(chǎn)、施工中剪切速率的對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo)，粘度為縱坐標(biāo)作圖描述涂料的流變性能，圖表示三種度為縱坐標(biāo)作圖描述涂料的流變性能，圖表示三種涂料在不同剪切速率下的粘度變化情況。涂料在不同剪切速率下的粘度變化情況。 涂料涂料1的配方不合理，它在

18、施工時(shí)粘度過(guò)低，施工的配方不合理，它在施工時(shí)粘度過(guò)低，施工后粘度過(guò)高，導(dǎo)致流平性較差。后粘度過(guò)高，導(dǎo)致流平性較差。 涂料涂料2表示的涂料較合理，低剪切速率下該涂料的表示的涂料較合理，低剪切速率下該涂料的屈服值屈服值0在在0.41Pa之間，保證涂料有較好的貯存之間，保證涂料有較好的貯存穩(wěn)定性以及施工后的流平性，不致產(chǎn)生過(guò)多的流穩(wěn)定性以及施工后的流平性，不致產(chǎn)生過(guò)多的流掛。高剪切區(qū)，該涂料的粘度在掛。高剪切區(qū)，該涂料的粘度在0.10.3Pa s之間之間，從而確保涂料有較好的施工性能。，從而確保涂料有較好的施工性能。 涂料涂料3的配方也不合理，施工時(shí)粘度過(guò)高，會(huì)產(chǎn)生的配方也不合理，施工時(shí)粘度過(guò)高，會(huì)

19、產(chǎn)生刷涂拖帶現(xiàn)象；施工后粘度過(guò)低，從而產(chǎn)生過(guò)多刷涂拖帶現(xiàn)象；施工后粘度過(guò)低，從而產(chǎn)生過(guò)多的流掛。的流掛。 高剪切速率區(qū)，涂料的流動(dòng)行為主要受基料、溶高剪切速率區(qū)，涂料的流動(dòng)行為主要受基料、溶劑和顏料的影響劑和顏料的影響; 在低剪切速率區(qū)，涂料的流動(dòng)行為主要由流變劑在低剪切速率區(qū)，涂料的流動(dòng)行為主要由流變劑，顏料的絮凝性質(zhì)和基料的膠體性質(zhì)所決定。，顏料的絮凝性質(zhì)和基料的膠體性質(zhì)所決定。 當(dāng)涂料施工后，不可避免地產(chǎn)生條痕，當(dāng)涂料施工后，不可避免地產(chǎn)生條痕， 如果流平得很快，條痕就能夠消失，如果流平得很快，條痕就能夠消失， 流平過(guò)程的推動(dòng)力是流平過(guò)程的推動(dòng)力是涂料的涂料的表面張力表面張力。 當(dāng)涂料在

20、垂直底材表面上施工時(shí)，由于重力作用，當(dāng)涂料在垂直底材表面上施工時(shí)，由于重力作用，涂料會(huì)向下流動(dòng)，涂料會(huì)向下流動(dòng)，過(guò)度向下流動(dòng)會(huì)造成涂料流掛過(guò)度向下流動(dòng)會(huì)造成涂料流掛。 涂料應(yīng)具有最好的流平性和最低的流掛性。但降低涂料應(yīng)具有最好的流平性和最低的流掛性。但降低涂料的粘度有助于流平，卻也加速流掛；涂料的粘度有助于流平，卻也加速流掛； 增加涂層的厚度有助于流平，卻又導(dǎo)致流掛。目前增加涂層的厚度有助于流平，卻又導(dǎo)致流掛。目前的研究表明，只有具有合理的研究表明，只有具有合理屈服值屈服值的假塑性涂料體的假塑性涂料體系，才能同時(shí)滿(mǎn)足上述要求。系，才能同時(shí)滿(mǎn)足上述要求。 5.2 5.2 表面化學(xué)表面化學(xué)5.2.

21、1 表面張力表面張力1、液體由自動(dòng)收縮的趨勢(shì)，使液體表面自動(dòng)收縮的、液體由自動(dòng)收縮的趨勢(shì)，使液體表面自動(dòng)收縮的力即使表面張力。力即使表面張力。維持液體成膜，需要有與液面相切的力維持液體成膜，需要有與液面相切的力f作用于液膜作用于液膜上。表面張力大小與上。表面張力大小與f相等，方向相反。相等，方向相反。F=l2表面張力系數(shù)，單位表面張力系數(shù)，單位N/m，表示為垂直通過(guò)液面上，表示為垂直通過(guò)液面上任意長(zhǎng)度與液面相切的收縮表面的力。任意長(zhǎng)度與液面相切的收縮表面的力。表面張力系數(shù)通常簡(jiǎn)稱(chēng)表面張力表面張力系數(shù)通常簡(jiǎn)稱(chēng)表面張力。2 2、表面張力也可看作是表面自由能、表面張力也可看作是表面自由能 見(jiàn)圖見(jiàn)圖5

22、.7表面自由能示意圖表面自由能示意圖 表面張力的第二定律表面張力的第二定律 W=mg=l2=a 表面張力系數(shù)，也稱(chēng)表面張力，表面張力系數(shù)，也稱(chēng)表面張力，a收縮的表面面收縮的表面面積，單位積，單位J/m2， 上述兩種定義的單位可互換，即上述兩種定義的單位可互換，即N/m=N/m2/m=J/m2 表面張力表面張力f是液體的基本物理性質(zhì)，一般在是液體的基本物理性質(zhì)，一般在0.1N/M以下，隨著溫度的上升而降低，表面活性劑加入以下，隨著溫度的上升而降低，表面活性劑加入水中，可大大降低水中，可大大降低f。aw5.2.2 5.2.2 潤(rùn)濕作用與接觸角潤(rùn)濕作用與接觸角 潤(rùn)濕作用：潤(rùn)濕作用：固體表面上的氣體（

23、或液體）被液體固體表面上的氣體（或液體）被液體(或另一種液體或另一種液體)取代的現(xiàn)象。取代的現(xiàn)象。 如固體表面的氣體被液體所代替。如固體表面的氣體被液體所代替。 潤(rùn)濕作用分三類(lèi)，即沾濕、浸濕和鋪展。潤(rùn)濕作用分三類(lèi)，即沾濕、浸濕和鋪展。沾濕沾濕大氣中的露珠附著在植物的大氣中的露珠附著在植物的葉子上，雨滴粘附在塑料雨葉子上，雨滴粘附在塑料雨衣上等，均是粘濕過(guò)程。衣上等，均是粘濕過(guò)程。沾濕過(guò)程就是當(dāng)液體與固體接觸后，將液沾濕過(guò)程就是當(dāng)液體與固體接觸后，將液氣和固氣和固氣氣界面變?yōu)楣探缑孀優(yōu)楣桃航缑娴倪^(guò)程。液界面的過(guò)程。如涂料液滴有效的附著在基材表面。如涂料液滴有效的附著在基材表面。自由能變化是自由能

24、變化是G=SL-（SG+LG）令令-G= WaWaWaWa稱(chēng)為黏附功稱(chēng)為黏附功，若，若Wa0，此過(guò)程可進(jìn)行。，此過(guò)程可進(jìn)行。若上述過(guò)程的固體改為液體，則可得另一公式，即若上述過(guò)程的固體改為液體，則可得另一公式，即G=0-（LG+LG）=-2LG令令Wc=-GWcWc稱(chēng)為內(nèi)聚功稱(chēng)為內(nèi)聚功，反映液體自身結(jié)合的牢固度，是液，反映液體自身結(jié)合的牢固度，是液體分子間作用力大小的表征。體分子間作用力大小的表征。 1 1、沾濕、沾濕 浸濕是指固體浸浸濕是指固體浸入液體中的過(guò)程，入液體中的過(guò)程，其實(shí)質(zhì)是固其實(shí)質(zhì)是固氣界氣界面被固面被固液界面所液界面所代替。代替。2 2、浸濕、浸濕3 3、鋪展、鋪展 （1）涂料

25、涂于基材時(shí)，不僅要求涂料附于其上，而且）涂料涂于基材時(shí)，不僅要求涂料附于其上，而且要求其流動(dòng)，是以固要求其流動(dòng)，是以固/液界面代替固液界面代替固/氣界面的同時(shí)，液氣界面的同時(shí)，液體表面也同時(shí)擴(kuò)展。體表面也同時(shí)擴(kuò)展。 G=（SL+LG)- SG，令，令-G=S S為鋪展系數(shù)，若為鋪展系數(shù)，若S0，在恒溫恒壓下液體可在固體表，在恒溫恒壓下液體可在固體表面自動(dòng)展開(kāi)。若式中采用黏附功和內(nèi)聚功概念面自動(dòng)展開(kāi)。若式中采用黏附功和內(nèi)聚功概念. S=SG-SL+LG-2LG=Wa-Wc 即固液即固液黏附力大于液體內(nèi)聚力黏附力大于液體內(nèi)聚力時(shí)，液體可自行鋪展，時(shí)，液體可自行鋪展，凡能鋪展的必能沾濕與浸濕。凡能鋪

26、展的必能沾濕與浸濕。 （2）固體表面張力常數(shù)常難以測(cè)定，能否潤(rùn)濕，常）固體表面張力常數(shù)常難以測(cè)定，能否潤(rùn)濕，常用接觸角做標(biāo)準(zhǔn)，接觸角是用接觸角做標(biāo)準(zhǔn)，接觸角是三相交界處在液體中三相交界處在液體中量得的角，以量得的角，以表示。表示。 例：常見(jiàn)的液體和固體接觸，會(huì)形成界面夾角，例：常見(jiàn)的液體和固體接觸，會(huì)形成界面夾角，稱(chēng)為接觸角，它是衡量液體對(duì)固體潤(rùn)濕程度的一稱(chēng)為接觸角，它是衡量液體對(duì)固體潤(rùn)濕程度的一個(gè)標(biāo)志。個(gè)標(biāo)志。（a）潤(rùn)濕式）潤(rùn)濕式 （b）不潤(rùn)濕）不潤(rùn)濕接觸角接觸角 當(dāng)液滴在固體表面上平衡時(shí)，平衡接觸角與固當(dāng)液滴在固體表面上平衡時(shí)，平衡接觸角與固/氣，氣，固固/液，液液，液/氣界面自由能有如下

27、關(guān)系。氣界面自由能有如下關(guān)系。 楊氏方程：楊氏方程：SG-SL=LGcos 式中式中 LG：液體、氣體之間的界面張力：液體、氣體之間的界面張力 SG：固體、氣體之間的界面張力：固體、氣體之間的界面張力 SL：固體、液體之間的界面張力：固體、液體之間的界面張力 ：固體、液體之間的接觸角：固體、液體之間的接觸角 將含接觸角的潤(rùn)濕方程用于上述各式，可得將含接觸角的潤(rùn)濕方程用于上述各式，可得 Wa=LG(1+cos) Wi=LGcos S=LG(cos-1) Dr.A.Capelle 等指出：潤(rùn)濕效率等指出：潤(rùn)濕效率BS=固固-氣氣固固-液液 , 即即 BS = 液液-氣氣cos 由此得出：接觸角越小

28、，潤(rùn)濕效率越高。由此得出：接觸角越小，潤(rùn)濕效率越高。 式中表明：配方固定后，降低基料粘度和使用潤(rùn)式中表明：配方固定后，降低基料粘度和使用潤(rùn)濕劑來(lái)降低顏料和基料之間的界面張力以縮小接濕劑來(lái)降低顏料和基料之間的界面張力以縮小接觸角可以提高潤(rùn)濕效率，但基料粘度的降低有一觸角可以提高潤(rùn)濕效率，但基料粘度的降低有一定限度，所以使用潤(rùn)濕劑是常用的手段。定限度，所以使用潤(rùn)濕劑是常用的手段。5.2.3 5.2.3 粗糙表面的潤(rùn)濕粗糙表面的潤(rùn)濕 楊氏方程反映了表面化學(xué)組成對(duì)接觸角的影響，楊氏方程反映了表面化學(xué)組成對(duì)接觸角的影響，但是忽略了表面微觀(guān)形貌對(duì)接觸角的影響。但是忽略了表面微觀(guān)形貌對(duì)接觸角的影響。 當(dāng)固體

29、為非平滑表面時(shí)，其潤(rùn)濕性能有很大的變當(dāng)固體為非平滑表面時(shí)，其潤(rùn)濕性能有很大的變化，對(duì)光滑表面得到的各個(gè)公式應(yīng)予以校正。光化，對(duì)光滑表面得到的各個(gè)公式應(yīng)予以校正。光滑表面上的接觸角為滑表面上的接觸角為本征接觸角。本征接觸角。 固體表面常常是粗糙的，而且這種粗糙是被固定固體表面常常是粗糙的，而且這種粗糙是被固定的。的。 以以i表示其粗糙程度表示其粗糙程度 i=Ai/AL Ai為真實(shí)表面積為真實(shí)表面積,AL為為Ai的投影面積，即理想的幾的投影面積，即理想的幾何學(xué)面積何學(xué)面積 對(duì)于液體，對(duì)于液體，i=1，固體，固體i1 設(shè)固體投影面積為單位面積，設(shè)固體投影面積為單位面積，i則為實(shí)際面積，則為實(shí)際面積，

30、a為液體與固體的實(shí)際接觸面積，一般為液體與固體的實(shí)際接觸面積，一般aI，a=i，表示液體與固體表面接觸，表示液體與固體表面接觸，a=0，則完全不接觸。，則完全不接觸。 當(dāng)固液接觸面積為當(dāng)固液接觸面積為a時(shí)，氣液界面的面積是時(shí)，氣液界面的面積是(i-a)/I,黏附功，Wa)(LGSLSGiaWa，粘附張力)()(aaiiiaWiLGSLSG鋪展系數(shù)，SaaiiiaSLGSLSG)2()( 即即a=i時(shí)，可得黏附功，粘附張力和鋪展系數(shù)關(guān)系時(shí)，可得黏附功，粘附張力和鋪展系數(shù)關(guān)系 Wa=i(SG-SL)+ LG Wi=i(SG-SL) S= i(SG-SL)-LG Wa=LG(1+ I cos) Wi

31、=LGi cos S=LG( i cos-1)當(dāng)界面完全接觸時(shí)當(dāng)界面完全接觸時(shí)，本征接觸角本征接觸角90時(shí)，為疏水表面，而接觸角大時(shí)，為疏水表面，而接觸角大于于150時(shí)，稱(chēng)為時(shí)，稱(chēng)為超疏水表面超疏水表面，不僅疏水而且疏油，不僅疏水而且疏油，即，即雙疏表面雙疏表面。 天然界的荷葉，蕓苔表面僅為一般的蠟覆蓋，但天然界的荷葉，蕓苔表面僅為一般的蠟覆蓋，但與水的接觸角可達(dá)與水的接觸角可達(dá)160，表現(xiàn)超疏水的性質(zhì)，稱(chēng)，表現(xiàn)超疏水的性質(zhì)，稱(chēng)為為荷葉效應(yīng)荷葉效應(yīng)。原因是具有極高的粗糙度。原因是具有極高的粗糙度。 通過(guò)楊氏公式了解荷葉效應(yīng)通過(guò)楊氏公式了解荷葉效應(yīng) 5.2.45.2.4荷葉效應(yīng)與雙疏表荷葉效應(yīng)與

32、雙疏表面面 cos=(SG-SL) LG（錯(cuò)誤）（錯(cuò)誤）P87 將粗糙度將粗糙度i引入公式，引入公式， cos= I (SG-SL) LG （錯(cuò)誤）（錯(cuò)誤）P87 為在粗糙度表面上的接觸角，表示為為在粗糙度表面上的接觸角，表示為 cos= i cos 當(dāng)液體在平滑表面上的接觸角大于當(dāng)液體在平滑表面上的接觸角大于90時(shí)，時(shí)，i增加增加時(shí)，時(shí)，逐漸增大，直至獲得超疏水表面或雙疏表逐漸增大，直至獲得超疏水表面或雙疏表面。面。 在粗糙表面上的液滴不一定能充滿(mǎn)所有溝槽，在在粗糙表面上的液滴不一定能充滿(mǎn)所有溝槽，在液體下可能有空氣存在，即有液體下可能有空氣存在，即有ai的情況。的情況。 ai時(shí)，表觀(guān)（實(shí)際

33、）接觸角實(shí)際是由固體和氣時(shí)，表觀(guān)（實(shí)際）接觸角實(shí)際是由固體和氣體共同組成的復(fù)合表面的接觸角，體共同組成的復(fù)合表面的接觸角， cos=fs(1+cos)+1 表觀(guān)接觸角表觀(guān)接觸角 fs固體所占面積分?jǐn)?shù)即固體所占面積分?jǐn)?shù)即a/i 據(jù)此公式，具有一定親水性質(zhì)的表面，若其表面據(jù)此公式，具有一定親水性質(zhì)的表面，若其表面具有高粗糙度的特殊納米級(jí)微觀(guān)結(jié)構(gòu)，可使表面具有高粗糙度的特殊納米級(jí)微觀(guān)結(jié)構(gòu)，可使表面穩(wěn)定地存在一定面積的空氣，使液體與一定空氣穩(wěn)定地存在一定面積的空氣，使液體與一定空氣接觸，也可得到超疏水表面。接觸，也可得到超疏水表面。 超雙疏漆膜表面研究具有重要意義。超雙疏涂料超雙疏漆膜表面研究具有重要

34、意義。超雙疏涂料作為自清潔涂料可用于防止生物生長(zhǎng)的艦船防污作為自清潔涂料可用于防止生物生長(zhǎng)的艦船防污涂料和減阻涂料。涂料和減阻涂料。自清潔涂料自清潔涂料建筑外墻涂料可以美化環(huán)境和居室，但是由于傳統(tǒng)建筑外墻涂料可以美化環(huán)境和居室，但是由于傳統(tǒng)涂料耐洗刷性差，時(shí)間不長(zhǎng)涂層就會(huì)發(fā)生色變、脫涂料耐洗刷性差，時(shí)間不長(zhǎng)涂層就會(huì)發(fā)生色變、脫落，玻璃幕墻或瓷磚貼面又會(huì)帶來(lái)光污染、增加建落，玻璃幕墻或瓷磚貼面又會(huì)帶來(lái)光污染、增加建筑物自重、存在安全隱患等問(wèn)題。并且隨著城市的筑物自重、存在安全隱患等問(wèn)題。并且隨著城市的環(huán)境污染正在加劇，其中粉塵污染、氣體污染尤為環(huán)境污染正在加劇，其中粉塵污染、氣體污染尤為嚴(yán)重。建

35、筑外墻特別是高層建筑，正在受到越來(lái)越嚴(yán)重。建筑外墻特別是高層建筑，正在受到越來(lái)越嚴(yán)重的侵蝕。嚴(yán)重的侵蝕。21世紀(jì)理想的外墻保護(hù)和裝飾材料應(yīng)具有優(yōu)良的防世紀(jì)理想的外墻保護(hù)和裝飾材料應(yīng)具有優(yōu)良的防水性、對(duì)水蒸汽的通透性、防紫外光和自潔功能，水性、對(duì)水蒸汽的通透性、防紫外光和自潔功能，能夠長(zhǎng)期保持潔凈、靚麗的外表。能夠長(zhǎng)期保持潔凈、靚麗的外表。 按國(guó)內(nèi)主要大城市（北京、上海、廣州等）市容環(huán)按國(guó)內(nèi)主要大城市（北京、上海、廣州等）市容環(huán)境衛(wèi)生行業(yè)協(xié)會(huì)規(guī)定，樓宇外墻為玻璃或氟碳幕墻境衛(wèi)生行業(yè)協(xié)會(huì)規(guī)定，樓宇外墻為玻璃或氟碳幕墻的，的，3 3至至6 6個(gè)月必須清洗一次；是石材或貼面磚的，個(gè)月必須清洗一次；是石

36、材或貼面磚的，一年必須清洗一次。一年必須清洗一次。 早在早在20002000年，德國(guó)推出具有年，德國(guó)推出具有“荷葉自清潔荷葉自清潔”功能的功能的硅樹(shù)脂外墻涂料，墻面灰塵可通過(guò)雨水達(dá)到自清潔硅樹(shù)脂外墻涂料，墻面灰塵可通過(guò)雨水達(dá)到自清潔效果；效果；20012001年，日本也推出光催化自清潔外墻涂料年，日本也推出光催化自清潔外墻涂料，通過(guò)分解墻面的油污能夠達(dá)到自清潔效果。，通過(guò)分解墻面的油污能夠達(dá)到自清潔效果。 近年來(lái)，我國(guó)內(nèi)許多科研機(jī)構(gòu)紛紛推出了各具特色近年來(lái)，我國(guó)內(nèi)許多科研機(jī)構(gòu)紛紛推出了各具特色的自清潔涂料等產(chǎn)品，不僅使外墻涂料的耐洗刷性的自清潔涂料等產(chǎn)品，不僅使外墻涂料的耐洗刷性由原來(lái)的由原來(lái)

37、的10001000多次提高到了多次提高到了1 1萬(wàn)多次，老化時(shí)間延長(zhǎng)萬(wàn)多次，老化時(shí)間延長(zhǎng)了了2 2倍多，而且在玻璃和瓷磚表面涂上納米薄層，制倍多，而且在玻璃和瓷磚表面涂上納米薄層，制成自潔玻璃和瓷磚，可使粘附在表面上的油污、細(xì)成自潔玻璃和瓷磚，可使粘附在表面上的油污、細(xì)菌等在光的照射下及在納米材料催化作用下，變成菌等在光的照射下及在納米材料催化作用下，變成氣體或者容易被擦掉的物質(zhì)。氣體或者容易被擦掉的物質(zhì)。 荷葉的自清潔原理即荷葉表面上有細(xì)微且凹凸不荷葉的自清潔原理即荷葉表面上有細(xì)微且凹凸不平的納米結(jié)構(gòu)，運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)使涂料在干燥成膜平的納米結(jié)構(gòu)，運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)使涂料在干燥成膜過(guò)程中在涂層表面形成

38、類(lèi)似荷葉的凹凸形貌。過(guò)程中在涂層表面形成類(lèi)似荷葉的凹凸形貌。 近年來(lái)，自潔凈外墻建筑涂料已經(jīng)由復(fù)旦大學(xué)國(guó)近年來(lái)，自潔凈外墻建筑涂料已經(jīng)由復(fù)旦大學(xué)國(guó)家教育部先進(jìn)涂料工程研究中心研發(fā)成功。家教育部先進(jìn)涂料工程研究中心研發(fā)成功。 這種納米涂層既可以使灰塵顆粒附著在涂層表面這種納米涂層既可以使灰塵顆粒附著在涂層表面呈懸空狀態(tài)，使水與涂層表面的接觸角大大增加呈懸空狀態(tài)，使水與涂層表面的接觸角大大增加，有利于水珠在涂層表面的滾落有利于水珠在涂層表面的滾落；同時(shí)又根據(jù)；同時(shí)又根據(jù)涂涂層的自分層原理層的自分層原理，將疏水性物質(zhì)引入丙烯酸乳液，將疏水性物質(zhì)引入丙烯酸乳液中，使涂料在干燥成膜過(guò)程中自動(dòng)分層，從而在

39、中，使涂料在干燥成膜過(guò)程中自動(dòng)分層，從而在涂層表面富集一層疏水層，進(jìn)一步保證堆積或吸涂層表面富集一層疏水層，進(jìn)一步保證堆積或吸附的污染性微粒在風(fēng)雨的沖刷下脫離涂層表面，附的污染性微粒在風(fēng)雨的沖刷下脫離涂層表面，達(dá)到自清潔目的。達(dá)到自清潔目的。 5.2.5 5.2.5 二氧化鈦的光致超雙親性二氧化鈦的光致超雙親性經(jīng)紫外光照射后可使水和油在經(jīng)紫外光照射后可使水和油在TiO2的表面接觸角變的表面接觸角變?yōu)闉镺，可以完全鋪展，呈超，可以完全鋪展，呈超雙親特性雙親特性。但是光。但是光照停止后，又可逐漸恢復(fù)到相對(duì)較疏水的照停止后，又可逐漸恢復(fù)到相對(duì)較疏水的81。5.2.6 5.2.6 潤(rùn)濕動(dòng)力學(xué)潤(rùn)濕動(dòng)力學(xué)

40、把粗糙表面的縫隙當(dāng)作毛細(xì)管，黏度為把粗糙表面的縫隙當(dāng)作毛細(xì)管，黏度為的流體流過(guò)的流體流過(guò)半徑為半徑為r，長(zhǎng)度為，長(zhǎng)度為l的毛細(xì)管所需的時(shí)間的毛細(xì)管所需的時(shí)間t可按下式可按下式計(jì)算計(jì)算cos22LGrlt 各種有機(jī)液體的表面張力相差不大，在毛細(xì)管尺寸各種有機(jī)液體的表面張力相差不大，在毛細(xì)管尺寸一定時(shí)，潤(rùn)濕時(shí)間決定于一定時(shí)，潤(rùn)濕時(shí)間決定于和接觸角和接觸角。低粘度液體可很快潤(rùn)濕這些孔隙，高粘度則需要很低粘度液體可很快潤(rùn)濕這些孔隙，高粘度則需要很長(zhǎng)時(shí)間，如果在潤(rùn)濕完成前即失去流動(dòng)性，那么長(zhǎng)時(shí)間，如果在潤(rùn)濕完成前即失去流動(dòng)性，那么就會(huì)形成就會(huì)形成動(dòng)力學(xué)不潤(rùn)濕動(dòng)力學(xué)不潤(rùn)濕。常溫固化涂料：常溫固化涂料：烘漆

41、：烘漆：顏料分散：顏料分散：cos22LGrlt 5.2.7 5.2.7 毛細(xì)管力毛細(xì)管力 毛細(xì)管力促使乳膠粒子緊密接觸，最后導(dǎo)致膠粒間毛細(xì)管力促使乳膠粒子緊密接觸，最后導(dǎo)致膠粒間的融合，毛細(xì)管力也會(huì)導(dǎo)致顏料粒子緊密聚結(jié)，當(dāng)?shù)娜诤?，毛?xì)管力也會(huì)導(dǎo)致顏料粒子緊密聚結(jié)，當(dāng)粉狀粒子被液體弄潮濕或大氣的水汽凝結(jié)于粉體時(shí)粉狀粒子被液體弄潮濕或大氣的水汽凝結(jié)于粉體時(shí)，這些液體可聚在粒子間的縫隙中，從而形成很大，這些液體可聚在粒子間的縫隙中，從而形成很大的聚集力。的聚集力。 在液體中分散顏料時(shí)，毛細(xì)管力也會(huì)引起困難，如在液體中分散顏料時(shí)，毛細(xì)管力也會(huì)引起困難，如加料過(guò)快，成團(tuán)的顏料外層被潤(rùn)濕，在毛細(xì)管力作加

42、料過(guò)快，成團(tuán)的顏料外層被潤(rùn)濕，在毛細(xì)管力作用下，這一層形成了一層緊密的外殼，封閉了干燥用下，這一層形成了一層緊密的外殼，封閉了干燥的顏料，使之不能進(jìn)一步與液體接觸，核內(nèi)的氣體的顏料，使之不能進(jìn)一步與液體接觸，核內(nèi)的氣體也不能排出并成為液體進(jìn)入核的另一阻力。也不能排出并成為液體進(jìn)入核的另一阻力。5.3 5.3 流平與流掛流平與流掛 獲得一個(gè)光滑、平整的表面，是涂料裝飾性的最基獲得一個(gè)光滑、平整的表面，是涂料裝飾性的最基本要求。但在涂膜表面常常會(huì)出現(xiàn)縮孔、氣孔、刷本要求。但在涂膜表面常常會(huì)出現(xiàn)縮孔、氣孔、刷痕等與界面張力相關(guān)的表面缺陷。痕等與界面張力相關(guān)的表面缺陷。 涂料施工后，不可避免地產(chǎn)生條痕

43、，涂料施工后，不可避免地產(chǎn)生條痕，如果流平得很如果流平得很快快，條痕就能夠消失，如在涂膜干燥前不能充分流，條痕就能夠消失，如在涂膜干燥前不能充分流平，則條痕不能完全消失，就得不到光滑的表面。平，則條痕不能完全消失，就得不到光滑的表面。 1、涂料的流平性：涂料施工后能否達(dá)到、涂料的流平性：涂料施工后能否達(dá)到平整光滑平整光滑的特性的特性稱(chēng)為稱(chēng)為流平性流平性。 涂料流平性差，肉眼便可看出。涂料流平性差，肉眼便可看出。 流平過(guò)程的推動(dòng)力是涂料的流平過(guò)程的推動(dòng)力是涂料的表面張力表面張力，它使涂層表，它使涂層表面收縮成最低表面積的形狀，從而使涂層從凹槽、面收縮成最低表面積的形狀，從而使涂層從凹槽、刷痕或皺

44、紋變成平滑表面。刷痕或皺紋變成平滑表面。下圖為條痕模型示意圖。 涂層平均厚度為涂層平均厚度為h（x），刷痕幅度為），刷痕幅度為a，控制刷痕，控制刷痕的線(xiàn)性尺寸為波長(zhǎng)的線(xiàn)性尺寸為波長(zhǎng)，刷痕剖面的周邊曲線(xiàn)按正弦，刷痕剖面的周邊曲線(xiàn)按正弦波剖面處理。按波剖面處理。按Rhodes（羅德）和（羅德）和Orchaed（奧查（奧查德）關(guān)系式表示如下德）關(guān)系式表示如下：流平性用 Orchard公式評(píng)價(jià) 流平時(shí)間與流平次數(shù)成正比。式中，就是振幅每流平時(shí)間與流平次數(shù)成正比。式中，就是振幅每發(fā)生一次減小的變化值，如果發(fā)生一次減小的變化值，如果a0 、at 差值越大，差值越大，流得越平，流得越平， 值也越大，相當(dāng)于流

45、平次數(shù)越多。值也越大，相當(dāng)于流平次數(shù)越多。340226)/(lgxaatt 乳膠漆的流平性較差。一是在低剪切力下黏度高乳膠漆的流平性較差。一是在低剪切力下黏度高；二是當(dāng)刷涂于多孔基材時(shí)，外相可以迅速進(jìn)入；二是當(dāng)刷涂于多孔基材時(shí)，外相可以迅速進(jìn)入空隙中，而乳膠粒子不能進(jìn)入小孔，增加體系黏空隙中，而乳膠粒子不能進(jìn)入小孔，增加體系黏度；三是乳膠漆中水揮發(fā)到一定程度時(shí)，乳膠粒度；三是乳膠漆中水揮發(fā)到一定程度時(shí)，乳膠粒子碰到一起立刻成半干的結(jié)構(gòu)，也有害流平。子碰到一起立刻成半干的結(jié)構(gòu)，也有害流平。 在施工后的干燥過(guò)程中，隨著溶劑的揮發(fā)，涂料在施工后的干燥過(guò)程中，隨著溶劑的揮發(fā)，涂料粘度升高，涂層由液態(tài)逐

46、漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，可在涂粘度升高，涂層由液態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，可在涂料配方中添加少量高沸點(diǎn)溶劑，延長(zhǎng)涂料表面開(kāi)料配方中添加少量高沸點(diǎn)溶劑，延長(zhǎng)涂料表面開(kāi)放時(shí)間，從而提高涂膜的流平性。放時(shí)間，從而提高涂膜的流平性。 當(dāng)涂料涂布于一個(gè)垂直面時(shí)，由于重力，涂料有當(dāng)涂料涂布于一個(gè)垂直面時(shí)，由于重力，涂料有向下流動(dòng)的傾向，產(chǎn)生厚薄不均的現(xiàn)象，稱(chēng)流掛向下流動(dòng)的傾向，產(chǎn)生厚薄不均的現(xiàn)象，稱(chēng)流掛現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 流掛是由重力因素引起的流動(dòng)。流掛是由重力因素引起的流動(dòng)。 黏度是抗拒流動(dòng)的量度，是防止流掛的因素。流黏度是抗拒流動(dòng)的量度，是防止流掛的因素。流掛的速度公式掛的速度公式 公式中看到，黏度大，涂層薄，流掛速度小公式

47、中看到，黏度大，涂層薄，流掛速度小 控制流掛主要是控制黏度，因?yàn)橥繉雍穸仁怯烧诳刂屏鲯熘饕强刂起ざ?，因?yàn)橥繉雍穸仁怯烧谏w力和干膜性能決定的。蓋力和干膜性能決定的。22gxV 2 2、流掛現(xiàn)、流掛現(xiàn)象象 如涂料具有觸變性。就可以適當(dāng)緩和二者的矛盾如涂料具有觸變性。就可以適當(dāng)緩和二者的矛盾，在涂刷時(shí)受剪切力作用涂料粘度降低，呈現(xiàn)較，在涂刷時(shí)受剪切力作用涂料粘度降低，呈現(xiàn)較好的流動(dòng)性及流平性，便于施工，涂刷停止后，好的流動(dòng)性及流平性，便于施工，涂刷停止后，剪切力逐漸降低，涂料粘度隨之增高，可防止流剪切力逐漸降低，涂料粘度隨之增高，可防止流掛及顏料沉降。因此，常在涂料中添加觸變助劑掛及顏料沉降。因此

48、，常在涂料中添加觸變助劑，使涂料具有適當(dāng)?shù)挠|變性。，使涂料具有適當(dāng)?shù)挠|變性。根據(jù)上述分析，為改善涂料的流平性，應(yīng)考慮：根據(jù)上述分析，為改善涂料的流平性，應(yīng)考慮： 降低涂料與基材之間的表面張力，使涂料與基材降低涂料與基材之間的表面張力，使涂料與基材具有良好的潤(rùn)濕性，并且不致與引起縮孔的物質(zhì)具有良好的潤(rùn)濕性，并且不致與引起縮孔的物質(zhì)之間形成表面張力梯度；之間形成表面張力梯度； 調(diào)整溶劑蒸發(fā)速度，降低粘度，改善涂料的流動(dòng)調(diào)整溶劑蒸發(fā)速度，降低粘度，改善涂料的流動(dòng)性，延長(zhǎng)流平時(shí)間；性，延長(zhǎng)流平時(shí)間； 在涂膜表面形成極薄的單分子層，以提供均勻的在涂膜表面形成極薄的單分子層，以提供均勻的表面張力，使表面張

49、力趨于平衡，避免因表面張表面張力，使表面張力趨于平衡，避免因表面張力梯度造成表面缺陷。力梯度造成表面缺陷。5.4 5.4 涂料施工中的表面張力問(wèn)題涂料施工中的表面張力問(wèn)題1、流平、流平 涂料施工后，有一個(gè)流動(dòng)及干燥成膜過(guò)程，然后涂料施工后，有一個(gè)流動(dòng)及干燥成膜過(guò)程，然后逐步形成一個(gè)平整、光滑、均勻的涂膜。涂膜能逐步形成一個(gè)平整、光滑、均勻的涂膜。涂膜能否達(dá)到平整光滑的特性，稱(chēng)為否達(dá)到平整光滑的特性，稱(chēng)為流平性流平性。 在實(shí)際施工過(guò)程中，由于流平性不好，刷涂時(shí)出在實(shí)際施工過(guò)程中，由于流平性不好，刷涂時(shí)出現(xiàn)刷痕，滾涂時(shí)產(chǎn)生滾痕、噴涂時(shí)出現(xiàn)桔皮，在現(xiàn)刷痕，滾涂時(shí)產(chǎn)生滾痕、噴涂時(shí)出現(xiàn)桔皮，在干燥過(guò)程中

50、相伴出現(xiàn)縮孔、針孔、流掛等現(xiàn)象、干燥過(guò)程中相伴出現(xiàn)縮孔、針孔、流掛等現(xiàn)象、都稱(chēng)之為流平性不良，這些現(xiàn)象的產(chǎn)生降低了涂都稱(chēng)之為流平性不良，這些現(xiàn)象的產(chǎn)生降低了涂料的裝飾和保護(hù)功能。料的裝飾和保護(hù)功能。 影響涂料流平性的因素很多，溶劑的揮發(fā)梯度和影響涂料流平性的因素很多，溶劑的揮發(fā)梯度和溶解性能、涂料的表面張力、濕膜厚度和表面張溶解性能、涂料的表面張力、濕膜厚度和表面張力梯度、涂料的流變性、施工工藝和環(huán)境等，力梯度、涂料的流變性、施工工藝和環(huán)境等， 最重要的因素是：涂料的最重要的因素是：涂料的表面張力表面張力、成膜過(guò)程中、成膜過(guò)程中濕膜產(chǎn)生的濕膜產(chǎn)生的表面張力梯度表面張力梯度和濕膜表層的和濕膜表層

51、的表面張力表面張力均勻化能力均勻化能力。 改善涂料的流平性需要考慮調(diào)整配方和加入合適改善涂料的流平性需要考慮調(diào)整配方和加入合適的助劑，使涂料具有合適的表面張力和降低表面的助劑，使涂料具有合適的表面張力和降低表面張力梯度的能力。張力梯度的能力。 縮孔是涂料在流平與成膜過(guò)程縮孔是涂料在流平與成膜過(guò)程 中產(chǎn)生的特性缺陷之一。中產(chǎn)生的特性缺陷之一。 縮孔是指涂膜上形成的不規(guī)則的，有如碗狀的小縮孔是指涂膜上形成的不規(guī)則的，有如碗狀的小凹陷，使涂膜失去平整性，常以一滴或一小塊雜凹陷，使涂膜失去平整性，常以一滴或一小塊雜質(zhì)為中心，周?chē)纬梢粋€(gè)環(huán)形的棱。質(zhì)為中心，周?chē)纬梢粋€(gè)環(huán)形的棱。 從流平性的角度而言，它

52、是一種特殊的從流平性的角度而言，它是一種特殊的“點(diǎn)式點(diǎn)式”的流不平，產(chǎn)生于涂膜表面，其形狀從表現(xiàn)可分的流不平，產(chǎn)生于涂膜表面，其形狀從表現(xiàn)可分為平面式，火山口式，點(diǎn)式，露底式，氣泡式等為平面式，火山口式，點(diǎn)式，露底式，氣泡式等。2 2、縮、縮孔孔 導(dǎo)致縮孔的原因既有導(dǎo)致縮孔的原因既有涂料配方的內(nèi)在因素涂料配方的內(nèi)在因素，如涂，如涂料組分中不溶性膠粒的產(chǎn)生，又有料組分中不溶性膠粒的產(chǎn)生，又有施工環(huán)境等外施工環(huán)境等外界因素界因素，如施工過(guò)程中空氣的污染。，如施工過(guò)程中空氣的污染。 涂料涂料貯存過(guò)程中貯存過(guò)程中，少量樹(shù)脂從溶劑中沉淀形成顆，少量樹(shù)脂從溶劑中沉淀形成顆粒，粒，固化過(guò)程中固化過(guò)程中，隨著

53、溶劑的揮發(fā)部分溶解性差，隨著溶劑的揮發(fā)部分溶解性差的樹(shù)脂變成不溶于溶劑的顆粒等均會(huì)導(dǎo)致縮孔，的樹(shù)脂變成不溶于溶劑的顆粒等均會(huì)導(dǎo)致縮孔，主要是點(diǎn)式。主要是點(diǎn)式。 涂料組分中涂料組分中表面活性物質(zhì)與涂料不相容表面活性物質(zhì)與涂料不相容，或者干，或者干燥過(guò)程中濃度升高超過(guò)其溶解度，生成少量不相燥過(guò)程中濃度升高超過(guò)其溶解度，生成少量不相容的液滴，易導(dǎo)致縮孔，表現(xiàn)為露底。容的液滴，易導(dǎo)致縮孔，表現(xiàn)為露底。 施工過(guò)程中空氣的污染，如空氣表面有活性粒子施工過(guò)程中空氣的污染，如空氣表面有活性粒子、漆霧、塵埃、水汽等。、漆霧、塵埃、水汽等。 或施工過(guò)程帶來(lái)的油污、塵埃、水汽等，均可導(dǎo)或施工過(guò)程帶來(lái)的油污、塵埃、水

54、汽等，均可導(dǎo)致縮孔。油污、水分主要造成火山口式縮孔。致縮孔。油污、水分主要造成火山口式縮孔。 底材處理不凈，有油污、水分、塵埃等污染物，底材處理不凈，有油污、水分、塵埃等污染物，由于不能被涂料所潤(rùn)濕，導(dǎo)致露底時(shí)縮孔。由于不能被涂料所潤(rùn)濕，導(dǎo)致露底時(shí)縮孔。 濕涂膜中氣泡破裂，隨后未經(jīng)涂膜流平就固化成濕涂膜中氣泡破裂，隨后未經(jīng)涂膜流平就固化成膜，易導(dǎo)致氣泡式縮孔。膜，易導(dǎo)致氣泡式縮孔。 涂料干燥過(guò)程溶劑的蒸發(fā)；涂膜中顆粒，液滴等低涂料干燥過(guò)程溶劑的蒸發(fā)；涂膜中顆粒，液滴等低表面張力物質(zhì)存在產(chǎn)生了表面張力梯度。表面張力物質(zhì)存在產(chǎn)生了表面張力梯度。 如果涂膜周?chē)皟?nèi)部有粒子或液滴等如果涂膜周?chē)皟?nèi)部有

55、粒子或液滴等污染物污染物存在，存在，當(dāng)它們流動(dòng)到涂膜表層時(shí)，污染物的表面張力低，當(dāng)它們流動(dòng)到涂膜表層時(shí)，污染物的表面張力低，就會(huì)造成表面張力梯度，涂料中就會(huì)造成表面張力梯度，涂料中各物質(zhì)分散各物質(zhì)分散不均勻不均勻也會(huì)造成表面張力梯度。也會(huì)造成表面張力梯度。 由于表面張力梯度的形成，粒子或液滴的表面張力由于表面張力梯度的形成，粒子或液滴的表面張力比濕涂膜低，所以比濕涂膜低，所以涂料在表面上徑向地向外流動(dòng)涂料在表面上徑向地向外流動(dòng)。 涂膜表面產(chǎn)生表面張力梯度是縮孔形成原因涂膜表面產(chǎn)生表面張力梯度是縮孔形成原因 由于濕涂膜粘度高，被污染物首先要克服粘度的由于濕涂膜粘度高，被污染物首先要克服粘度的阻滯

56、作用，拖動(dòng)表層以下的涂料。阻滯作用，拖動(dòng)表層以下的涂料。 若濕膜較厚，里層的涂料會(huì)移動(dòng)到表面補(bǔ)充而消若濕膜較厚，里層的涂料會(huì)移動(dòng)到表面補(bǔ)充而消除縮孔，若濕膜較薄，里層的涂料量不足以補(bǔ)充除縮孔，若濕膜較薄，里層的涂料量不足以補(bǔ)充，就，就形成了縮孔形成了縮孔。 縮孔的形成還取決于涂料本身的流動(dòng)性，當(dāng)涂膜縮孔的形成還取決于涂料本身的流動(dòng)性，當(dāng)涂膜上形成表面張力梯度時(shí)，流體由一點(diǎn)到另一點(diǎn)流上形成表面張力梯度時(shí)，流體由一點(diǎn)到另一點(diǎn)流動(dòng)，若流動(dòng)量大，就會(huì)形成動(dòng)，若流動(dòng)量大，就會(huì)形成露底縮孔露底縮孔。要減少縮。要減少縮孔，就應(yīng)使涂料流動(dòng)性減小，要求涂膜薄、粘度孔，就應(yīng)使涂料流動(dòng)性減小，要求涂膜薄、粘度高，盡

57、量使表面張力均勻。高，盡量使表面張力均勻。桔皮桔皮是濕膜未能充分流動(dòng)形成的似桔皮狀的痕跡。是濕膜未能充分流動(dòng)形成的似桔皮狀的痕跡。涂料干燥中，隨著溶劑蒸發(fā)，涂膜表面形成較高的涂料干燥中，隨著溶劑蒸發(fā)，涂膜表面形成較高的表面張力，粘度增大，同時(shí)，溶劑的蒸發(fā)吸收熱表面張力，粘度增大，同時(shí)，溶劑的蒸發(fā)吸收熱量導(dǎo)致溫度下降，造成內(nèi)外表面之間的溫差及表量導(dǎo)致溫度下降，造成內(nèi)外表面之間的溫差及表面張力、粘度不同。面張力、粘度不同。當(dāng)表面張力不同時(shí)，將產(chǎn)生一種推動(dòng)力，使涂料從當(dāng)表面張力不同時(shí)，將產(chǎn)生一種推動(dòng)力，使涂料從底層上層運(yùn)動(dòng)。當(dāng)上層溶劑含量降低時(shí)，較多溶底層上層運(yùn)動(dòng)。當(dāng)上層溶劑含量降低時(shí)，較多溶劑的底

58、層就往表面散開(kāi)。劑的底層就往表面散開(kāi)。隨著溶劑蒸發(fā)，粘度增大，流動(dòng)速度緩慢。流動(dòng)的隨著溶劑蒸發(fā)，粘度增大，流動(dòng)速度緩慢。流動(dòng)的涂料在重力作用下向下沉涂料在重力作用下向下沉。同時(shí)，又由于里、表同時(shí)，又由于里、表層之間表面張力的不同，再一次使流動(dòng)的涂料向?qū)又g表面張力的不同，再一次使流動(dòng)的涂料向上。當(dāng)表面再一次散開(kāi)時(shí)，物質(zhì)將再一次受到重上。當(dāng)表面再一次散開(kāi)時(shí)，物質(zhì)將再一次受到重力的影響并下沉。力的影響并下沉。 3 3、橘子皮現(xiàn)象和貝納爾漩流渦、橘子皮現(xiàn)象和貝納爾漩流渦 這種流動(dòng)運(yùn)動(dòng)的反復(fù)進(jìn)行，造成局部渦流。這種流這種流動(dòng)運(yùn)動(dòng)的反復(fù)進(jìn)行，造成局部渦流。這種流動(dòng)，形成邊與邊相接觸的不規(guī)則六角形的網(wǎng)絡(luò)，

59、稱(chēng)動(dòng)，形成邊與邊相接觸的不規(guī)則六角形的網(wǎng)絡(luò)，稱(chēng)之之貝納爾旋流窩貝納爾旋流窩， 旋渦狀小格中心稍稍隆起旋渦狀小格中心稍稍隆起. 如果如果涂料的流動(dòng)性差，干燥后就留下不均勻的網(wǎng)紋或條涂料的流動(dòng)性差，干燥后就留下不均勻的網(wǎng)紋或條紋，稱(chēng)為紋，稱(chēng)為桔皮現(xiàn)象桔皮現(xiàn)象。 常用類(lèi)型的防縮孔、流平劑有溶劑類(lèi)、相容性受限制的常用類(lèi)型的防縮孔、流平劑有溶劑類(lèi)、相容性受限制的長(zhǎng)鏈樹(shù)脂、相容性受限制的長(zhǎng)鏈硅樹(shù)脂等。長(zhǎng)鏈樹(shù)脂、相容性受限制的長(zhǎng)鏈硅樹(shù)脂等。 溶劑類(lèi)流平劑主要是高沸點(diǎn)溶劑混合物，溶劑類(lèi)流平劑主要是高沸點(diǎn)溶劑混合物，如高沸點(diǎn)的如高沸點(diǎn)的酯、酮、芳烴及其混合物，用于溶劑型涂料中，延長(zhǎng)酯、酮、芳烴及其混合物，用于溶

60、劑型涂料中，延長(zhǎng)涂膜開(kāi)放時(shí)間，提高涂料的流平性或防止樹(shù)脂溶解性涂膜開(kāi)放時(shí)間，提高涂料的流平性或防止樹(shù)脂溶解性變差產(chǎn)生的縮孔現(xiàn)象。變差產(chǎn)生的縮孔現(xiàn)象。 溶劑型涂料僅借助增加溶劑以降低粘度來(lái)改善流平性溶劑型涂料僅借助增加溶劑以降低粘度來(lái)改善流平性，將使涂料固體分下降并導(dǎo)致流掛等弊??；或者保持，將使涂料固體分下降并導(dǎo)致流掛等弊??；或者保持溶劑含量，只加入高沸點(diǎn)溶劑以圖調(diào)整揮發(fā)速度來(lái)改溶劑含量，只加入高沸點(diǎn)溶劑以圖調(diào)整揮發(fā)速度來(lái)改善流平，干燥時(shí)間也相應(yīng)延長(zhǎng)。故此兩方案均不理想善流平，干燥時(shí)間也相應(yīng)延長(zhǎng)。故此兩方案均不理想。只有加入高沸點(diǎn)溶劑混合物，顯示各種遞增特性（。只有加入高沸點(diǎn)溶劑混合物，顯示各種