涂料流平性与流挂研究进展

data-full-width-responsive="true"> 0 前 言涂料流变学的重要内容就是研究涂膜的流平性与流挂现象，因为它对涂料施工、涂膜固化以及最终获得平整与性能优良的涂膜至关重要。国外在理论和实际应用上的研究有几十年了，已经取得了重要的指导性成果。但是涂料类型有溶剂型、水性与粉末涂料，种类更是繁多。从树脂结构到配方，能影响其流变性质的因素十分复杂。随着涂料科学技术的进步，在理论模型的建立、现代测试仪器的使用、将理论物理量变成可测物理量等方面的研究取得了长足的进步。这里简要介绍近几年国外这方面的研究进展。(注：本文中，一般称为涂料的流平性与流挂，但当施工于底材后，称为涂膜的流平与流挂，以便比较清楚地阐述。)1 涂料流平性与流挂理论研究基本知识涂料施工后涂膜的流平性与流挂研究，理论性工作在40多年前已有报道。流平性主要是基于涂料刷痕的条痕模型，见图1。流平过程是涂料在溶剂挥发、干燥固化时，刷痕振幅逐渐降低的过程。此过程的推动力是涂料的表面张力。能达到的最小振幅min与涂料的表面张力、屈服值0与涂膜的厚度有关，得到以下经验式：式中，f(x/)为与涂膜几何尺寸(厚度与振幅)有关的函数。经简化处理，可将t时刻的振幅t与初始振幅0的关系，表示为与涂料的黏度和几何尺寸的关系：从式(2)可以看出，t时刻的振幅愈小，即t愈小，流平性愈好。涂膜厚度大，条痕波长小，涂料黏度低，流平性佳。对于涂料的流挂现象，提出如图2的流挂模型。图2中取涂膜表面为1 cm2的涂料、涂层厚度为x、涂料密度为的涂层，见图2。产生流挂的推动力是涂层重力加速度g，dx为t时刻涂膜厚度的变化量，则可以得到在t时刻厚度为x时的向下的流挂速度vx：从式(3)可知，涂料黏度大流挂速度小。如x=0，即初始涂层厚度为x的表面，流挂达到最大速度。也可知道涂层厚度大容易流挂。综合流平与流挂现象，涂料黏度大不易流挂但也不易流平，涂层厚易流平但也易产生流挂。此外，与涂料的特性、干燥温度与升温速率等因素有关系，因为这些因素能改变涂膜的黏度和表面张力。2 理论的进展上述是简化了的涂料流平与流挂分析。以后关于涂料流平与流挂的理论研究主要是Orchard(1961年)和Overdiep(1986年)等的工作。同样使用涂料流平的条痕模型，定义了一个主要的流变学参数t，称为涂膜流动函数。此函数与干燥、交联固化过程中的厚度和黏度随时间的变化有关：式中，h(t)和(t)分别为t时刻的厚度和黏度的平均值。对于粉末涂料可以认为在固化阶段平均厚度保持不变，则式(4)可写成：式中，PF(t)为与时间有关，称为涂膜流动函数。以两种不同的粉末涂料为例，从理论上来说明上式的运用。如测定这两种涂料在固化过程中黏度随时间的变化，得到固化曲线，见图3，流度即黏度的倒数，黏度大即流度小，也反映流体的流动的能力。