涂料的流变学介绍

涂料的流变学简介（一）
前言

涂料中的流变学实际上是一门研究物质粘弹性的学科，且这种粘弹性会随着外力的持续作用呈现非线性的变化。涂料从制备到运输储存再到最终的应用施工，每一步都与流变学有着密切的联系。

涂料在生产的过程中处于中高剪切速率，此时需要赋予涂料适中的粘度。粘度太低，剪切力不足，不利于颜料分散；粘度太高，基料对颜料的润湿性不好，亦会影响分散效率。另外，涂料的施工方式也多种多样，包括喷涂、刷涂、辊涂、淋涂、浸涂等等，不同的施工方式也需要涂料具有不同的流变特性，赋予涂料优异的施工性。
流变学原理

粘度的概念

粘度是剪切应力与剪切速率的比值。因此 ，讨论液体的粘度，首先要以液体所受到的剪切速率为前提。在涂料当中，绝大多数的液体的粘度是随着剪切速率的变化而变化的，而且往往在低剪切速率下的粘度会高于高剪切速率下的粘度。也因此，测量粘度的时候，转速越高，所测得的粘度往往会越低。

流体的分类

流体可以分为牛顿流体和非牛顿流体

在不同剪切速率下粘度保持恒定的流体称之为牛顿型流体。涂料工业中，水、溶剂和一部分乳液可以认为近似牛顿流体。如果液体的粘度随着剪切速率的变化也同时发生变化时，这种流体我们称之为非牛顿流体。其中，非牛顿流体又分为塑性流体、假塑性流体和膨胀型流体。

1.塑性流体是指在受到外力作用时并不立即流动而要待外力增大到某一程度时才开始流动的流体。这个临界点的力称之为屈服值。典型的塑性流体如牙膏，和一些粘稠的颜料浆料。

2. 假塑性流体：随着剪切速率的增大而粘度下降，且没有屈服值的流体称之为假塑性流体，大多数涂料均为这类流体。

3. 膨胀型流体：随着剪切速率的增大而粘度上升的流体称之为膨胀型流体。常见的膨胀型流体有沥青、泥浆、玉米糊等，而涂料中则较少出现。

牛顿流体(1)假塑性流体(2)和膨胀塑性流体(3)的粘度曲线图；图中横坐标为剪切速率，纵坐标为粘度

同时，在假塑性流体中，有一些受到剪切力后流体的粘度不会马上恢复，而是需要一定的恢复时间，这种流变特性我们称之为触变性。

如上图所示，用一台流变仪测量粘度，先由低剪切速率测量到高剪切速率，再测回低剪切速率，所绘制的粘度曲线呈环形，表明粘度的恢复需要时间，这种流体就称为触变性流体。触变型流体同时也是假塑性流体。而对于膨胀型流体，这种表现则称为震凝性。

研究涂料的触变性对于实际应用具有非常重要的意义。我们在测试粘度时，必须要考虑流体的触变特性，如果对流体的粘度做重复测试，我们会发现测得的数据往往没有重现性；或者在测量粘度之前摇晃了容器，亦会发现测得的数据会有偏差，这都是因为触变性导致的。

粘度的测量

对于非牛顿型流体而言，不同的剪切速率下流体具有不同的粘度。因此，测量流体的粘度需要测定流体在不同剪切速率下的粘度，并绘制成一条曲线。

粘度的测量方法多种多样，即便是在涂料领域，也需要多种多样的测量方法，以满足生产、施工的实用性。同时，每种方法所测得的剪切速率区间也各有差异。在涂料领域中，一般粘度的测量方法主要有流量杯法、落球法和旋转粘度计法等。

常见的流量杯包括涂-4杯、岩田2#杯等。而常见的旋转粘度计则包括弹簧旋转粘度计、斯托默粘度计、高剪切粘度计等。

流量杯一般用于简易测量，在施工现场等不便于精密测量的场合，流量杯具有优秀的便携性和快捷性。但需要注意的是，流量杯一般测量低粘度的液体较为准确，例如用于喷涂或刷涂的开稀后的油漆，如果测量粘度较高的液体则准确性较差。

而旋转粘度计一般用于实验室开发涂料配方时的精确测量，不同的旋转粘度计所测得的剪切速率范围是有区别的。

    如图所示，斯托默粘度计测量的粘度的剪切速率约在10² 1/s，为中剪切速率粘度，简称中剪粘度。Brookfield旋转粘度计可以测量低-中剪切速率粘度，而ICI粘度计则用来测量高剪切速率粘度。还有一种更为高端的流变仪如来美CP5000流变仪，可以测量从10^-2-10⁴ 1/s范围内的粘度值，且自动绘制出粘度曲线图，以及剪切撤销后的粘度恢复曲线图，用于模拟实际施工，使配方设计更为精确、方便。

    如果没有流变仪，在开发配方时，一般建议斯托默粘度计、Brookfield粘度计、来美粘度计和ICI粘度计搭配使用，这样才能测得较为完整的粘度区间数据。低剪粘度代表的是涂料在静置状态下的粘度，可以体现涂料是否容易沉降，或是否容易流挂等。中剪粘度是表观粘度，即为手动搅拌涂料时直观感觉到的粘度。我们在平行对比两种涂料的流变特性时，往往需要将两种涂料调至接近的中剪粘度，或KU（斯托默）粘度，这样得出的触变性、后增稠等数据用于比较才更为准确。而高剪切速率粘度一般情况下影响的是涂料的流平性、丰满度和抗飞溅性等，这在溶剂型涂料中体现的并不太明显，但在水性涂料中影响很大。因此，溶剂型的涂料往往不太需要去检测ICI粘度值，但水性涂料比较建议测试。当然，对涂膜的丰满度影响最大的还是树脂或乳液的种类，流变特性对丰满度的影响只局限在相同的树脂或乳液的情况。之所以高剪切速率粘度会影响涂膜丰满度，是因为高剪粘度越高，涂刷时受到的阻力越大，涂料会更容易聚集，形成的漆膜也就越厚，丰满度越高。

广州来美科技有限公司

                                                        2020-2-26

来美粘度计CP3000和流变仪CP5000

优势特点：

1、采用无弹簧电子传感器，可靠性高，稳定性强，故障率低；

2、量程范围较宽，转速高，一个相当于其他品牌3台的量程；

3、可以连接美标转子，椎板转子，同轴转子，一机多用；

三、主要功能：

1、相对动力粘度(mPa.s) 2、绝对动力粘度(mPa.s) 3、斯托默粘度(KU)（需另选配斯托默转子） 4、运动粘度（cst） 5、剪切速率 6、剪切应力

7、屈服应力 8、粘度-时间曲线 9、温度

10、剪切稀化系数 11、流变曲线 12、触变性

13、温度-粘度曲线 14、凝固点温度 15、凝胶时间

四、转子系统：

1、锥板系统 2、板板系统 3、同轴系统 4、布氏系统 5、锚式系统 6、T型转子系统

五、温控系统：

1）温度控制范围： -5~182℃（-60~400℃可选）

2）高精度：0.01℃分辨率，

3）稳定性：+/-0.05℃

4）无需压缩机噪音，

5）升温降温速度快，25-100℃升降温大约2分钟；

6）温控曲线，升温降温速度可编程，50段程序控制。