六、涂料中的流变学与表面化学

在涂料的涂布及成膜过程中出现的问题很多都是流变学与表面化学的基本问题。因此有必要结合涂料的特点来予以介绍。

1、涂料中的流变学问题

流变学是研究流动和变形的科学。涂料的制备和应用与流变学关系很大。流变学的内容很广，流动现象非常之复杂，分析它需要复杂的数学。我们这里只简要介绍和涂料有关的内容。

流体的类型—粘度的定义与牛顿型流体：

所谓粘度就是抗拒液体流动的一种量度。使液体流动的力有剪切力和拉伸力。液体的剪切粘度定义为：η＝τ/D式中的τ为剪切力。D为剪切速率。τ的单位是Pa，D的单位是1/s，η的单位是Pa·s以前常用的单位叫P（dyn·s/cm2）：1Pa·s＝10P这是绝对粘度。

改变温度、剪切力、剪切率甚至改变时间都有可能改变其粘度值。只有所谓牛顿型的液体能够在一定温度下保持一定的粘度，这是一种理想的液体，它在剪切率变化时，粘度保持恒定。涂料的许多原材料如水、溶剂、矿物油和某些树脂（低分子量）的溶液都是牛顿型液体。涂料的流动性是非牛顿型的。

2、涂料施工中的表面张力问题

涂料施工后，有的流平很好，有的则会发生各种弊病，这些现象大多和表面张力有关。

①流平

如前所述，流平力来自表面张力，流平可以减少液体的表面积；在涂层的薄处，气体挥发得相对较快，表面张力上升得快，周围高处的涂料有向其铺展的趋向。涂料在固化之前应有足够的流动时间，以保证流平。

厚边现象：涂层的边缘表面较大，挥发得较快，因此温度下降，表面张力升高，附近的涂料自动向其铺展，于是形成边缘变厚的现象。

②缩孔现象

湿的涂层上若落上一滴表面张力低的液体，如烘箱中凝聚后滴下的溶剂或脏物（如油），可使邻近的涂料表面张力降低，并向周围表面张力较高处铺展，于是形成一个火山口的现象，这种现象称为缩孔。（如下图）

③桔子皮现象

桔子皮现象是指涂层表面微微地起伏不平，形状如桔皮的情况。形成桔皮的原因很多，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桔皮。喷涂时，雾化的小滴经过较长的距离，溶剂挥发很多后，落在湿膜上，由于这种小滴浓度高，表面张力大，周围的涂料便自动向此小滴铺展，于是形成突起。桔子皮现象也和所谓的贝纳尔漩流窝有关。（下图）

④贝纳尔漩流窝

涂料在干燥过程中，随着溶剂的蒸发，表面浓度升高，温度下降，表面张力升高。由于表层和底层的表面张力不同，于是产生一种很大的推动力，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（Benardcell），如下图（3）所示。涡流原点有如火山口，向外喷发出下层涂料，这些表面张力低的涂料向周围表面张力高的表层铺展，于是形成隆起部分。并使湿膜形成规则的六角形，其中心与边缘颜料浓度将有不同。如果涂料流平性不好，在漆膜干燥后便留下凹凸起伏的桔皮。

⑤发花和浮色现象

发花是指施工后漆膜中颜料不均匀分布，使外观呈花斑（蜂窝状条斑）。浮色是指漆膜表面颜色不同于底层，施工后漆膜颜色呈均匀变化，这是由不同颜料在漆膜层间分布不均匀引起的。发花和浮色的原因很复杂，但引起颜料分布不均匀（分离）的原因都与溶剂蒸发形成的贝纳尔漩流窝有关：当漆料运动时也带动悬浮的颜料粒子运动，如果颜料的大小、比重不同，这可引起颜料的重新分布，其结果是一种颜料在表面上或表面的某些部位上呈较高的浓度。（如下图）

⑥流平剂

为了克服漆膜在施工过程中的弊病，在利达外墙涂料中常加有流平剂，以帮助漆膜在干燥之前完成流平过程。流平剂的作用主要是降低涂料表面张力用以消除各种弊病；调整溶剂挥发速度，改善流动性，延长流平时间；在漆膜表面形成单分子层以提供均匀的较低的表面张力作用。流平剂可以是一些高沸点的溶剂，硅油，也可以是长烷基链的聚合物，如丙烯酸树脂和有机树脂等。