流变学原理和增稠剂选择

罗门哈斯公司版权所有涂料中的流变学基本原理增稠剂的类型和选择罗门哈斯公司版权所有流变学：流变学：描述物体在外力作用下产生流动描述物体在外力作用下产生流动和形变规律的学科和形变规律的学科基本概念基本概念™™剪切应力：物体单位面积切线方向的力剪切应力：物体单位面积切线方向的力™™剪切速率剪切速率™™粘度：流体阻碍流动的程度粘度：流体阻碍流动的程度罗门哈斯公司版权所有剪切应力剪切应力剪切应力剪切应力面积剪切力罗门哈斯公司版权所有剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率VV罗门哈斯公司版权所有剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率湿膜厚度湿膜厚度250250mm/0.25smm/0.25s罗门哈斯公司版权所有牛顿认为要维持这种速度上差异的力与垂直于流体的速度差异（即速度梯度）成正比，用下式来表示：粘度粘度==剪切应力剪切应力//剪切速率剪切速率™™粘度的粘度的SISI单位为帕斯卡单位为帕斯卡··秒，秒，™™涂料行业通用单位泊（厘泊）涂料行业通用单位泊（厘泊）™™1Pa.s=10Poise1Pa.s=10Poise=1000=1000CPCP粘度粘度罗门哈斯公司版权所有牛顿流体牛顿流体粘度粘度剪切应力剪切应力剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率牛顿流体牛顿流体剪切应力和剪切速率的关系为一条直线剪切应力和剪切速率的关系为一条直线在给定温度下粘度与剪切速率无关在给定温度下粘度与剪切速率无关包括简单的流体包括简单的流体::如水、有机溶剂和矿物油如水、有机溶剂和矿物油罗门哈斯公司版权所有非牛顿型流体非牛顿型流体：：液体粘度随着剪切速率的变化而变化液体粘度随着剪切速率的变化而变化假塑性假塑性//塑性塑性::粘度随着剪切速率的增加而降低粘度随着剪切速率的增加而降低((剪切变稀剪切变稀))膨胀性膨胀性::粘度随着剪切速率的增加而降低（剪切变稠）粘度随着剪切速率的增加而降低（剪切变稠）触变性触变性：剪切变稀，且粘度取决于剪切时间：剪切变稀，且粘度取决于剪切时间震凝性：震凝性：剪切变稠，且粘度取决于剪切时间剪切变稠，且粘度取决于剪切时间罗门哈斯公司版权所有剪切速率剪切速率假塑性假塑性塑性塑性粘粘度度剪切速率剪切速率塑性塑性假塑性假塑性剪剪切切应应力膨胀性膨胀性剪剪切切应应力力膨胀性膨胀性粘粘度度剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率罗门哈斯公司版权所有剪切速率剪切速率//时间时间粘粘度度粘粘度度触变性触变性震凝性震凝性剪切速率剪切速率//时间时间罗门哈斯公司版权所有各类非牛顿型流动特点各类非牛顿型流动特点粘度变化粘度变化剪切条件剪切条件下降下降上升上升剪切速率上升剪切速率上升假塑性假塑性（剪切变稀）（剪切变稀）膨胀型膨胀型（剪切变稠）（剪切变稠）剪切时间增加剪切时间增加（剪切速率恒定）（剪切速率恒定）触变性触变性震凝性震凝性罗门哈斯公司版权所有涂料与流变学的关系罗门哈斯公司版权所有涂料和流变学的关系涂料和流变学的关系施工刷涂、辊涂、喷涂0.0010.010.111010010001000010000Veryslowflow/流动很慢DryPaintVeryrapidflow/流动很快制备研磨或高速分散沉降（贮存过程）涂料振荡器涂装给料蘸涂料流挂/流平剪切速率剪切速率(s-1)罗门哈斯公司版权所有涂料和流变学的关系涂料和流变学的关系涂装过程涂装过程10-210-1100101102103104105流挂流挂流平流平浸涂浸涂泵送泵送混合混合分散分散喷涂喷涂滚涂滚涂刷涂刷涂0.11101001,00010,000Brookfield粘度计KUKU斯托默粘度计斯托默粘度计ICIICI锥板粘度计锥板粘度计流变仪剪切速率剪切速率(s-1)罗门哈斯公司版权所有涂料和流变学的关系涂料和流变学的关系涂料制备：分散涂料制备：分散漆膜的光学性能（遮盖、光泽）主要取决于颜填料分散的质量漆膜的光学性能（遮盖、光泽）主要取决于颜填料分散的质量高研磨粘度高研磨粘度低研磨粘度低研磨粘度罗门哈斯公司版权所有涂料和流变学的关系涂料和流变学的关系涂料贮存：沉降涂料贮存：沉降™™沉降就是颜料、填料和其他固体物质在重力作用下一直下沉到容器的底部沉降就是颜料、填料和其他固体物质在重力作用下一直下沉到容器的底部™™颜料沉降是一个低剪切速率的现象：所涉及的剪切速率小于颜料沉降是一个低剪切速率的现象：所涉及的剪切速率小于1010--22s-1，，所以所以涂料在这种剪切速率下的粘度对防止颜料的沉淀至关重要涂料在这种剪切速率下的粘度对防止颜料的沉淀至关重要克服沉降的常用方法克服沉降的常用方法™™平衡颜料平衡颜料//填料的粒径分布（采用小粒径填料代替部分粒径较大的填料）填料的粒径分布（采用小粒径填料代替部分粒径较大的填料）™™尽量降低溶剂和表面活性剂的用量，它们会降低低剪切速率下的粘度尽量降低溶剂和表面活性剂的用量，它们会降低低剪切速率下的粘度™™通过选择增稠剂调高低剪切下的粘度（如将通过选择增稠剂调高低剪切下的粘度（如将RMRM--2020NPR2020NPR替换为替换为RMRM--2020NPR/RM2020NPR/RM--8W8W混合物混合物™™加入少量（加入少量（0.50.5--22g/Lg/L））HECHEC来增加低剪切粘度。但会影响流动和流平性来增加低剪切粘度。但会影响流动和流平性以及抗飞溅性能以及抗飞溅性能罗门哈斯公司版权所有涂料和流变学的关系涂料和流变学的关系涂料施工：蘸漆涂料施工：蘸漆蘸漆是在中等剪切速率蘸漆是在中等剪切速率(10(10--100100secsec--11))条件下的操作条件下的操作™™涂料非常粘稠并且在罐内静置时就结构化，通常的一个涂料非常粘稠并且在罐内静置时就结构化，通常的一个感觉就是这种涂料很难涂装感觉就是这种涂料很难涂装™™涂料在罐中非常稀会导致涂料在涂刷转移过程滴落、施涂料在罐中非常稀会导致涂料在涂刷转移过程滴落、施工时在垂直表面严重的流挂以及辊涂操作时飞溅工时在垂直表面严重的流挂以及辊涂操作时飞溅控制涂料在这个剪切速率范围的粘度会影响这些中等控制涂料在这个剪切速率范围的粘度会影响这些中等剪切下的性能（罐内外观、蘸刷、搅拌）。剪切下的性能（罐内外观、蘸刷、搅拌）。罗门哈斯公司版权所有涂料和流变学的关系涂料和流变学的关系涂料施工：漆膜丰满度涂料施工：漆膜丰满度™™刷涂、辊涂和喷涂操作取决于高剪切速率（刷涂、辊涂和喷涂操作取决于高剪切速率（101033secsec--11））下下的粘度的粘度™™高剪切速率下的粘度越高，施工过程中涂料分布所受到高剪切速率下的粘度越高，施工过程中涂料分布所受到的阻力越大，因而一次施工能获得较厚的漆膜。反之，的阻力越大，因而一次施工能获得较厚的漆膜。反之，高剪切速率下粘度低意味着涂料分布时受到的阻力较低高剪切速率下粘度低意味着涂料分布时受到的阻力较低，涂料容易铺展在基材表面相应漆膜较薄，导致遮盖力，涂料容易铺展在基材表面相应漆膜较薄，导致遮盖力降低降低罗门哈斯公司版权所有涂料和流变学的关系涂料和流变学的关系涂料A涂料B涂料C涂料施工：流平流挂涂料施工：流平流挂罗门哈斯公司版权所有涂料和流变学的关系涂料和流变学的关系涂料施工：流平流挂涂料施工：流平流挂影响流平流挂影响因素影响流平流挂影响因素™™漆膜厚度漆膜厚度™™干燥速度干燥速度™™粘度（低剪切条件下）粘度（低剪切条件下）昀大的流平性和昀小的流挂的目标相互矛盾昀大的流平性和昀小的流挂的目标相互矛盾低剪切速率下的粘度降低有助于流平性，但同时增加了流挂低剪切速率下的粘度降低有助于流平性，但同时增加了流挂而增加漆膜厚度会加速流平，同时也增加了流挂而增加漆膜厚度会加速流平，同时也增加了流挂罗门哈斯公司版权所有涂料和流变学的关系涂料和流变学的关系涂料生产、储存和涂装操作中所需昀佳流动特性涂料生产、储存和涂装操作中所需昀佳流动特性粘度粘度剪切速率剪切速率ss--11高高高高很低很低0.0010.00155××101055--101012122000020000低低0.010.01--0.10.1低低0.0010.001--0.10.1高高高高低低很低很低高高漆膜丰满度漆膜丰满度沉降沉降分散分散涂刷性涂刷性流平性流平性抗流挂性抗流挂性罗门哈斯公司版权所有增稠剂的类型和选择1.1.增稠剂的分类增稠剂的分类2.2.常见增稠剂的分子结构常见增稠剂的分子结构3.3.增稠剂的增稠机理增稠剂的增稠机理4.4.增稠剂的增稠效果增稠剂的增稠效果5.5.增稠效率影响因素增稠效率影响因素6.6.增稠剂选择增稠剂选择罗门哈斯公司版权所有1.1.增稠剂分类增稠剂分类增稠剂增稠剂//流变助剂流变助剂非缔合型非缔合型疏水改性疏水改性碱溶性丙烯酸乳液碱溶性丙烯酸乳液非离子型非离子型聚氨酯聚氨酯纤维素纤维素醚类醚类-HECHEC••Natrosol250Natrosol250HBRHBR碱溶性碱溶性丙烯酸乳液丙烯酸乳液-ASEASE••ASEASE--6060疏水改性疏水改性纤维素醚类纤维素醚类-HMHECHMHEC••NatrosolPlus330NatrosolPlus330--HASEHASETTTT--935935--HEURHEUR••RMRM--2020NPR2020NPR缔合型缔合型罗门哈斯公司版权所有2.2.增稠剂的分子结构增稠剂的分子结构罗门哈斯公司版权所有纤维素醚类增稠剂纤维素醚类增稠剂OOHOHCH2OHOOOCH2OR'OHOROOOHOHCH2OHO™™分子量分子量::1010万万––100100万万™™((环状分子环状分子))刚性刚性增稠剂的分子结构增稠剂的分子结构纤维素衍生物纤维素衍生物,,通过取代到纤维素主链上的烷基不同得到不同产品通过取代到纤维素主链上的烷基不同得到不同产品其中其中RR和和RR””是是：a)CH3b)CH2COONac)CH2CH3d)CH2CH2OHe)CH2CH2CH(OH)CH3f)CH2CH(OH)CH3生产羧甲基纤维素钠（SCMC)（b）羧甲基2-羧乙基纤维素钠（b+d）羟乙基纤维素(HEC)（d）Natrosol250HBR甲基纤维素（MC）-(a)2-羟丙基甲基纤维素(HPMC)（a+f）2-羟乙基甲基纤维素(HEMC)(a+d)2-羟丁基甲基纤维素(a+e)2-羟乙基乙基纤维素(HEMC)(c+d)2-羟丙基纤维素(HPC)(f)罗门哈斯公司版权所有增稠剂的分子结构增稠剂的分子结构非离子型聚氨酯增稠剂非离子型聚氨酯增稠剂(HEUR)(HydrophobicallymodifiedEthyleneoxideURethane)疏水基团疏水基团亲水主链亲水主链聚氨酯链接聚氨酯链接线型类线型类支链类支链类™™分子量分子量::55万万––1010万万™™((分子分子))柔性柔性罗门哈斯公司版权所有增稠剂的分子结构增稠剂的分子结构疏水改性碱溶性乳液疏水改性碱溶性乳液(HASE)(HydrophobicallymodifiedAlkaliSolubleEmulsion)COOHCOOH羧酸主链羧酸主链EOEO链段链段疏水基团疏水基团CH2CRCOOHCH2CCOOC2H5HXY(R=CH3orH)™™分子量分子量::几万几万––几十万几十万™™((分子分子))刚性相对较弱刚性相对较弱COOHCOOH罗门哈斯公司版权所有3.3.增稠剂的增稠机理增稠剂的增稠机理罗门哈斯公司版权所有增稠剂机理增稠剂机理羟乙基纤维素羟乙基纤维素HECHEC增稠机理增稠机理HHOHHOHHOHHOHHOHHO◇◇增稠水相增稠水相((氢键氢键))◇◇粘度取决于分子量和极性基团的水合能力粘度取决于分子量和极性基团的水合能力罗门哈斯公司版权所有聚氨酯缔合型聚氨酯缔合型HEURHEUR增稠剂增稠机理增稠剂增稠机理((如如::RMRM--2020NPR)2020NPR)非离子表面活性剂非离子表面活性剂疏水基团疏水基团亲水端亲水端((分子量分子量::几百几百––几千几千))增稠剂机理增稠剂机理疏水基团疏水基团亲水主链亲水主链聚氨酯链接聚氨酯链接线型类线型类聚氨酯聚氨酯增稠剂增稠剂支链类支链类((分子量分子量::55万万