官方微信
中國儀器網行業應用
基理科技
中國儀器網/ 行業應用/ 解決方案/ 油漆、涂料的觸變性及剪切 恢復的研究

油漆、涂料的觸變性及剪切 恢復的研究

點擊這里給我發消息


簡介 

油墨涂料是一種高結構強度的流體,通常具有多種組分。 著色劑如顏料或者燃料可以使其具有各種顏色并提供最 終產品的強度。粘合劑是包裹在顏料外面的成膜組分并 可以防止顏料聚集。通用,它們還會影響到最終產品的 性能,比如光滑度,持久度,靈活度及硬度。溶劑可以 用作傳輸媒介,并不參與產品最后成膜。最后,加入不 同種類的添加劑可以用來調節表面張力,優化觸變行為 或者提高最后成膜的外觀。所有這些組分都會影響到油 漆、涂料產品的流動行為。 在加工過程,運輸及應用中,油漆、涂料將會受到不同 范圍的剪切速率的影響。比如在加工過程中,材料的可 泵送性質就于其在中等及高剪切速率下的粘度息息相關。 相反,其保質期則取決于低剪切速率下的粘度及其屈服 行為。圖 1 給出了一個油漆、涂料的粘度對剪切速率依 賴性的關系圖 [1]

d270b720a44798f45d816232950fb47.png

為了評估一種涂料的流變性能,通常需要進行多種 流變測試。特別是當需要研究其應用行為時,則需 要進行更復雜的測試方法來模擬刷子,輥涂及噴槍 等應用工藝。測試高剪切速率下的微結構變化以及 靜止狀態下的結構恢復是優化配方及評估產品的非 常有效的方法。

b0e093a5319bd992acddc69c3c71a8c.png

實驗材料與方法

本文使用賽默飛 TM 哈克 TM Viscotest iQ 智能流變儀配合帕爾貼同軸圓筒溫控單元及同軸圓筒 CC25DIN 轉子 對多種商業化油漆進行了測試(圖 2)。這些材料包括 標準墻面漆,底漆以及適用于光滑表面的清漆。所有測 試在 20℃下進行。一般來說,研究樣品觸變性的方法是 觸變環方法,此方法包含三個步驟,剪切速率從 0 上升 到最高值,然后在此剪切速率下平衡一段時間,再將剪 切速率降低到 0 [2]。觸變環實驗在賽默飛 TM 哈克 TM  RheoWinTM 程序中的標準設置如圖 3 所示。

c0df3a150fcd1c179ee6d8b6b8f7d69.png

起初需要設置一個 10s-1 的預剪切步驟,持續 60 秒。 然后將樣品靜置 120 秒,以便使得樣品在 20℃下達到平 衡并且在正式測試之前經過相同的剪切歷史,優化不同 樣品直接的可比性。接下來的 3 個步驟為觸變環測量程 序,剪切速率在 100 秒內從 0 上升到 100s-1,然后在最 高剪切速率下穩定 30 秒,再將剪切速率降回到 0. 最后 兩步是數據評估部分。首先,通過計算滯后環的面積來 定量樣品的觸變行為。一個非觸變性的樣品的兩條粘度 曲線是一樣的,因此沒有滯后環,這類樣品在施加應力 或形變后會立刻恢復。而滯后環面積越大,則此樣品的 觸變性越大。由于滯后環面積取決于所設定的實驗參數, 比如剪切速率范圍和剪切時間,因此滯后環的面積并不 是測量觸變性的絕對方法。不同的樣品只能在相同的實 驗條件下進行比較。在實驗程序的最后一步,利用卡松 模型擬合來進行屈服應力的確定。而樣品的屈服應力則 是預測其涂在垂直表面上抗垂掛能力的重要因素 [3]觸變環實驗的主要缺點是既無法提供樣品結構在受到高 剪切作用后的恢復時間也無法提供在一定時間內可以恢 復的程度。這些信息則需要通過所謂的“剪切恢復”實 驗來獲得,即觀察樣品粘度在受到高剪切作用后隨時間的變化。但是,只有當剪切應力或剪切速率非常小的時 候才可以采用這種方法測量到樣品的結構恢復。在初始 步驟先施加一個非常小的剪切測量樣品結構未遭破壞時 的粘度,隨后施加一個高速剪切作用破壞掉整個樣品的 微結構。第三步實驗則重復第一步的條件,在非常小的 剪切作用下觀察樣品的恢復情況。 使用哈克 TM Viscotest iQ 智能流變儀可以通過兩種不同 的方式完成剪切恢復實驗。第一步和第三步都采用非常 低的剪切速率(控制速率)進行,用以得到樣品內部結 構的初始數據以及測量隨時間變化的恢復能力。另外, 這兩步實驗也可以通過施加很小的應力來實現。這種方法可以模擬當油漆涂料涂刷在墻面上的重力效應,其效 果要比控制速率的方法更好。但是這種方法需要一臺能 以控制應力模式工作的流變儀才能完成。不過對于兩種 方法來說,中間的步驟都是通過控制速率完成的。圖 4 給出了哈克 TMRheoWinTM 軟件中采用控制速率模式進 行三步法測試剪切恢復實驗的具體設置。

fa5f3e9ae68e454d34654c3cf0b139f.png

5 則給出了哈克 TMRheoWinTM 軟件中采用控制應力 模式進行三步法測試剪切恢復實驗的相應設置。與觸變 環實驗一樣,程序的前兩個條件是對樣品進行預處理以 保證數據可比性和重復性。由于這個實驗是觀察樣品粘 度隨時間的變化,因此要加入一條時間重置的命令(圖 中第三個要素)。要素 4-6 則是正式的測試條件(圖 4)。 當采用控制應力模式時(圖 5),三步法中的第一步(要 4)和第三步(要素 7)則需要施加恒定的且非常小的剪切應力。并且在剪切條件(要素 5)和恢復條件(要 7)之間加入一個“設定溫度”要素。這一要素的目 的是讓轉子從高速旋轉中靜止下來。如果沒有這一個條 件,則有可能對下面一步恢復實驗產生不可預測的影響。 而兩種實驗方法最后的實驗要素是數據評估部分。對于 剪切恢復實驗,哈克 TMRheoWinTM 軟件可以提供非常 豐富的數據分析結果。

結果與討論

三種樣品的觸變環實驗結果如圖 6 所示。表 1 在按照圖 3 的實驗設置給出了相關的數據評估結果,如滯后環的 面積和卡松模型計算出的屈服應力。圖 6 和表 1 的結果 顯示,清漆的滯后環面積最小因此其觸變性最小。可以 推測,這類產品在剪切作用去除后的結構會立刻恢復。 其優勢在于,當被刷到豎直的墻面上時,可以避免垂掛 現象以及產生液滴。但是這么快的恢復速度也會導致涂 刷表面不平滑。墻面漆和底漆則表現出較高的觸變性及 高剪切下的低粘度。這兩種樣品的流平性相對要好很多。 所有樣品也進行了剪切恢復實驗,如前所述,這種實 驗的結果會隨著所采用的模式以及條件設置而不同, 7 給出了墻面漆在不同條件下(控制應力模式 8Pa10Pa,控制速率模式 0.1S-1)進行實驗的結果。當采用 控制速率模式時,樣品的恢復速度最快,但是所測得的 初始粘度也是最低。即使采用了非常低的剪切速率,但 是仍然不能被看做是靜止狀態下的數據,因此其實驗數 5:哈克 TM RheoWinTM 軟件中剪切恢復實驗設計(控制 應力模式)據只有部分是有用的。當采用控制應力模式時,初始粘 度要高很多,表示樣品具備較高的結構強度。而恢復部 分則表現出明顯的滯后及時間依賴性。 三種樣品在控制應力(8Pa)模式下的對比實驗結果如 8 所示。很明顯,墻面漆的初始粘度最高,并且剪切 過程中粘度的下降率也最大,其粘度在 90 秒內可以恢復 到初始狀態的 68%。如果樣品在靜止狀態下具有相對高 的粘度,就可以降低相分離或者沉降效應,提高產品的穩定性及保質期。而樣品在中高剪切速率下具有較低的 粘度則可以使得施工過程更加容易,比如更加容易涂刷。 粘度恢復稍稍滯后也可以提高產品的流平性能。但是如 果粘度恢復太慢,則有可能出現垂掛現象或者形成液滴, 尤其是在豎直表面上進行施工。 因此找到樣品剪切恢復性能的平衡點對于研發新配方來 說是一個關鍵的影響因素。 實驗中,清漆的粘度恢復非常迅速,幾秒內就可以恢復到接近原狀,說明其觸變性非常小,與觸變環實驗結果 一致。并且與其他兩個樣品相比,清漆在高剪切速率下 的粘度要高 2 倍。而底漆的實驗結果表明其在低剪切作 用下的粘度最低,并且在剪切破壞后的 90 秒內,其粘 度大約可以恢復 84%。所有相關數據都總結在表 2 中。

結論

測量觸變性行為是評估油漆涂料類產品性能的重要方法。 賽默飛 TM 哈克 TM Viscotest iQ 智能流變儀是一款現代 化的,高效質控儀器,其性能遠超同類標準儀器。除了 可以完成傳統的觸變環實驗外,還可以通過兩種控制模 式進行剪切恢復的實驗,從而完成更加準確,可靠,綜 合的材料性能表征。可以幫助用戶對復雜的產品配方進 行全面的應用和加工研究。


X您尚未登錄

會員登錄

沒有賬號?免費注冊
 下次自動登錄忘記密碼?
在線留言
久久爱www免费人成_看片_久久爱www免费人成小说青青草超碰 <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链>