水性涂料的流变与粘度原来可以这么理解！

流变学是研究流体流动和变形的科学所以听起来有点炫酷有没有？下面这张炫目的色彩流动的图片跟这期要与大家分享的“ 流变 与 粘度 ”还是有些许关系的……
   

涂料的流变性能对涂料的生产、贮存、施工和成膜有很大的影响，最终会影响涂膜性能，研究涂料的流变性对涂料的体系选择、配方设计、生产、施工，提高涂膜性能具有指导意义。要做好水性涂料，首先，我们要搞清楚什么是粘度！

怎样理解粘度？
涂料的流变性能与涂料在不同条件下的粘度有关。设面积为A、距离为dχ的两层液体，在剪切力F的作用以下一定的速度差dν作平行流动，单位面积所受的力（F/A）称为剪切力（τ），速度梯度（dν/dχ）称为剪切速率（D），剪切力与剪切速率的比值（τ/D）称为粘度（η），是液体抵制流动的量度。

牛顿流体的流动示意图输入标题

粘度不随剪切速率变化的流体称为牛顿流体，粘度随剪切速率变化的流体称为非牛顿流动，非牛顿流体又可分成假装塑性流体，胀流性流体和触变性流体。假塑性流体的粘度随着剪切速率的增加而减小（即切力变稀的流体），胀流性流体的粘度随着剪切的速率的增加而增大，触变性流体的粘度随着剪切时间的延长而降低，涂料大都为非牛顿流体。

哪些因素在影响粘度？

影响涂料粘度的主要因素温度、聚合物浓度，分子量大小及其分布，溶剂粘度等。溶液的粘度随温度升高而降低，其关系可用下式表示：

实际应用中涂料的粘度与聚合物的浓度之间的关系可用下式表示，

式中，nr为相对粘度，w为溶质的质量分数，Ka和kb为常数，Ka和kb 可以通过作图或者计算求出，该式适用于低分子量聚合物的溶液。 对于聚合物良溶剂的稀溶液，可以用Mark-Houwink方程表示：

 式中 [n]为特性粘度，Mw为聚合物的平均分子量；K和a为常数。测定涂料粘度方法很多，常用的有斯托默粘度计、布鲁克菲尔德粘度计、旋转同心圆筒式粘度计、旋转圆筒杯式粘度计、锥板粘度计等。

涂料流动方程

涂料在制备、贮存、施工和成膜阶段经受不同的剪切速率的作用。分散过程中搅拌下的剪切速率约为103-104s-1，而器壁经受到的剪切速率只有1-10s-1，物料放出后，剪切速率可立即下降到10-3-0.5 s-1的范围，颜料有可能沉降下来，在施工中，刷涂、喷涂或辊涂的剪切速率至少在103 s-1以上，甚至达到105 s-1；施工后，剪切速率立即下降到1 s-1以下，为此涂料总被设计和配制成非牛顿流体，以满足性能要求。

        三种典型涂料的剪切速率与粘度的关系见下图：

以涂料生产、施工中剪切速率的对数为横坐标，粘度为纵坐标作图描述涂料的流变性能，上图表示三种涂料在不同剪切速率下的粘度变化情况。我们可以做出如下分析：

高剪切速率区，涂料的流动行为主要受基料、溶剂和颜料的影响，在低剪切速率区，涂料的流动行为主要由流变剂，颜料的絮凝性质和基料的胶体性质所决定。

当涂料施工后，不可避免地产生条痕，如果流平得很快，条痕就能够消失，流平过程的推动力是涂料的表面张力。

当涂料在垂直底材表面上施工时，由于重力的作用，涂料会向下流动，过度的向下流动会造成涂料的流挂。涂料具有最好的流平性和最低的流挂性是我们所希望的，但降低涂料的粘度有助于流平，却也加速流挂；增加涂层的厚度有助于流平，却又导致流挂。

最后要提醒大家的是：目前的研究表明，只有具有合理屈服值的假塑性涂料体系，才能同时满足上述要求。 所以，看问题也不能完全照搬教科书哦！