涂料配方工程师在工作中经常用到质量关系,但体积关系通常更具基础性和实践意义。
观察一系列不同PVC导致的性能变化,PVC即干膜中的颜料体积百分比,随着 PVC的增加,在某一特定的PVC值时涂膜性能会发生突变,他们将发生这种突变时的PVC称为临界颜料体积浓度(CPVC),他们同时也将CPVC对应于基料刚好可以在颜料表面形成一个完整的吸附层并能填满紧密堆积体系中的颗粒间隙时的PVC。
当低于CPVC时,颜料颗粒没有紧密堆积,且基料在涂膜中占据了过量的体积,当高于CPVC时,颜料颗粒紧密堆积,但基料不足以填满颜料间的间隙,导致涂膜中出现空隙。
CPVC的影响因素如下:
CPVC的差异很大,具体取决于涂料中的颜料或颜料的组合,颜料的分散会影响CPVC,含有絮凝颜料的涂料其CPVC低于不含絮凝颜料的涂料,含有絮凝颜料的涂料更可能出现颜料浓度局部过高的情况,含溶剂的树脂被包裹在颜料絮凝团内,当涂膜干燥时,溶剂从被包裹在颜料絮凝团内的树脂溶液中扩散出来,留下的基料不足以填充间隙。
在一个实例中指出,当絮凝增加时,CPVC从43%下降到28%。
颜料粒径也是一个影响因素,在其他条件相同的情况下,粒径越小CPVC就越低,涂料干燥时,颜料的表面吸附一层基料,增加了颜料的有效体积,因为较小的颜料颗粒表面吸附的基料体积分数较高,它们成膜时的有效体积较大,并且涂膜中的颜料颗粒空间较小。
尽管小颗粒会降低CPVC,但较广的粒径分布通常会增加CPVC。
在低光泽涂料中,干膜中最便宜的成分是体质颜料,为了使成本最小化,理想的方法是使体质颜料含量最大化,因此,可以通过最小化细粒径的颜料的量来降低成本,因为CPVC随着颜料粒径的减小而降低,同时通过最大化粒径分布而增加CPVC。当然必须折中考虑,但较广的粒径分布通常是有利的。
具有不同颜料的涂料的CPVC变化范围很大,至少可从18%至68%,有人也许认为CPVC取决于基料的组成,因为该组成会影响吸附层的厚度,较厚的吸附层会导致CPVC低,实际上,具有给定颜料或颜料组合的CPVC通常基本上与基料组成无关(乳胶漆除外),可能是涂膜形成时的收缩力将颗粒彼此挤压到一定程度,使得在颗粒之间仅保留了最少的基料层,而与原始吸附层的厚度无关,也许存在的差异太小,通过不精确的CPVC测量方法很难进行辨别。
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