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1、涂料工艺学第二章涂料的理论基础2.1涂料流变学涂料流变学l2.1.1黏度黏度l黏度是涂料的一个重要参数，是流体的重黏度是涂料的一个重要参数，是流体的重要特征之一。黏度是流体抗拒流动的一种要特征之一。黏度是流体抗拒流动的一种性质，是流体分子间相互吸引而产生的阻性质，是流体分子间相互吸引而产生的阻碍分子间相对运动能力的度量，即流体的碍分子间相对运动能力的度量，即流体的内部阻力。内部阻力。l假设在两块平行板之间存在流体，下面平假设在两块平行板之间存在流体，下面平行板是静止的，上面一块是移动的。行板是静止的，上面一块是移动的。2.1涂料流变学涂料流变学图1-16 平板间液体速度变化平板间液体速度变化（
2、梯度分布）平板间液体速度变化（梯度分布）2.1涂料流变学涂料流变学l速度梯度（切变速率）用速度梯度（切变速率）用D表示，单位为表示，单位为s-1lD=dv/dxl=F/Al黏度黏度D（牛顿黏度定律）（牛顿黏度定律）l物理意义：两流体之间，单位面积上的摩擦力与流体物理意义：两流体之间，单位面积上的摩擦力与流体的速度梯度的速度梯度D成正比。成正比。l单位：单位：Pasl1cP（厘泊）（厘泊）10-3 Pas lP的量纲是的量纲是dyns/cm2(绝对黏度的度量单位）绝对黏度的度量单位）l运动黏度运动黏度(St)=/(是液体的密度）是液体的密度）2.1涂料流变学涂料流变学l习题习题l用一把用一把12
3、cm宽的刷子把黏度为宽的刷子把黏度为2.0P的涂的涂料刷在平板上，得到料刷在平板上，得到0.01cm的湿膜。刷的湿膜。刷子在平板上压扁的宽度是子在平板上压扁的宽度是3cm，刷漆速度，刷漆速度是是100cm/s。求在这种条件下剪切速率和。求在这种条件下剪切速率和刷子的阻力。刷子的阻力。解：由于施工时涂料在刷子和平板之间大约解：由于施工时涂料在刷子和平板之间大约 等量分开，若湿等量分开，若湿膜厚度为膜厚度为0.01cm的话，其平均间隙应该是湿膜厚度的的话，其平均间隙应该是湿膜厚度的2倍倍即即0.02cm已知已知=2.0P X=0.02cm V=100cm/s A=36cm2 =F/A D=V/X=
4、100/0.02=5000s-1 =/D=2.0 F=*A=2.0*5000*36=36000dyn（36000/980=36.7g）2.1涂料流变学涂料流变学l涂料黏度的影响因素涂料黏度的影响因素l1温度：影响很大温度：影响很大l仅知道液体在一个温度下的黏度仅知道液体在一个温度下的黏度l经验公式经验公式d/dT=f()-黏度列线图，误差大黏度列线图，误差大l已知液体在两个温度下的黏度，根据已知液体在两个温度下的黏度，根据Anderade方程式方程式l=A10B/T (1)llog=logA+B/T （2）llog1/2=B(1/T1-1/T2)（3）l图解法图解法2.1涂料流变学涂料流变学l
5、习题习题l亚麻仁油在亚麻仁油在10oC(283K)的黏度是的黏度是0.60P，在，在50oC（323K）下为）下为0.18P。计算。计算30oC和和90oC下下的黏度。的黏度。l解：用方程式解：用方程式3和已知数算出和已知数算出B值值lLog0.6/0.18=B（1/283-1/323)lB=1194代入方程式代入方程式2求出求出logA=-4.4408lLog=1194/T-4.4408l30oC时时=0.316Pl90oC时时=0.071P2.1涂料流变学涂料流变学l2聚合物浓度的影响聚合物浓度的影响lr=/0(相对黏度）相对黏度）lLogr=W/（Ka-KbW）适用在涂料适用在涂料l导出
6、导出Ka=（1/Logr1-1/Logr2）/（1/W1-1/W2）l溶剂黏度对溶液黏度的影响溶剂黏度对溶液黏度的影响l混合溶剂混合溶剂log=（Wlog）il分子量对黏度的影响分子量对黏度的影响2.1涂料流变学涂料流变学l3颜料及填充料的影响颜料及填充料的影响-吸油量吸油量l4其他影响因素：剪切应力，剪切速率，其他影响因素：剪切应力，剪切速率，时间等时间等l黏度和粘性两个概念黏度和粘性两个概念:粘性是涂料阻碍剥粘性是涂料阻碍剥离的能力。两者是独立的不同的性质。离的能力。两者是独立的不同的性质。2.1涂料流变学涂料流变学l2.12牛顿流体：假设一种理想液体，它在任一牛顿流体：假设一种理想液体，
7、它在任一给定的温度下，在很宽的剪切速率范围内，其给定的温度下，在很宽的剪切速率范围内，其黏度保持恒定。如水，溶剂等。现实的涂料很黏度保持恒定。如水，溶剂等。现实的涂料很少属于牛顿流体。少属于牛顿流体。2.1涂料流变学涂料流变学2.1涂料流变学涂料流变学2.1涂料流变学涂料流变学l2.1.3非牛顿流动非牛顿流动l一种液态体系，当剪切应力变化时，其黏度也一种液态体系，当剪切应力变化时，其黏度也随之变化，属于非牛顿型。包括塑性流动，假随之变化，属于非牛顿型。包括塑性流动，假塑性流动，膨胀性流动，触变型等流动。塑性流动，膨胀性流动，触变型等流动。l几个术语：假塑性流动，膨胀性流动，触变性，几个术语：假
8、塑性流动，膨胀性流动，触变性，屈服值，表观黏度。屈服值，表观黏度。l假塑性流动：涂料的黏度随着剪切力的加大而假塑性流动：涂料的黏度随着剪切力的加大而下降，大多数成品涂料均属此流动特征。下降，大多数成品涂料均属此流动特征。2.1涂料流变学涂料流变学l膨胀性流动：相反涂料的黏度随着剪切力膨胀性流动：相反涂料的黏度随着剪切力的加大而上升，研磨漆料的加大而上升，研磨漆料l触变性：由于触动而黏度降低的流动性质。触变性：由于触动而黏度降低的流动性质。l屈服值：为使涂料流动所必需达到的某个屈服值：为使涂料流动所必需达到的某个最小剪切应力值。（宾汉体最小剪切应力值。（宾汉体Bingham流流动）动）l表观黏度
9、：黏度值只与一个剪切速率有关，表观黏度：黏度值只与一个剪切速率有关，不同的剪切速率下有许多个表观黏度不同的剪切速率下有许多个表观黏度 2.1涂料流变学涂料流变学2.1涂料流变学涂料流变学2.1涂料流变学涂料流变学2.1涂料流变学涂料流变学2.1涂料流变学涂料流变学2.1涂料流变学涂料流变学2.1涂料流变学涂料流变学2.1涂料流变学涂料流变学2.1涂料流变学涂料流变学l2.1.4黏度的测定及单位换算黏度的测定及单位换算l1）黏度的测定）黏度的测定l精确的仪器：毛细管粘度计，落球粘度计，同精确的仪器：毛细管粘度计，落球粘度计，同心圆筒式粘度计，单圆筒式粘度计。心圆筒式粘度计，单圆筒式粘度计。l近似
10、的仪器：毛细孔粘度计，气泡粘度计，转近似的仪器：毛细孔粘度计，气泡粘度计，转盘粘度计。盘粘度计。l不规则设备：孔洞，浆式，混合器不规则设备：孔洞，浆式，混合器l流行的涂料粘度测定粘度计：福特杯（流行的涂料粘度测定粘度计：福特杯（Ford），），壳牌黏度杯（壳牌黏度杯（Shell），盛氏黏度杯（），盛氏黏度杯（Zahn）2.1涂料流变学涂料流变学l粘度计粘度计l1毛细管粘度计毛细管粘度计l2同心圆式旋转粘度计同心圆式旋转粘度计l3转盘粘度计转盘粘度计l4落球粘度计落球粘度计l5气泡粘度计气泡粘度计l6单孔粘度计单孔粘度计l7多孔粘度计多孔粘度计l8锥板粘度计锥板粘度计l9带式粘度计带式粘度计2.
11、1涂料流变学涂料流变学2.1涂料流变学涂料流变学2.1涂料流变学涂料流变学l一一 几种流出式粘度计的单位换算几种流出式粘度计的单位换算lV=At-B/t(理论）理论）lV=A（t-B)(实际）实际）lV=At(高黏度）高黏度）lt2=A1(t1-B1)/A2+B2l二气泡上升时间换算成运动粘度单位二气泡上升时间换算成运动粘度单位lV=t-0.3/t22.1涂料流变学涂料流变学l黏度杯名称黏度杯名称 小孔或毛细管半径（小孔或毛细管半径（cm）流出时间换算成运动黏度方程式）流出时间换算成运动黏度方程式l福特杯（短粗毛细管）容量福特杯（短粗毛细管）容量100MLl2#0.126 v=1.60（t-2
12、3.5）l3#0.170 v=2.31（t-6.6）l4#0.206 v=3.85（t-4.5）2.1涂料流变学涂料流变学l壳牌杯（长毛细管）容量壳牌杯（长毛细管）容量23mllS-1 0.089 v=0.226（t-13）lS-2 0.119 v=0.576（t-5）lS-3 0.152 v=1.51（t-2）lS-4 0.191 v=3.45（t-1）lS-5 0.229 v=6.5（t-1）lS-6 0.290 v=16.2（t-0.5）2.1涂料流变学涂料流变学l盛氏杯（仅有小孔）容量盛氏杯（仅有小孔）容量44mll1 0.100 v=1.1（t-29）l2 0.137 v=3.5（t
13、-14）l3 0.188 v=11.7（t-7.5）l4 0.213 v=14.8（t-5.0）l5 0.264 v=23t2.1涂料流变学涂料流变学lV=A（t-B）l对高黏度液体对高黏度液体V=Atl时间换算时间换算 t2=A1(t1-B1)/A2+B22.1涂料流变学涂料流变学2.2聚合物的玻璃化转变温度聚合物的玻璃化转变温度Tgl高分子的高分子的Tg是一个二级转变温度，表明聚是一个二级转变温度，表明聚合物从玻璃主体特征（脆性）变成可挠曲合物从玻璃主体特征（脆性）变成可挠曲的或可塑性的性质（熔点及沸点是一级转的或可塑性的性质（熔点及沸点是一级转变温度）。高分子的变温度）。高分子的Tg取决
14、于分子的结构取决于分子的结构、组成、分子量等因素，决定形成膜的强、组成、分子量等因素，决定形成膜的强度，柔韧性，硬度等力学性能，在涂料科度，柔韧性，硬度等力学性能，在涂料科学极为重要。学极为重要。2.2聚合物的玻璃化转变温度聚合物的玻璃化转变温度Tgl2.2.1 涂料溶液的涂料溶液的TglTg溶液溶液=Tg聚合物聚合物-kws2.2聚合物的玻璃化转变温度聚合物的玻璃化转变温度Tg热固性涂料的热固性涂料的Tgl热固性涂料中的官能团需要发生交联反应，当热固性涂料中的官能团需要发生交联反应，当T固化固化Tg时，官能团自由移动，反应速率取时，官能团自由移动，反应速率取决于官能团的浓度和反应动力学参数。
15、当决于官能团的浓度和反应动力学参数。当T固固化化Tg时，官能团不能自由移动，反应速率时，官能团不能自由移动，反应速率取决于官能团的移动速度。普遍存在于汽车漆，取决于官能团的移动速度。普遍存在于汽车漆，烤漆。交联后分子量增加，烤漆。交联后分子量增加，Tg相应增加，性相应增加，性能提高。能提高。l了解了解Tg的作用，在配方设计时可按需要改变涂的作用，在配方设计时可按需要改变涂料的配料，达到最佳的涂装要求和质量要求料的配料，达到最佳的涂装要求和质量要求。2.3表面张力表面张力l1表面张力的本质表面张力的本质l两种分离相（如颜料和漆料）之间界面上的力两种分离相（如颜料和漆料）之间界面上的力不同于任何一
16、相中的力，因为界面上的力处于不同于任何一相中的力，因为界面上的力处于不平衡状态。界面上有一种不对称力的分布，不平衡状态。界面上有一种不对称力的分布，引起了所谓的表面张力效应。引起了所谓的表面张力效应。l不平衡的表现：表面张力驱使降低液体的表面不平衡的表现：表面张力驱使降低液体的表面面积，热力学：降低体系的自由能，降低表面面积，热力学：降低体系的自由能，降低表面面积。达到平衡面积。达到平衡-液珠。液珠。l2接触角接触角2.3表面张力表面张力l2表面张力对涂料的影响表面张力对涂料的影响l表面张力对涂料的生产和涂装的实施及涂表面张力对涂料的生产和涂装的实施及涂装质量都有重要的影响，可能出现流平性装质
17、量都有重要的影响，可能出现流平性不好，产生缩孔，橘皮，回缩等现象。不好，产生缩孔，橘皮，回缩等现象。2.3表面张力表面张力l3解决办法解决办法l降低涂料的表面张力（涂料配方），提高降低涂料的表面张力（涂料配方），提高基材的表面张力。（涂装前处理）基材的表面张力。（涂装前处理）l4表面张力的测定表面张力的测定l毛细管法毛细管法L=Lrg/2(液体）液体）ls=(L-/8)(cos+1)/2(固体）固体）2.4表面活性剂及分散剂表面活性剂及分散剂l获得涂膜高亮度和高着色力的关键因素有获得涂膜高亮度和高着色力的关键因素有颜料能否极好的分散、颜料粒子尺寸是否颜料能否极好的分散、颜料粒子尺寸是否最优化以
18、及微粒分散后在配方中能否持久最优化以及微粒分散后在配方中能否持久稳定性这几个方面。稳定性这几个方面。l在涂料、油漆和油墨形成稳定悬浮液的过在涂料、油漆和油墨形成稳定悬浮液的过程中，颜料的分散可以分为以下三个步骤：程中，颜料的分散可以分为以下三个步骤：2.4表面活性剂及分散剂表面活性剂及分散剂l图图 1:分散加工过程分散加工过程 2.4表面活性剂及分散剂表面活性剂及分散剂l颜料的润湿颜料的润湿：在颜料凝聚和团聚(群聚态)的粒子表面间，空气和水气被树脂溶液所替换。固/气两相(颜料/空气)被转换成固/液两相(颜料/树脂溶液)。2.4表面活性剂及分散剂表面活性剂及分散剂l润湿效率主要依赖于颜料和介质的
19、相对表润湿效率主要依赖于颜料和介质的相对表面张力，也就是混合物的粘度。吸附机理面张力，也就是混合物的粘度。吸附机理取决于颜料的化学特性和所用的分散剂类取决于颜料的化学特性和所用的分散剂类型。型。2.4表面活性剂及分散剂表面活性剂及分散剂l研磨级别研磨级别：在机械能作用下：在机械能作用下(冲击和剪切冲击和剪切力力)，颜料的团聚态被打碎成较小的微粒，颜料的团聚态被打碎成较小的微粒，成为分散状态成为分散状态(均匀分布均匀分布)。经过润湿阶段，。经过润湿阶段，必须将颜料微粒的凝聚态及团聚态分散开必须将颜料微粒的凝聚态及团聚态分散开来。通常是利用高效研磨设备的机械作用来。通常是利用高效研磨设备的机械作用
20、来完成。来完成。2.4表面活性剂及分散剂表面活性剂及分散剂l颜料悬浮液的稳定性颜料悬浮液的稳定性：分散剂用于保持颜：分散剂用于保持颜料分散状态的稳定，阻止失控的絮凝。并料分散状态的稳定，阻止失控的絮凝。并依据颜料表面所吸附的粘接剂种类和分子依据颜料表面所吸附的粘接剂种类和分子结构，促使悬浮液获得稳定状态。结构，促使悬浮液获得稳定状态。2.4表面活性剂及分散剂表面活性剂及分散剂l在颜料分散作用的稳定方面有两种重要机理：在颜料分散作用的稳定方面有两种重要机理：l静电稳定静电稳定：当颜料表面具有相同电荷的微粒相：当颜料表面具有相同电荷的微粒相互接触时会产生静电稳定作用。具有相同电荷互接触时会产生静电
21、稳定作用。具有相同电荷的两微粒有相互排斥效果。带电微粒在库仑排的两微粒有相互排斥效果。带电微粒在库仑排斥力作用下维持了体系的稳定。斥力作用下维持了体系的稳定。l位阻稳定位阻稳定 当颜料固体微粒表面完全覆盖着聚合当颜料固体微粒表面完全覆盖着聚合物时，一个颜料可以说具有位阻稳定性质，使物时，一个颜料可以说具有位阻稳定性质，使微粒间的接触不可能发生。聚合物与溶剂微粒间的接触不可能发生。聚合物与溶剂(有机有机溶剂和水溶剂和水)之间的强烈作用可以阻止颜料粒子相之间的强烈作用可以阻止颜料粒子相互过分接近互过分接近(絮凝作用絮凝作用)。2.4表面活性剂及分散剂表面活性剂及分散剂l图图 1:位阻稳定作用2.4
22、表面活性剂及分散剂表面活性剂及分散剂l图图 1:静电稳定作用2.4表面活性剂及分散剂表面活性剂及分散剂l为什么要使用分散剂为什么要使用分散剂l在制备涂料过程中，分散剂质量是需要考虑的在制备涂料过程中，分散剂质量是需要考虑的最苛刻的因素。分散剂的作用是促进分散过程，最苛刻的因素。分散剂的作用是促进分散过程，获得精细的微粒尺寸，使颜料在树脂溶液中呈获得精细的微粒尺寸，使颜料在树脂溶液中呈稳定状态。稳定状态。l分散过程十分复杂，与众多参数有关，比如：分散过程十分复杂，与众多参数有关，比如：流变性、树脂的化学结构、与溶剂和颜料相关流变性、树脂的化学结构、与溶剂和颜料相关的方面、分散剂的出现以及所应用的
23、分散技术。的方面、分散剂的出现以及所应用的分散技术。2.4表面活性剂及分散剂表面活性剂及分散剂l分散剂家族（在助剂部分讲）分散剂家族（在助剂部分讲）l聚合物分散剂聚合物分散剂l表面活性剂表面活性剂 l四四 小结小结l不同种类的表面活性剂有一方面是相似的：它不同种类的表面活性剂有一方面是相似的：它们吸附于固体们吸附于固体/溶液界面形成一个边界层，防止溶液界面形成一个边界层，防止粒子互相靠近，相同电荷的静电排斥力及空间粒子互相靠近，相同电荷的静电排斥力及空间阻碍两者都可使颜料分散体稳定。阻碍两者都可使颜料分散体稳定。l1溶剂溶剂l溶剂是指用来溶解或分散成膜物质的，并溶剂是指用来溶解或分散成膜物质的
24、，并在使用过程中挥发掉的液体。主要作用是在使用过程中挥发掉的液体。主要作用是溶解树脂，赋予流动性，调节干燥速度，溶解树脂，赋予流动性，调节干燥速度，降低成本，提高施工性能等作用。但对大降低成本，提高施工性能等作用。但对大气环境有影响（气环境有影响（VOC）。）。2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数l2涂料中常用溶剂涂料中常用溶剂l一般是指有机溶剂，包括：水，脂肪烃，芳香烃，醇，酯，谜，一般是指有机溶剂，包括：水，脂肪烃，芳香烃，醇，酯，谜，酮等。酮等。l按氢键强弱和形式，溶剂可分为三种类型：按氢键强弱和形式，溶剂可分为三种类型：l弱氢键溶
25、剂：弱氢键溶剂：主要包括烃类和氯代烃类溶剂，烃类溶剂又分主要包括烃类和氯代烃类溶剂，烃类溶剂又分为脂肪烃芳香烃。常用的有：石脑油、为脂肪烃芳香烃。常用的有：石脑油、200#溶剂油、甲苯、二甲溶剂油、甲苯、二甲苯、三氯乙烷等。苯、三氯乙烷等。0.3（氢键力平均值）（氢键力平均值）l氢键接受型溶剂：主要指酮类和酯类。酮类比酯类便宜，但后氢键接受型溶剂：主要指酮类和酯类。酮类比酯类便宜，但后者气味芳香。常用的有：丁酮、丙酮、环己酮、甲苯异丁基酮、者气味芳香。常用的有：丁酮、丙酮、环己酮、甲苯异丁基酮、异佛尔酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸异丙酯、醋酸异佛尔酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸异丙酯、醋酸-2-丁
26、氧基丁氧基乙酯等。乙酯等。1.0l强氢键溶剂：主要为醇类溶剂。常用的有：甲醇、乙醇、异丙强氢键溶剂：主要为醇类溶剂。常用的有：甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇单丁基醚等。醇、正丁醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇单丁基醚等。1.72.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数l3溶解力及溶解性溶解力及溶解性l溶解力：溶剂溶解树脂形成均匀溶液的能力。溶解力：溶剂溶解树脂形成均匀溶液的能力。l溶解过程：低分子化合物在溶剂中的溶解可用溶解过程：低分子化合物在溶剂中的溶解可用溶解度的概念来描述。如蔗糖，食盐在水中的溶解度的概念来描述。如蔗糖，食盐在水中的溶解，其机理是溶剂分子或离子间的吸引力
27、，溶解，其机理是溶剂分子或离子间的吸引力，而使溶质分子逐渐离开其表面，并通过扩散作而使溶质分子逐渐离开其表面，并通过扩散作用均匀用均匀 地分散到溶剂中去成为均匀溶液。地分散到溶剂中去成为均匀溶液。2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数l高分子化合物在溶剂中的溶解到大体上可分为高分子化合物在溶剂中的溶解到大体上可分为溶胀阶段溶胀阶段和和全部溶剂化全部溶剂化两个阶。接触溶剂表面两个阶。接触溶剂表面的分子链最先溶剂化的分子链最先溶剂化-使高分子化合物内使高分子化合物内部溶解化部溶解化-溶剂化程度逐渐增加溶剂化程度逐渐增加-全部全部溶剂化。溶剂化。l 可以看出，溶剂对高分子聚合物溶解力的大小，
28、可以看出，溶剂对高分子聚合物溶解力的大小，溶解速度的快慢，主要取决于溶剂分子和高聚溶解速度的快慢，主要取决于溶剂分子和高聚合物分子的亲和力，所决定的溶剂向高聚物分合物分子的亲和力，所决定的溶剂向高聚物分子间隙中扩散的难易程度。子间隙中扩散的难易程度。2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数l高分子树脂和有机溶剂相互之间均匀混合过程的自由能高分子树脂和有机溶剂相互之间均匀混合过程的自由能G减少，溶解才能自发进行。减少，溶解才能自发进行。G=H-TS0l其中其中H为混合焓，为混合焓，S为混合熵变（总是正值）为混合熵变（总是正值）l极性高分子溶解极性高分子溶解在极性溶剂中溶解时放热，在极性溶剂
29、中溶解时放热，H0，溶解，溶解过程能自发进行。过程能自发进行。l非极性高分子非极性高分子溶解溶解时吸热，溶解溶解时吸热，H0，只有，只有HTS时才能自发溶解。时才能自发溶解。l非极性高聚物与溶剂混合焓可用经典的非极性高聚物与溶剂混合焓可用经典的Hildebrand容度公容度公式计算：式计算：lH=V12(E1/V1)1/2-(E2/V2)1/22lE=H-RT2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数l4极性相似原则（溶解原则）极性相似原则（溶解原则）l（1）四氯化碳）四氯化碳 没有电性的不对称、偶极矩为没有电性的不对称、偶极矩为0 称为非极性物称为非极性物质。质。l（2）甲醇）甲醇 羟基
30、显电负性而甲基显电正性，分子中电性分布羟基显电负性而甲基显电正性，分子中电性分布不对称，偶极矩不为不对称，偶极矩不为0 l 称为极性物质。偶极矩数值越大，极性越大。称为极性物质。偶极矩数值越大，极性越大。l（3）极性分子的绨合）极性分子的绨合l规律，非极性溶质溶于非极性或弱极性溶剂中，极性溶质溶于极规律，非极性溶质溶于非极性或弱极性溶剂中，极性溶质溶于极性溶剂中，性溶剂中，“同类溶解同类同类溶解同类”-这就是极性相似原则的核心。这就是极性相似原则的核心。l比如，乙醇是极性的，能够溶解于极性的水；而苯是非极性的，比如，乙醇是极性的，能够溶解于极性的水；而苯是非极性的，不和水相混溶；硝基纤维素是极
31、性的，能够溶解于极性的酯和酮，不和水相混溶；硝基纤维素是极性的，能够溶解于极性的酯和酮，而不溶解于非极性或弱不禁风极性的烃类化合物。而不溶解于非极性或弱不禁风极性的烃类化合物。l这个规律仅仅是定性的，比较科学的方法是：这个规律仅仅是定性的，比较科学的方法是：2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数l5溶解度参数相近的原则溶解度参数相近的原则l溶解度参数的定义和物理意义溶解度参数的定义和物理意义l溶解度参数是由聚能密度的平方根，它是分子间力的一种溶解度参数是由聚能密度的平方根，它是分子间力的一种量度。数字表达式为：量度。数字表达式为：l=（E/V1/2）l溶解度参数溶解度参数（卡（卡/厘米
32、厘米3）或（）或（J/M3）1/2、（Cal/CM3）1/2l E每摩尔物质的内聚能每摩尔物质的内聚能lV 摩尔体积摩尔体积 （1 CAL/CM3）1/2=2.046103（J/CM3）1/2lH=V12(1-2)22.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数l如果以如果以A 溶剂、溶剂、B溶质溶质lFAA溶剂分子间的自聚力。溶剂分子间的自聚力。lFBB溶质分子见的自聚力。溶质分子见的自聚力。lFAB 溶剂和溶质分子间的相互作用溶剂和溶质分子间的相互作用力。则：力。则：l若若 FAAFAB 或或FBBFAB 不相溶。不相溶。2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数l如果以如果以A 溶剂
33、、溶剂、B溶质溶质lFAA溶剂分子间的自聚力。溶剂分子间的自聚力。lFBB溶质分子见的自聚力。溶质分子见的自聚力。lFAB 溶剂和溶质分子间的相互作用溶剂和溶质分子间的相互作用力。则：力。则：l若若 FAAFAB 或或FBBFAB 不相溶。不相溶。2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数l2。溶解度参数的确定。溶解度参数的确定l（1）溶剂和混和溶剂的溶解度参数）溶剂和混和溶剂的溶解度参数la、单一溶剂的溶解除度参数可以从表中查得、单一溶剂的溶解除度参数可以从表中查得-涂料工业上常用有机溶剂的溶解度参数及涂料工业上常用有机溶剂的溶解度参数及氢键值表。氢键值表。lb、混合溶剂的溶解度参数可以
34、通过计算求出：、混合溶剂的溶解度参数可以通过计算求出：lmix=11+22+33+nnl式中式中各组分的体积分数。各组分的体积分数。l 各组分的溶解度参数。各组分的溶解度参数。2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数l例一、已知二甲苯的例一、已知二甲苯的1=8.8、-丁丙酯丁丙酯的的2=12.6。若以体积分数计、配制成。若以体积分数计、配制成33%二甲苯和二甲苯和67%l-丁丙酯的混合溶剂，共丁丙酯的混合溶剂，共mix是多少？是多少？l解、解、mix=11+22=0.338.8+0.67 12.6=10.6。2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数l（2）高分子聚合物的溶解除度参数
35、）高分子聚合物的溶解除度参数l高聚物与溶剂不同，它们是不挥发展性物高聚物与溶剂不同，它们是不挥发展性物质，可以通过实验对比的方法测得高聚物质，可以通过实验对比的方法测得高聚物确定确定值。值。l在涂料工业中常用树脂的溶解度参数可以在涂料工业中常用树脂的溶解度参数可以通过查表来确定通过查表来确定涂料中常用树脂的溶涂料中常用树脂的溶解度参数。解度参数。2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数l3、溶解度参数的应用、溶解度参数的应用l依据溶解度参数相同或相近可以互溶的原则，判断树脂在溶剂依据溶解度参数相同或相近可以互溶的原则，判断树脂在溶剂（或混合溶剂）中，是否溶解。（或混合溶剂）中，是否溶解。
36、l例二、例二、聚苯乙烯的聚苯乙烯的1=8.59.3 聚醋酸乙烯树脂的聚醋酸乙烯树脂的平均值为平均值为9.4。试问：前者在丁酮中，后者在苯、甲苯及氯仿中可否溶解？试问：前者在丁酮中，后者在苯、甲苯及氯仿中可否溶解？l则：则：1 2=9.3-（8.5-9.3）=（00.8）（1.31.8）则聚苯乙烯在丁酮中可以溶解。则聚苯乙烯在丁酮中可以溶解。l 苯苯=9.3、甲苯甲苯=8.9、氯仿氯仿=9.7l 苯苯 2=9.3-9.4=0.11.31.8l 1 2=8.9-9.4=0.51.31.8l 1 2=9.7-9.4=0.31.31.8 聚醋酸乙烯树脂在这三种溶聚醋酸乙烯树脂在这三种溶剂中均可溶解。剂
37、中均可溶解。l例三、例三、今有环己酮、甲基今有环己酮、甲基-酮、甲基酮、甲基-丁基酮溶剂，那种能丁基酮溶剂，那种能溶解氯乙烯溶解氯乙烯-醋酸乙烯共聚树脂？醋酸乙烯共聚树脂？l 解：查表：解：查表：环己酮环己酮=9.9、苯基苯基=10.6、丁基丁基=8.5、共聚共聚=10.5l环己酮环己酮 1 2=9.9-10.5=0.61.31.8l苯基酮苯基酮 1 2=10.6-10.5=0.11.31.8l 在丁基酮中不溶，与苯基酮的混溶性好。在丁基酮中不溶，与苯基酮的混溶性好。2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数l例四、天然橡胶的例四、天然橡胶的平均值平均值=8.2，正己烷的，正己烷的=7.8
38、，可以溶解天然橡胶，若加入适量的甲醇，可以溶解天然橡胶，若加入适量的甲醇，可以使其溶解增强，试求甲醇的最佳加入量是可以使其溶解增强，试求甲醇的最佳加入量是多少？多少？l 设：混合溶剂中甲醇所占的体积分数为设：混合溶剂中甲醇所占的体积分数为X，则，则正己酮体积分数为正己酮体积分数为1-X。l甲醇甲醇=14.6，则混合溶剂的，则混合溶剂的mix=（1-X）*7.8+X*14.6=8.2（橡胶）（橡胶）l X=0.125。2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数l依据溶解度参数相同或相近原则预测两种溶剂的互溶性。依据溶解度参数相同或相近原则预测两种
39、溶剂的互溶性。l依据溶解度参数可以估计两种或两种以以上树脂的互溶性。依据溶解度参数可以估计两种或两种以以上树脂的互溶性。l若几种树脂的溶解度参数（或溶解度参数平均值）彼此相同或相若几种树脂的溶解度参数（或溶解度参数平均值）彼此相同或相差不大时，那么这几种树脂可以互溶，这对于预测几种树脂的混差不大时，那么这几种树脂可以互溶，这对于预测几种树脂的混合溶液的贮存稳定性和固体涂膜的物化性质有理论及实用价值。合溶液的贮存稳定性和固体涂膜的物化性质有理论及实用价值。l判断涂膜的耐溶解性判断涂膜的耐溶解性l如果涂膜中的成膜物的确如果涂膜中的成膜物的确 和某一溶剂（或混合溶剂）的确和某一溶剂（或混合溶剂）的确
40、 值相值相差较大，使涂膜对该溶剂而言就有较好的耐溶剂性。差较大，使涂膜对该溶剂而言就有较好的耐溶剂性。l利用溶解度参数相同或相近可以互溶的原则，选择增塑剂，如利用溶解度参数相同或相近可以互溶的原则，选择增塑剂，如果增塑与溶剂和树脂却肥互混那么该溶剂就可用于该树脂和该溶果增塑与溶剂和树脂却肥互混那么该溶剂就可用于该树脂和该溶剂之中，增塑剂的溶解度参数可查表剂之中，增塑剂的溶解度参数可查表-常用增塑剂的溶解度参常用增塑剂的溶解度参数值表数值表l利用溶解度参数可以在研创塑料漆过程中选用适当的树脂和溶利用溶解度参数可以在研创塑料漆过程中选用适当的树脂和溶剂。剂。2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作
41、用参数l要求：要求：树脂与树脂与塑料尽量接近，以获得较塑料尽量接近，以获得较好的附着力；好的附着力；l 溶剂与溶剂与塑料相差越大越好，以免使塑料相差越大越好，以免使塑料被咬起或起皱；塑料被咬起或起皱；l 树脂与树脂与塑料增塑剂相差越大越好，塑料增塑剂相差越大越好，以保证增塑剂不渗析。以保证增塑剂不渗析。2.5溶解性及相互作用参数溶解性及相互作用参数l常用塑料的溶解度参数值可查表。常用塑料的溶解度参数值可查表。l溶剂化作用：高分子和溶剂分子上的基团能够相互吸引，溶剂化作用：高分子和溶剂分子上的基团能够相互吸引，从而促进聚合物的溶解。从而促进聚合物的溶解。l选择溶剂应先考虑溶解度参数，其次是氢键力
42、，最后是溶选择溶剂应先考虑溶解度参数，其次是氢键力，最后是溶剂化作用。剂化作用。l涂料工业中广泛使用混合溶剂，主要是从实用出发，混合涂料工业中广泛使用混合溶剂，主要是从实用出发，混合溶剂包含有真溶剂，助溶剂和冲淡剂。主要考虑到干燥挥溶剂包含有真溶剂，助溶剂和冲淡剂。主要考虑到干燥挥发梯度和经济。发梯度和经济。l溶解力的测试方法：溶解力的测试方法：KB值法（贝壳松脂值法（贝壳松脂-丁醇法）测定烃丁醇法）测定烃类溶剂类溶剂l贝壳松脂贝壳松脂-丁醇法丁醇法=1：5标准溶液标准溶液 KB值越大表示溶解力越值越大表示溶解力越强。强。2.6挥发性挥发性l挥发性是选择溶剂的关键因素。蒸发速率太快挥发性是选择
43、溶剂的关键因素。蒸发速率太快和太慢之间必须取得平衡才能得到理想的溶剂和太慢之间必须取得平衡才能得到理想的溶剂配方。在这方面，不仅要考虑最初的速率，而配方。在这方面，不仅要考虑最初的速率，而且还要考虑中间的最终的蒸发速率。每一步对且还要考虑中间的最终的蒸发速率。每一步对下列的性质均有影响，如干燥时间，湿边时间，下列的性质均有影响，如干燥时间，湿边时间，流平，流挂，条痕，针孔和缩孔等。溶剂对于流平，流挂，条痕，针孔和缩孔等。溶剂对于涂料施工的底材湿润也起作用，最后蒸发到大涂料施工的底材湿润也起作用，最后蒸发到大桥之后溶剂对留下的固体结构的定向和性质也桥之后溶剂对留下的固体结构的定向和性质也可能有强
44、烈影响。可能有强烈影响。2.6挥发性挥发性l挥发速率挥发速率l溶剂的挥发速率是影响涂膜质量的一个重溶剂的挥发速率是影响涂膜质量的一个重要因素，如果溶剂挥发太快，涂膜既不会要因素，如果溶剂挥发太快，涂膜既不会流平，也不会充分润湿基材，因而不能产流平，也不会充分润湿基材，因而不能产生很好的附着力；如果溶剂挥发太慢，不生很好的附着力；如果溶剂挥发太慢，不仅要长时间，而且涂膜会流而影响施工质仅要长时间，而且涂膜会流而影响施工质量。量。2.6挥发性挥发性l单一溶剂的挥发单一溶剂的挥发l 单一溶剂的挥发主要受，温度，蒸气压，单一溶剂的挥发主要受，温度，蒸气压，表面积表面积/体积及表面空气的流动速度等的体积
45、及表面空气的流动速度等的影响。影响。l溶剂的挥发速度通常以醋酸正丁酯为标溶剂的挥发速度通常以醋酸正丁酯为标准溶剂的相对挥发速度来表示准溶剂的相对挥发速度来表示lE=t90(醋酸正丁烯）醋酸正丁烯）/t90(待测溶剂待测溶剂)l 2.6挥发性挥发性lt90表示表示90%的溶剂挥发所需要的时间，的溶剂挥发所需要的时间，醋酸正丁酯的相对挥发速度定义为醋酸正丁酯的相对挥发速度定义为1，实，实验条件为验条件为25，空气流动速度为，空气流动速度为5L/min，将，将0.7ml待测溶剂滴在滤纸上。滤纸放待测溶剂滴在滤纸上。滤纸放置在平衡盘上并在封闭容器中测定置在平衡盘上并在封闭容器中测定90%重重溶剂挥发所
46、需要的时间。一些溶剂的相对溶剂挥发所需要的时间。一些溶剂的相对挥发速度可查表。挥发速度可查表。2.6挥发性挥发性l影响溶剂挥发速率的因素有：影响溶剂挥发速率的因素有：l湿漆膜的表面温度湿漆膜的表面温度l溶剂的蒸汽压大，挥发快溶剂的蒸汽压大，挥发快l溶剂挥发发生在溶剂挥发发生在/空气界面空气界面l挥发出去的溶剂不被快速带走，湿漆膜溶挥发出去的溶剂不被快速带走，湿漆膜溶剂蒸汽的分压增大就受到抑制剂蒸汽的分压增大就受到抑制 2.6挥发性挥发性l混合溶剂的挥发混合溶剂的挥发l 混合溶剂的相对挥发速率可以通过体积分数，混合溶剂的相对挥发速率可以通过体积分数，活性系系数和单一溶剂的相对挥发速度来测算：活性
47、系系数和单一溶剂的相对挥发速度来测算：lE总总=（E）1+（E）2+（E）nl活性系数活性系数x是混合溶剂中不同组分向相互作用是混合溶剂中不同组分向相互作用的量度，其值随混合溶剂的量度，其值随混合溶剂 中各溶剂组分的类中各溶剂组分的类型及浓度而变化。一般可以从活性系数图上查型及浓度而变化。一般可以从活性系数图上查出按溶剂类型（烃类溶剂，酯类出按溶剂类型（烃类溶剂，酯类/酮类溶剂，酮类溶剂，醇类醇类/）和溶液浓度分类的溶剂的活性系数。）和溶液浓度分类的溶剂的活性系数。2.6挥发性挥发性2.6挥发性挥发性l例五、某硝化纤维素溶液的溶剂配方的体积百例五、某硝化纤维素溶液的溶剂配方的体积百分浓度为醋酸
48、正丁酯分浓度为醋酸正丁酯35%。（。（E=1）；甲苯）；甲苯50%（E=2.0）；乙醇）；乙醇10%（E=1.7）及正丁醇）及正丁醇5%（E=0.4），试计算该混合溶剂的相对挥发），试计算该混合溶剂的相对挥发速率。速率。l 解、首先从活性系数图上查出各组分溶剂的活解、首先从活性系数图上查出各组分溶剂的活性系数性系数X。l 醋酸正丁酯醋酸正丁酯X=1.6、乙醇、乙醇 X=3.9、甲苯、甲苯X=1.4、正丁醇正丁醇X=3.9、然后代入公式进行计算。、然后代入公式进行计算。lE总总=（0.351.61.0）+（0.51.42.0）+（0.13.91.7）+（0.053.90.4）=2.732.6挥发
49、性挥发性l涂膜溶剂的挥发涂膜溶剂的挥发l在涂料中，溶剂的挥发可分为两个阶段。在涂料中，溶剂的挥发可分为两个阶段。l溶剂的挥发速度主要受单一溶剂挥发的四种因素所控制，溶溶剂的挥发速度主要受单一溶剂挥发的四种因素所控制，溶剂的挥发的速度与纯溶剂时相同（可按的公式计算）随着溶剂剂的挥发的速度与纯溶剂时相同（可按的公式计算）随着溶剂的进一步挥发，溶剂的挥发速度会突然变慢。进入第二阶的进一步挥发，溶剂的挥发速度会突然变慢。进入第二阶。l溶剂的挥发速度受从涂膜内到涂膜表面所控制。而这种扩散溶剂的挥发速度受从涂膜内到涂膜表面所控制。而这种扩散是由一个孔隙跳到另一个孔隙而进行的，或者说是从高分子聚是由一个孔隙
50、跳到另一个孔隙而进行的，或者说是从高分子聚合物产生的自由体系中扩散至表面而逸出的。这一扩散过程的合物产生的自由体系中扩散至表面而逸出的。这一扩散过程的主要控制因素是树脂的玻璃化温度主要控制因素是树脂的玻璃化温度(T g)当溶剂的挥发发生当溶剂的挥发发生T g在以上时，扩散速度与挥发速度相同，而且溶剂的挥发发生在在以上时，扩散速度与挥发速度相同，而且溶剂的挥发发生在T g以下，溶剂的挥发由扩散速度所控制。例如以下，溶剂的挥发由扩散速度所控制。例如 T g 大于涂膜大于涂膜的温度，溶剂的挥发速度将趋于的温度，溶剂的挥发速度将趋于0。l这样即使成膜几年，涂膜内仍含有小量的残余溶剂，可采用在这样即使成