涂料顏料的體積濃度對涂層性能的影響

作者：精顏化工日期： 2023-12-12 點擊量：文字大小：大中小

解析涂料顏料：體積濃度PVC、臨界顏料體積濃度CPVC和顏料特性對涂層性能的影響

大多數涂料由填充有固體顆粒（顏料和/或填料）的粘合劑基質組成。顆粒必須分散、穩定和分布在涂料中。在成膜過程中，當濕涂料轉變為干涂料時，固體顆粒的均勻分布應保持完整。

顏料體積濃度（PVC）

涂層性能受固體顆粒系統負載程度等因素的影響。一些涂料含有大量的固體顆粒，而其他涂料，如清漆，不含固體顆粒。涂料的顆粒負載量通過其顏料體積濃度（PVC）進行量化。系統的PVC被定義為當所有揮發性成分（水和溶劑）蒸發時，成膜后系統中固體顆粒的體積百分比。

高PVC體系具有高顆粒負荷，而低PVC體系含有低體積百分比的固體顆粒。

PVC是膜形成后系統的一個性質。這意味著PVC是通過排除揮發成分（水和溶劑）來計算的。應該使用非揮發成分的體積進行計算，而這些體積需要通過使用每個組分的密度進行轉換。

考慮一種基于醇酸樹脂、二氧化鈦顏料和脫芳香溶劑油（D40）：
成分和功能

為了便于計算，我們忽略了添加劑。在100克油漆中固體顆粒的總體積可以通過將TiO2的重量除以其密度來計算。這給出了Vp = 6.00 cm3。油漆不含填料，因此：Vf=0.

現在我們看一下粘合劑，它由溶解在D40中的醇酸樹脂組成。粘合劑非揮發部分的重量為30.05克。從粘合劑供應商那里我們知道純醇酸樹脂的密度為1.10 g/cm3。因此，粘合劑非揮發部分的體積為：Vb=27.32cm3。

通過使用定義，可以得出該油漆的PVC為18.0%。這個值告訴我們，在膜形成后的涂層系統中，82%的體積由樹脂組成，顏料顆粒占據18%的體積。

樹脂的密度

通常，技術數據表（TDS）中僅給出所提供的粘合劑的密度，而不是純樹脂的密度。純樹脂（所供應的粘合劑的非揮發性部分）的密度可以通過計算進行估算。以下是使用上述例子的計算方法。

我們知道溶劑D40的密度為0.78 g/cm3。醇酸樹脂溶液的密度為0.91 g/cm3；這不是醇酸樹脂的密度。60.1克粘合劑的體積為66.04cm3。

60.1克粘合劑包含30.05克醇酸樹脂和30.05克D40。根據D40的密度，可以估算出60.1克粘合劑含有38.53cm3的溶劑。粘合劑體積的其余部分估算為醇酸樹脂：Vb=27.51cm3。從這個分析中得出的估算醇酸樹脂的密度為1.09g/cm3。通過將固體顆粒的體積和粘合劑的估算非揮發部分的體積代入方程，得出涂層的估算PVC為17.9%。

盡管計算方法并不嚴格正確，但它往往能夠給出接近真實PVC的值。然而，最好的做法是使用涂層中存在的樹脂的非揮發部分的測定密度。

添加劑

上述計算中沒有考慮添加助劑。為了更準確地計算系統的PVC，應該包括添加劑。為此，需要了解有關添加劑的一些信息。首先，必須知道每種添加劑的非揮發物質的重量百分比，通常稱為“固體”含量。其次，應該獲取或估算每種添加劑的非揮發部分的密度。最后，系統開發人員必須知道添加劑是作為成膜聚合物還是固體顆粒來使用。

閱讀以上內容，不難理解為什么在計算涂層的PVC時通常不考慮添加助劑。下面我們繼續討論臨界顏料體積濃度（CPVC）、顏料吸油性（OA）以及顏料形狀和密度對涂層性能的影響。

臨界顏料體積濃度（CPVC）

隨著PVC的增加，涂層的許多性能會突然發生變化。這些變化發生在CPVC上。CPVC可以定義為在緊密堆積的系統中，有足夠的粘合劑在顏料表面以及顏料顆粒之間的所有間隙空間上提供完全吸收的層。

涂料顏料組合的CPVC可以根據吸油率（OA）計算，前提是OA值基于非絮凝分散體。OA表示為每100克色素中亞麻籽油的克數。

ρ是色素的密度，93.5是亞麻籽油（EU）密度的100倍。OA和CPVC都以百分比表示，而不是分數。OA和CPVC的定義都是基于緊密堆積的顏料粘合劑，其粘合劑剛好足以在顏料表面吸收并填充顏料顆粒之間的所有間隙。使用吸油值為20（#克亞麻籽油/100克顏料）且顏料密度為4.2克/立方厘米的金紅石型二氧化鈦（EU）的白色醇酸（EU）飾面的CPVC計算示例如下：

隨著涂料顏料密度和/或吸油值的增加，CPVC會減少。在CPVC以上，存在空氣孔隙（膜密度降低），在CPVC以下，顏料粒子分離。當通過CPVC時，油漆行為發生急劇和突然的變化，這可以用于確定CPVC。性質的突然變化包括：物理性（附著力、抗拉強度/伸長和涂層密度）、耐久性（抗濕氣、防銹、防潮滲透、起泡、濕附著力、耐污染性）和外觀（遮蓋、光澤、色力）。影響水和氧氣滲透的其他因素包括顆粒形狀和顆粒大小。顏料粒子的大小和形狀各異。用于描述顏料顆粒結構的一些術語，按它們從球形度遞增的順序遞增如下：具有片狀顆粒的顏料可以降低滲透性，尤其是如果它們與涂層表面平行排列。云母（EU）、云母鐵氧體（EU）和金屬片（EU）是這類顏料的幾個例子。涂料顏料粒子的平均粒徑越小，顏料對致密填料的抵抗力就越強。例如，細（沉淀）碳酸鈣（EU）的密集堆積因子大致是較粗碳酸鈣的兩倍。單位重量顏料的表面積與顆粒直徑成反比。對于大多數形狀與球體、小球或矩形相差不大的顏料粒子而言，這種關系尤為真實。因此，對于給定重量的顏料粒子，減小直徑會使表面積翻倍，對于給定的顏料來說，表面積越大，負載需求就越大。

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