涂料颜料的体积浓度对涂层性能的影响

作者：精颜化工日期： 2023-12-12 点击量：文字大小：大中小

解析涂料颜料：体积浓度PVC、临界颜料体积浓度CPVC和颜料特性对涂层性能的影响

大多数涂料由填充有固体颗粒（颜料和/或填料）的粘合剂基质组成。颗粒必须分散、稳定和分布在涂料中。在成膜过程中，当湿涂料转变为干涂料时，固体颗粒的均匀分布应保持完整。

颜料体积浓度（PVC）

涂层性能受固体颗粒系统负载程度等因素的影响。一些涂料含有大量的固体颗粒，而其他涂料，如清漆，不含固体颗粒。涂料的颗粒负载量通过其颜料体积浓度（PVC）进行量化。系统的PVC被定义为当所有挥发性成分（水和溶剂）蒸发时，成膜后系统中固体颗粒的体积百分比。

高PVC体系具有高颗粒负荷，而低PVC体系含有低体积百分比的固体颗粒。

PVC是膜形成后系统的一个性质。这意味着PVC是通过排除挥发成分（水和溶剂）来计算的。应该使用非挥发成分的体积进行计算，而这些体积需要通过使用每个组分的密度进行转换。

考虑一种基于醇酸树脂、二氧化钛颜料和脱芳香溶剂油（D40）：
成分和功能

为了便于计算，我们忽略了添加剂。在100克油漆中固体颗粒的总体积可以通过将TiO2的重量除以其密度来计算。这给出了Vp = 6.00 cm3。油漆不含填料，因此：Vf=0.

现在我们看一下粘合剂，它由溶解在D40中的醇酸树脂组成。粘合剂非挥发部分的重量为30.05克。从粘合剂供应商那里我们知道纯醇酸树脂的密度为1.10 g/cm3。因此，粘合剂非挥发部分的体积为：Vb=27.32cm3。

通过使用定义，可以得出该油漆的PVC为18.0%。这个值告诉我们，在膜形成后的涂层系统中，82%的体积由树脂组成，颜料颗粒占据18%的体积。

树脂的密度

通常，技术数据表（TDS）中仅给出所提供的粘合剂的密度，而不是纯树脂的密度。纯树脂（所供应的粘合剂的非挥发性部分）的密度可以通过计算进行估算。以下是使用上述例子的计算方法。

我们知道溶剂D40的密度为0.78 g/cm3。醇酸树脂溶液的密度为0.91 g/cm3；这不是醇酸树脂的密度。60.1克粘合剂的体积为66.04cm3。

60.1克粘合剂包含30.05克醇酸树脂和30.05克D40。根据D40的密度，可以估算出60.1克粘合剂含有38.53cm3的溶剂。粘合剂体积的其余部分估算为醇酸树脂：Vb=27.51cm3。从这个分析中得出的估算醇酸树脂的密度为1.09g/cm3。通过将固体颗粒的体积和粘合剂的估算非挥发部分的体积代入方程，得出涂层的估算PVC为17.9%。

尽管计算方法并不严格正确，但它往往能够给出接近真实PVC的值。然而，最好的做法是使用涂层中存在的树脂的非挥发部分的测定密度。

添加剂

上述计算中没有考虑添加助剂。为了更准确地计算系统的PVC，应该包括添加剂。为此，需要了解有关添加剂的一些信息。首先，必须知道每种添加剂的非挥发物质的重量百分比，通常称为“固体”含量。其次，应该获取或估算每种添加剂的非挥发部分的密度。最后，系统开发人员必须知道添加剂是作为成膜聚合物还是固体颗粒来使用。

阅读以上内容，不难理解为什么在计算涂层的PVC时通常不考虑添加助剂。下面我们继续讨论临界颜料体积浓度（CPVC）、颜料吸油性（OA）以及颜料形状和密度对涂层性能的影响。

临界颜料体积浓度（CPVC）

随着PVC的增加，涂层的许多性能会突然发生变化。这些变化发生在CPVC上。CPVC可以定义为在紧密堆积的系统中，有足够的粘合剂在颜料表面以及颜料颗粒之间的所有间隙空间上提供完全吸收的层。

涂料颜料组合的CPVC可以根据吸油率（OA）计算，前提是OA值基于非絮凝分散体。OA表示为每100克色素中亚麻籽油的克数。

ρ是色素的密度，93.5是亚麻籽油（EU）密度的100倍。OA和CPVC都以百分比表示，而不是分数。OA和CPVC的定义都是基于紧密堆积的颜料粘合剂，其粘合剂刚好足以在颜料表面吸收并填充颜料颗粒之间的所有间隙。使用吸油值为20（#克亚麻籽油/100克颜料）且颜料密度为4.2克/立方厘米的金红石型二氧化钛（EU）的白色醇酸（EU）饰面的CPVC计算示例如下：

随着涂料颜料密度和/或吸油值的增加，CPVC会减少。在CPVC以上，存在空气孔隙（膜密度降低），在CPVC以下，颜料粒子分离。当通过CPVC时，油漆行为发生急剧和突然的变化，这可以用于确定CPVC。性质的突然变化包括：物理性（附着力、抗拉强度/伸长和涂层密度）、耐久性（抗湿气、防锈、防潮渗透、起泡、湿附着力、耐污染性）和外观（遮盖、光泽、色力）。影响水和氧气渗透的其他因素包括颗粒形状和颗粒大小。颜料粒子的大小和形状各异。用于描述颜料颗粒结构的一些术语，按它们从球形度递增的顺序递增如下：具有片状颗粒的颜料可以降低渗透性，尤其是如果它们与涂层表面平行排列。云母（EU）、云母铁氧体（EU）和金属片（EU）是这类颜料的几个例子。涂料颜料粒子的平均粒径越小，颜料对致密填料的抵抗力就越强。例如，细（沉淀）碳酸钙（EU）的密集堆积因子大致是较粗碳酸钙的两倍。单位重量颜料的表面积与颗粒直径成反比。对于大多数形状与球体、小球或矩形相差不大的颜料粒子而言，这种关系尤为真实。因此，对于给定重量的颜料粒子，减小直径会使表面积翻倍，对于给定的颜料来说，表面积越大，负载需求就越大。

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