油墨涂料的黏度的测试方法
一、涂料的流变性与测量
涂料一般为粘稠液体或粉状物质，可以用不同的施工工艺涂覆在物体表面，干燥后能形成粘附牢固、具有一定的强度、连续的固态漆膜，赋予被涂物以保护、美化和其它预期的效果。由于涂料在涂装的过程中，一定要经过流体这个阶段，所以流变性能是涂料的一项重要性能。流体按大类可以分为牛顿型和非牛顿型，非牛顿型流体又分为剪切速率依存型和时间依存型。剪切速率依存型是指流体的流动行为随剪切速率的变化而变化，包括假塑型、胀流型和塑型。时间依存型是指一定剪切速率下流体随时间而变化的流动特性，包括触变型和震凝型，实际中的涂料大多数是触变型流体。
在涂料的生产、贮存、施工和成膜过程中,所受到的力可以分为纯剪切、拉伸剪切和简单剪切等，其中主要是简单剪切，当涂料受到简单剪切做单向层流，层间有速度差，若剪切应力为τ，剪切速率为Ý，则粘度η＝τ/Ý，称为动力粘度，单位为Pa.s（泊），常用单位为mPa.s或者cP（厘泊）。粘度是涂料流变学的一个重要指标，与剪切速率和剪切应力密切相关。表1即是按照涂料受到简单剪切估计的一些施工方法以及流平流挂的剪切速率：
表1 各种施工方法的剪切速率（S－1）
施工方法 喷涂 刷涂/滚涂 搅拌 投料 流平/流挂 颜料沉降
剪切速率 >104 103－104 101－103 100－102 10－3－100 <10-3
涂料主要有三部分组成：成膜物质、溶剂和填料。这几种物质对涂料流变性的影响主要在低剪切速率方面，如颜料的絮凝，各种助剂的存在，所形成的结构使粘度变化很大；在高剪切速率下，结构被破坏，所呈现的粘度接近树脂溶液本身和分散颗粒对粘度的影响。高低剪切速率下的粘度配合，使涂料有一个符合储存和施工所需的流变性能。例如在涂料贮存中,希望体系有较高的粘度,防止颜料和填料的沉淀；在施工时开始要求体系粘度较低,有利于涂膜流平,但要求涂膜粘度在一定时间达到较高粘度,以免涂膜产生流挂和流淌现象；粉末涂料只有它的熔融体有足够低的粘度时才有足够的流平，另外粘度也对颜料在涂料中的分散有很大影响。
从以上分析也可以看出，涂料的流变性的以下几个方面的参数：屈服值、触变性、粘度恢复速度和施工剪切速率下的粘度对涂料的质量影响很大，所以这几个参数的测量在涂料的生产、研发和使用中备受重视。
二、Brookfield的涂料流变学测量解决方案
Brookfield作为世界上最出色的旋转粘度计/流变仪制造商之一，自从1934年研究出第一台表盘式旋转粘度计，推出了一系列针对涂料生产和研发用的粘度计/流变仪，为涂料生产中的流变性研究与测量提出了一个完整的解决方案。1、通用的DV-II+ Pro 型旋转粘度计，这个机型的转子是比较常见的是圆盘式转子，也可以根据用户需求配合其它转子，数字显示，可以与电脑连接，通过人性化的软件来进行测量，可以用来测量涂料的原料的粘度、半成品的粘度、成品的粘度等，在质量控制和研发中做配方设计中应用很多。针对不同客户的需求，Brookfield还推出了小量样品适配器（SSA）、螺旋适配器（SA）、超低粘度适配器（ULA）、升降支架、桨式转子等附件，在一些生产或者研发过程中使用这些附件可以使测量粘度的范围大大扩大，测量准确度也有很大提高。此类粘度计还有DV-I+、表盘式、DV-E等。
2、涂料中最常用的是斯托默（Stormer）粘度计，此仪器的最初发展是模仿漆工用桨叶搅拌涂料，视其阻力大小来判断该漆的稠度，以Krebs Unit(KU)表示。Brookfield推出的新一代的Stormer粘度计（KU-2）配有固定转速为200rpm的驱动马达，以完全取代传统粘度计所需砝码，此类粘度计现在还可以直接读出以cP（厘泊）为单位的涂料粘度，这在很大程度上使测量更方便，可以满足客户不同测试条件的需要。
3、CAP系列锥板粘度计主要用于测定较粘稠物料的黏度及其流变性，因为其剪切速率比较高（剪切速率最高可达13300s－1），比较合适用来模拟涂料刷涂过程中的剪切速率，是涂料生产中的质量控制和研发中的必备仪器。该仪器的优点除了所需样品量少、清洗方便、测试速度快以外，还自带温控系统。
4、R/S流变仪可以控制剪切应力/剪切速率，在测量涂料的触变性、屈服应力等性能方面的使用更加方便。涂料在涂装后的最终外观取决于烘烤初期涂料的流动性之类的流变学行为，在涂装后的流动性只能在极低的剪切速率下才能研究，所以使用R/S流变仪采用一个从高到低的剪切速率变化，可以很好的反应涂料的触变行为。R/S流变仪通过对剪切应力的控制，可以表征涂料刚开始屈服到流动的曲线变化，更全面的涂料的流变性。
5、在线粘度计可以对涂料生产过程的粘度进行实时监控，通过粘度来反映产品的质量，进行质量控制，保证了不同批次产品质量的一致性，可以及时发现生产中问题，减少各种浪费，节约生产成本。目前涂料用的在线粘度计主要有两种：TT100和AST100。下表即是此方案。
Brookfield的涂料流变性测量解决方案
粘度计型号 主要特点 应用范围 适用标准 附件 备注
DV-II+Pro 数显、可编程、转速范围宽 原材料和成品质量控制、研发 ASTM D2196 少量样品适配器、超低粘度适配器、升降支架、桨式转子等 也可选用表盘式、DV-I+等
KU-2 数显、可显示KU和CP值、操作简单 成品质量控制 GB 9269、ASTM D562 样品杯
CAP2000+ 高剪切速率、可测少量样品、易于清洗 研发和质量控制 GB 9751、ASTM D4287 转子 也可选用CAP1000+
R/S流变仪 剪切应力可控、可测量屈服应力与触变性、性价比最高的流变仪 研发和质量控制 温控附件、转子 DV-III+流变仪有RS部分功能
AST－100在线粘度计 实时监控生产中的粘度、保证不同批次的产品质量、坚固耐用 生产中质量控制 也可选用TT－100在线粘度计
另外，Brookfield的大部分粘度计/流变仪都可以和计算机配合使用，这类粘度计也被称为可编程粘度计，即可以通过程序来控制粘度计的运行，设定不同的程序，即可测定不同条件下的粘度，然后数据输入电脑，通过软件来分析涂料的流变性，根据流变性来预测不同配方和工艺条件下涂料的性能。例如DV-III+流变仪使用Rheocalc32软件，可以设定不同程序，自动采集数据，绘制粘度-时间/温度关系图表，生成的数据也可以通过Excel文件输出，方便了客户。RS流变仪使用Rheo2000软件，功能更加强大，能测流变曲线、屈服应力、触变指数、蠕变性、粘弹性等。
三、结语
涂料的流变性比较复杂，至今仍有很多理论问题有待研究。尽管如此，随着涂料应用范围的扩大和研究的深入，已总结出一些实用规律用于指导实践，特别是一些高性能的仪器包括旋转粘度计/流变仪的使用，使测量的数据可以在很大程度上反映涂料的流变性，促进了涂料的研发、质量控制以及生产方面的技术进步，也将使涂料流变性的研究越来越深入！
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液体涂料粘度的测试方法有多种，分别适用于不同的品种。对透明清漆和低粘度色漆主要以流出法为主，对透明清漆还有气泡法和落球法。对高粘度色漆则通过不同剪切速率下的应力的方法来测定粘度，采用这种方法还可测定其它的相应流变特性。目前流出法仍主要使用流量杯，但为了统一各国流量杯的尺寸，也为了提高流动的稳定性，以便在测定数值方面可互相比较，IsO组织已提出了改进后的流量杯．并继续不断完善，如图2所示。标准号为ISO2431—1993(E)，主要适用于牛顿型或近似牛顿型的液体，其测试样品的运动粘度范围在7～685mm2／s之间。IS(3流量杯1套共4个，流出孔径分别为3mm、4mm、5mm和6mm 以分别适用于不同的测试范围【在施工现场适用的流出型粘度计，目前各国仍主要推荐察恩粘度杯(Zahncup)，如图3所示。它是一种圆柱形，球形底，并配有较长提手的轻便粘度
杯，容积为44cm3。按其底部开有的小孔的尺寸分为5个型号，组成1套，以分别测量不同粘度的产品，测定的范围为20～1200mmz／s。
能够改善涂料流变性能的助剂称为流变改性剂，也称为流变剂。一般的说，流变剂能够改善涂料的稳定性和涂装性，提高涂膜质量。如：防止涂料贮存过程中颜、填料的沉淀，避免涂装过程中涂料的溅落、流挂，改善涂膜的流平性能等。
乳胶漆之所以会出现沉降，是因为乳胶漆中的颜填料颗粒受到重力作用而下降，而颗粒间产生凝聚，使其颗粒增大，重力作用显著，沉降加剧。根据斯托克定律，颜填料的沉降速度与研磨细度成倍数关系，与颜料密度成正比，随体系黏度增加而下降。虽然可以通过调整颜填料的密度与液体的介质密度之差，增大液相的黏度来降低沉降速度，但实际沉淀体系较为复杂，颜料与颜料、乳液、润湿分散剂、增稠剂等相互影响，尤其是体系絮凝使沉降速度大幅度增加。造成体系絮凝的常见因素有：原材料的不相容性，如分散剂与乳液、增稠剂的不匹配，羟乙基纤维素与缔合型增稠剂的不匹配，缔合增稠剂的添加量过多或过少，尤其是乳胶漆中的乳液是热力学不稳定体系，易受到多种外界因素的影响而絮凝和聚结。因此，只有在乳胶漆的生产过程中采取必要的措施，才能减缓或消除乳胶漆在储存中的沉降。
二、乳胶漆沉降分层的控制
1.工艺过程的控制成膜助剂是帮助乳液成膜的物质，一般是油性的，只有少量溶于水，大量存在于乳胶颗粒中。成膜助剂过量使用，则使乳胶粒子破乳。因此，需要添加一定量的表面活性剂，在液相中形成胶束以容纳成膜助剂。同时表面活性剂会占据聚合物表面没有被乳化剂包围的空隙，使成膜助剂不能大量顺利地进入乳胶中，避免乳胶破乳，阻止凝胶的产生。流变改性剂会与颜填料粒子相吸附而产生絮凝，可以通过用水稀释的方法来改善。用水稀释流变改性剂，尽量使乳胶粒子不发生或少发生由于局部流变改性剂浓度过高而产生的局部乳胶破乳，
发生絮凝。因为流变改性剂与乳胶粒子发生吸附而使液相流动受阻，改变流体的流变性。如果局部浓度过高，它们会拉动乳胶粒子靠近，产生互相挤压而使乳胶粒子破乳。为减少乳胶漆中的凝胶微粒，可采取如下方法：在乳液加料过程中，要使搅拌器处于中低速度，避免过度剪切造成乳液破乳；在调漆之前加入一定量的表面活性剂，以保护乳胶粒子不至于破乳；增稠剂应用水稀释后加入(一些聚氨酯增稠剂用醇醚溶剂稀释)。
2.增稠剂的选择采用羟乙基纤维素（HEC）增稠剂时，有时会发生上层分水现象，这是因为纤维素分子吸附弱，极容易被漆中的润湿剂、乳液中的表面活性剂等所置换，游离于水相中。应根据体系选择羟乙基纤维素分子量和添加量，增稠剂线团的流体动力学直径应该不超过包围分散相的连续相的平均层厚度，分子量过大会使黏合剂和颜料颗粒发生絮凝；增稠剂的添加量应低于临界浓度C*（按马克·毫文方程C*=2.5/「η」）以避免过度重叠或缠结；采用HEC的分子量较高、添加量过多并同时使用疏水性强的缔合增稠剂，极易造成乳胶漆的快速絮凝分水。
3.润湿分散剂的选择分散剂的主要作用是：使颜填料的表面湿润，协助机械剪切作用将颜填料从二次结构研磨成初级结构（一次结构)，并使分散稳定化。其作用机理：离子型分散剂被吸附于颜填料表面形成双电层，借同性电荷的相斥使分散体系稳定化。另外，离子型和非离子型分散剂也会在颜填料表面形成亲水性吸附层，因位阻效应使分散体系稳定化。无机润湿分散剂有聚磷酸盐类，如六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、四偏磷酸钠等，它们价格低廉，分散效果较好，但对乳液的稳定性有一定影响；有机类润湿分散剂有阴离子型、阳离子型和非离子型表面活性剂，其特点是分散效果好，但产生泡沫多；另外一类是高分子树脂类分散剂(如聚丙烯酸盐类)，其特点是价格适中、用量较少、分散效果好、泡沫少等。
4.防沉体质填料的选择高岭土质软，具有优异的悬浮性，易分散在水中。大多数高岭土都是六角形片状结构，有的含有无定型片状粉末，润湿时有黏塑性，含油量，防止颜料沉淀，还可使乳胶漆的遮盖力、黏度的稳定性得到改善。
5.触变剂的选择在没有受到外力或外力较小时，颜填料颗粒在乳胶漆中保持疏松的网状结构，这样的结构经轻微搅动即破坏。破坏经静止后又能恢复到原来的高黏度凝胶状态，使得颜填料颗粒保持悬浮，这种触变性的乳胶漆，从储存经施工到成膜，经历了一个溶胶、凝胶、溶胶的变化历程，从而避免了乳胶漆储存中的沉降现象。选用触变剂能得到这种触变性的乳胶漆。
6.颜料体积浓度（PVC）的设计PVC对乳胶漆的沉降有较大的影响，在总固体体积含量不错的条件下，PVC增大，乳胶漆的流平性、防沉降性明显变差；PVC降低，流平性、防沉降性明显提高，其生产成本也会相应上升。综合价格因素，选择PVC为42%至50%。所以在乳胶漆生产过程中，应充分考虑乳液的钙离子稳定性、机械稳定性以及与增稠剂、颜填料的匹配性；选择触变型的高效分散剂配制触变性乳胶漆，可以避免乳胶漆在储存中的沉降；调整配方并选择合适的增稠剂使乳胶漆的高中低剪切条件下的黏度更为合理；使用高岭土作体质填料，可有效阻止填料沉降，保持黏度的稳定性。
英文专业名称：Leveling agent.流平剂是一种常用的涂料助剂,它能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜.流平剂种类很多,不同涂料所用的流平剂种类也不尽相同.
涂料施工后,有一个流动及干燥成膜过程,然后逐步形成一个平整、光滑、均匀的涂膜.涂膜能否达到平整光滑的特性,称为流平性.缩孔是涂料在流平与成膜过程中产生的特性缺陷之一.在实际施工过程中,由于流平性不好,刷涂时出现刷痕,滚涂时产生滚痕、喷涂时出现桔皮,在干燥过程中相伴出现缩孔、针孔、流挂等现象、都称之为流平性不良,这些现象的产生降低了涂料的装饰和保护功能.影响涂料流平性的因素很多,溶剂的挥发梯度和溶解性能、涂料的表面张力、湿膜厚度和表面张力梯度、涂料的流变性、施工工艺和环境等,其中最重要的因素是涂料的表面张力、成膜过程中湿膜产生的表面张力梯度和湿膜表层的表面张力均匀化能力.改善涂料的流平性需要考虑调整配方和加入合适的助剂,使涂料具有合适的表面张力和降低表面张力梯度的能力.
涂料干燥成膜过常见的缺陷有缩孔、桔皮、刷痕、滚痕、流挂等.缩孔是指涂膜上形成的不规则的,有如碗状的小凹陷,使涂膜失去平整性,常以一滴或一小块杂质为中心,周围形成一个环形的棱.从流平性的角度而言,它是一种特殊的“点式”的流不平,产生于涂膜表面,其形状从表现可分为平面式,火山口式,点式,露底式,气泡式等.
溶剂类流平剂主要是高沸点溶剂混合物.溶剂型涂料仅借助增加溶剂以降低粘度来改善流平性,将使涂料固体分下降并导致流挂等弊病；或者保持溶剂含量,只加入高沸点溶剂以图调整挥发速度来改善流平,干燥时间也相应延长.故此两方案均不理想.只有加入高沸点溶剂混合物,显示各种递增特性（挥发指数、蒸馏曲线、溶解能力）较为理想.溶剂类流平剂主要成分是各种高沸点的混合溶剂,具有良好的溶解性,也是颜料良好的润湿剂.常温固化涂料由于溶剂挥发太快,涂料粘度提高过快妨碍流动而造成刷痕,溶剂挥发导致基料的溶解性变差而产生的缩孔,或在烘烤型涂料中产生沸痕、起泡等弊病采用这类助剂是很有效的.另外采用高沸点流平剂调整挥发速度,还可克服泛白弊病.相容性受限制的长链树脂常用的有聚丙烯酸类、醋丁纤维素等.它们的表面张力较低,可以降低涂料与基材之间的表面张力而提高提高涂料对基材的润湿性,排除被涂固体表面所吸附的气体分子,防止被吸附的气体分子排除过迟而在固化涂膜表面形成凹穴、缩孔、桔皮等缺陷；此外它们与树脂不完全相混容,可以迅速迁移到表面形成单分子层,以保证在表面的表面张力均匀化,增加抗缩孔效应,从而改善涂膜表面的光滑平整性.聚丙烯酸酯类流平剂又可分为纯聚丙烯酸酯、改性聚丙烯酸酯（或与硅酮拼合）、丙烯酸碱容树脂等,纯聚丙烯酸酯流 平剂与普通环氧树脂、聚酯树脂或聚氨酯等涂料用树脂相容性很差,应用时会形成有雾状的涂膜.为了提高其相容性,通常用有较好混容性的共聚物.相容性受限制的长链硅树脂常用的有聚二甲基硅氧烷,聚甲基苯基硅氧烷,有机基改性聚硅氧烷等.这类物质可以提高对基材的润湿性而且控制表面流动,起到改善流平效果的作用,当溶剂挥发后,硅树脂在涂膜表面形成单分子层,改善涂膜的光泽.改性聚硅氧烷又可分为聚醚改性有机硅,聚酯改性有机硅,反应性有机硅,引入有机基团有助于改善聚硅氧烷和涂料树脂的相容性,即使浓度提高也不会产生不相容和副作用,改性聚硅氧烷能够降低涂料与基材的界面张力,提高对基材的润湿性,改善附着力,防止发花,桔皮,减少缩孔,针眼等涂膜表面病态.氟系表面活性剂,其主要成分为多氟化多烯烃,对很多树脂和溶剂也有很好的相容性和表面活性,有助于改善润湿性、分散性和流平性,、还可以在溶剂型漆中调整溶剂挥发速度.
