2020-06-03
1.涂料流變(bian)性(xing)的(de)測量
涂(tu)料(liao)的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)變(bian)性(xing)是(shi)指其(qi)在外(wai)力作用下的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)動和變(bian)形性(xing)。流(liu)(liu)變(bian)性(xing)和涂(tu)料(liao)配(pei)(pei)方的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)性(xing)、實(shi)用性(xing)密切相關(guan)。在一(yi)個涂(tu)料(liao)配(pei)(pei)方中，樹(shu)脂、顏(yan)料(liao)和溶劑的(de)(de)(de)(de)組合(he)本身并沒有優化的(de)(de)(de)(de)效果(guo)。因此，絕大多數(shu)配(pei)(pei)方含有流(liu)(liu)變(bian)改(gai)進劑，以便使終產品具有較(jiao)好的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)變(bian)性(xing)。因此，涂(tu)料(liao)具有合(he)適的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)變(bian)性(xing)是(shi)非(fei)(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian)的(de)(de)(de)(de)，所以選擇正確的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)變(bian)改(gai)性(xing)劑組合(he)對于配(pei)(pei)制這種涂(tu)料(liao)非(fei)(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian)。
事實上，所有(you)(you)(you)(you)涂(tu)(tu)料(liao)(liao)都(dou)具有(you)(you)(you)(you)非牛頓流體的(de)(de)(de)特(te)性，這意(yi)味著它們的(de)(de)(de)黏度(du)在所有(you)(you)(you)(you)剪(jian)(jian)切(qie)(qie)速(su)率下(xia)不相同(tong)。通(tong)常，水性涂(tu)(tu)料(liao)(liao)具有(you)(you)(you)(you)剪(jian)(jian)切(qie)(qie)稀釋(shi)性能(neng)，即在較(jiao)高(gao)剪(jian)(jian)切(qie)(qie)速(su)率下(xia)具有(you)(you)(you)(you)較(jiao)低黏度(du)。然而，這種(zhong)(zhong)黏度(du)的(de)(de)(de)降低并不是的(de)(de)(de)，只有(you)(you)(you)(you)在較(jiao)高(gao)剪(jian)(jian)切(qie)(qie)速(su)率時(shi)(shi)才能(neng)出現(xian)。當(dang)剪(jian)(jian)切(qie)(qie)速(su)率又變(bian)(bian)低時(shi)(shi)，涂(tu)(tu)料(liao)(liao)再次顯(xian)示較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)黏度(du)。為了(le)表(biao)示這種(zhong)(zhong)剪(jian)(jian)切(qie)(qie)變(bian)(bian)稀的(de)(de)(de)性能(neng)，將剪(jian)(jian)切(qie)(qie)速(su)率圖(tu)分成三個區域：即低剪(jian)(jian)切(qie)(qie)、中等剪(jian)(jian)切(qie)(qie)和高(gao)剪(jian)(jian)切(qie)(qie)（圖(tu)1）。從這種(zhong)(zhong)三點(dian)特(te)征(zheng)可(ke)對流變(bian)(bian)劑組(zu)合的(de)(de)(de)改變(bian)(bian)對具有(you)(you)(you)(you)各種(zhong)(zhong)流變(bian)(bian)性特(te)征(zheng)的(de)(de)(de)涂(tu)(tu)料(liao)(liao)性能(neng)的(de)(de)(de)提高(gao)或降低（如抗流掛性和拉(la)刷子）進行有(you)(you)(you)(you)用(yong)的(de)(de)(de)評價。
圖1 剪(jian)切稀釋(shi)型(xing)流(liu)體粘(zhan)度(du)隨剪(jian)切速率變(bian)化曲線(xian)
但是在測量流變性時，常規的機械旋轉流變儀僅能在低剪切和中等剪切范圍內進行有效的測量，因為在較低的剪切速率時流體是層流狀態，當剪切速率超過1000s-1后，流體變為湍流狀態，從而無法進行有效的測量。當我們比較兩個樣品的流變性時，只能通過中低剪切速率時的粘度曲線走勢，來想象推測高剪切時的粘度，這無疑是非常不科學的。Fluidicam微流控可視流變儀可以(yi)測量樣品在不同的(de)(de)流速(su)下的(de)(de)粘度，獲得完整的(de)(de)流變曲線(xian)來反映樣品粘度隨所(suo)施加的(de)(de)剪切速(su)率的(de)(de)變化行為(wei)。
Fluidicam微流控可視流變儀比(bi)常規的機械旋轉流變儀測量(liang)更快、更簡單、樣品消耗量(liang)量(liang)更少(shao)，大大提高流變測試的效率并減少(shao)了(le)研(yan)究和開發成本。
2．微流控測試技術
微(wei)流(liu)(liu)控(kong)（Microfluidics）指的(de)是(shi)使用微(wei)管道（尺寸為數十到數百微(wei)米）處(chu)理(li)或操縱微(wei)小流(liu)(liu)體(ti)的(de)系統所涉(she)及的(de)科學和技術，是(shi)一(yi)門涉(she)及化學、流(liu)(liu)體(ti)物理(li)、微(wei)電子、新材料、生(sheng)物學和生(sheng)物醫學工程的(de)新興交叉學科。微(wei)流(liu)(liu)控(kong)的(de)早期(qi)概念可以追溯到19世紀70年代采(cai)用光(guang)刻技術在(zai)硅片上制(zhi)作的(de)氣相色譜儀(yi)，而(er)后又發展為微(wei)流(liu)(liu)控(kong)毛(mao)細(xi)管電泳(yong)儀(yi)和微(wei)反應器(qi)等。微(wei)流(liu)(liu)控(kong)的(de)重(zhong)要特(te)征之(zhi)一(yi)是(shi)微(wei)尺度環境下(xia)具(ju)有*的(de)流(liu)(liu)體(ti)性(xing)質始終保持(chi)層流(liu)(liu)特(te)性(xing)，利用這(zhe)一(yi)特(te)性(xing)可以非常精確(que)地獲(huo)取(qu)樣品(pin)在(zai)超(chao)高(gao)剪切速(su)率(lv)下(xia)（高(gao)可達180000s-1）的(de)粘度。
圖2 微流控芯片
圖3 涂料流動時的界面位置(zhi)照片
FLUIDICAM使(shi)用微流(liu)控(kong)技術測量樣(yang)品(pin)的(de)粘(zhan)(zhan)度(du)，樣(yang)品(pin)和(he)(he)標(biao)準液(ye)同時被泵入到微流(liu)控(kong)通道(dao)中(尺寸(cun) 寬X高(gao) 2.2mm X 50 /150µm) 經過強烈的(de)剪切，通過電(dian)腦調(diao)整樣(yang)品(pin)和(he)(he)標(biao)準液(ye)泵入的(de)速度(du)即(ji)可(ke)調(diao)整剪切速率(lv)。在(zai)這(zhe)個(ge)條件(jian)下(xia)，界面位置僅與(yu)樣(yang)品(pin)和(he)(he)標(biao)準品(pin)液(ye)粘(zhan)(zhan)度(du)比(bi)相關。通過高(gao)清(qing)攝像機獲取(qu)層流(liu)流(liu)體界面的(de)位置，然后軟件(jian)自動繪制樣(yang)品(pin)在(zai)不同剪切速率(lv)或溫度(du)下(xia)的(de)粘(zhan)(zhan)度(du)曲線。
3.測試(shi)結果
3.1 涂(tu)料流變性
不(bu)同(tong)品牌的涂料A、B1、B2、C。
圖4 涂料(liao)粘度隨剪切速率變化曲線
從數據中可見不(bu)(bu)同(tong)涂料的(de)粘度(du)曲線(xian)呈(cheng)現不(bu)(bu)同(tong)趨勢：高質量涂料Brand B2 和 Brand C在(zai)低剪(jian)切速(su)率下粘度(du)較(jiao)高更適(shi)合(he)懸浮顆(ke)粒(li)，并且在(zai)高剪(jian)切時粘度(du)快速(su)下降(jiang)，易于涂抹。而Brand A剪(jian)切稀(xi)釋效果不(bu)(bu)明顯，需要調整配方中的(de)流變(bian)改性劑。Brand B 1 粘度(du)過高，不(bu)(bu)易施工涂抹。
3.2 墨水、油墨
陶瓷油墨(mo)的(de)粘(zhan)度(du)(du)是(shi)一(yi)個非(fei)常重(zhong)要的(de)參(can)(can)數，對不同(tong)(tong)印刷方法和機(ji)器類型必須控(kong)制不同(tong)(tong)粘(zhan)度(du)(du)。因此，油墨(mo)需(xu)要調整配方達到目標粘(zhan)度(du)(du)。油墨(mo)的(de)粘(zhan)度(du)(du)受混(hun)合的(de)不同(tong)(tong)溶劑影響，但其(qi)他(ta)參(can)(can)數也會影響粘(zhan)度(du)(du)，如顏料的(de)粒徑或其(qi)分散的(de)過程（高速/高壓(ya)/均質機(ji)、研磨、超聲波等）。在一(yi)般情況下，目標是(shi)在印刷溫度(du)(du)（40-45°）下的(de)粘(zhan)度(du)(du)約(yue)為10-20cp。
圖5 墨水粘度(du)隨剪切速率變化曲線
不(bu)同顏(yan)色(se)的(de)(de)陶瓷油墨(mo)樣(yang)品呈現微弱的(de)(de)剪(jian)切(qie)變稀的(de)(de)行為，藍色(se)sample3樣(yang)品具有較高的(de)(de)粘度，橙色(se)sample2粘度較低，三者(zhe)都在目標粘度范圍內(nei)。值得一提的(de)(de)是(shi)，Fluidicam微流控可視流變儀的(de)(de)實驗相對標準(zhun)偏差僅為1%。測試過(guo)程(cheng)*密閉(bi)，避(bi)免了樣(yang)品蒸發，減少了實驗人(ren)員的(de)(de)健康損害。
3.3 墨水工藝對高剪切(qie)粘度的(de)影(ying)響
下圖是(shi)某廠商提(ti)供(gong)的(de)(de)(de)墨水樣品，采用(yong)三種(zhong)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)分散工(gong)藝(yi)：basic基礎、MF微乳化、Omega。實際印(yin)刷(shua)過程(cheng)中Omega工(gong)藝(yi)的(de)(de)(de)印(yin)刷(shua)質量(liang)較(jiao)差，廠商猜測(ce)是(shi)不(bu)(bu)同(tong)粘度(du)導(dao)致(zhi)的(de)(de)(de)，但是(shi)機械旋(xuan)轉流變儀無法提(ti)供(gong)足(zu)夠的(de)(de)(de)精(jing)度(du)。下圖是(shi)使用(yong)Fluidicam測(ce)試的(de)(de)(de)三種(zhong)不(bu)(bu)同(tong)工(gong)藝(yi)的(de)(de)(de)兩種(zhong)顏色墨水的(de)(de)(de)粘度(du)。
圖6 墨水(shui)在高(gao)剪切速率下(xia)的粘度
從圖中可(ke)見，Omega工(gong)藝制備(bei)而成的粘度(du)確實(shi)比Basic和(he)MF的粘度(du)稍低，可(ke)見Fluidicam具有非常高(gao)的精度(du)，可(ke)以表征微小的粘度(du)差異。
4、結論(lun)
1．涂料(liao)(liao)粘度必(bi)須考慮平(ping)衡性(xing)，既要足(zu)夠低，以便具有較好的流(liu)動和流(liu)平(ping)性(xing)，方便施工，但又不能太低，以防發(fa)生流(liu)掛，或包裝儲運時發(fa)生顏料(liao)(liao)沉積(ji)。測試涂料(liao)(liao)在(zai)不同剪(jian)切速率(lv)下的流(liu)變性(xing)是非常(chang)重要的。
2．微流(liu)(liu)控流(liu)(liu)變(bian)(bian)是一(yi)種非常新(xin)穎的(de)(de)流(liu)(liu)變(bian)(bian)性測試技術，Fluidicam微流(liu)(liu)控可視流(liu)(liu)變(bian)(bian)儀具有高剪切頻率(lv)范圍、精確、快速、簡單、樣品(pin)消(xiao)耗(hao)量小的(de)(de)優點，是一(yi)款非常先進(jin)的(de)(de)流(liu)(liu)變(bian)(bian)性測試工具。
微流控可視流變儀FLUIDICAM
Fluidicam微流(liu)控(kong)可視(shi)流(liu)變儀被設計用于測試(shi)各種稠(chou)度(du)樣(yang)(yang)品(pin)的(de)粘(zhan)度(du)，包括液(ye)體(ti)、凝膠或半固體(ti)乳液(ye)。當樣(yang)(yang)品(pin)和參比樣(yang)(yang)在芯(xin)(xin)片通道中高(gao)速(su)流(liu)動時，獲取微型芯(xin)(xin)片中兩相(xiang)不相(xiang)容(rong)液(ye)體(ti)的(de)界面位(wei)置(zhi)，從而計算被測樣(yang)(yang)品(pin)的(de)剪(jian)切速(su)率(lv)和粘(zhan)度(du)。芯(xin)(xin)片上狹窄(zhai)的(de)通道，賦予儀器高(gao)的(de)剪(jian)切速(su)率(lv)范圍、樣(yang)(yang)品(pin)體(ti)積量小，溫度(du)調節迅速(su)的(de)優(you)點(dian)。
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