分子热运动与粉末邦定工艺
摘要:
分子热运动对高聚物的宏观性质息息相关。研究分子热运动的理论对邦定工艺有积极意义,通过控制影响分子热运动的因素,可以改进邦定粘接工艺,保障邦定粉末的质量持续稳定。
1、前言
提倡绿色环保,减少VOCs排放是国家当前的环保政策。粉末涂料常温下没有VOCs排放,与油漆对比具有高效Efficiency,节能Energy Saving,环境友好Environmental Friendly,性能卓越Excellent finishing的4E优点。
所以,“漆改粉”成为涂料界环保控制讨论的热点话题。2018年7月3日,国务院印发了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》,明确了大气污染防治工作的总体思路、基本目标、主要任务和保障措施,更推动了金属油漆改金属粉末的进程。
油漆是液体涂料,添加金属效果颜料仍容易分散和施工;粉末涂料是固体,添加金属效果颜料难均匀分散,且底粉和金属颜料的带电性能不同,施工时容易出现“斑马线”、“阴阳面”、“发花或云斑”、色差、枪头积粉等弊病。
要避免这些缺陷,添加金属效果颜料可采用邦定工艺的方法来解决。相同物质在不同的外界条件下,分子热运动不同,会表现不同的宏观性质。通过分子热运动影响因素的控制,对邦定粉末质量保证有指导性意义。
2、分子热运动
分子是保持物质原有化学性质不变的最小微粒。物体内大量分子永不停息的无规则运动叫做分子热运动。温度决定分子热运动的剧烈程度。
分子热运动表现的典型现象是扩散,观察分子热运动的试验是布朗运动。不同物质相互接触时能够彼此进入对方的现象叫做扩散;悬浮微粒不停地做无规则运动的现象叫做布朗运动。但分子热运动不是布朗运动。
我们日常生活中可见到由于分子运动表现的扩散现象,如墨水水中扩散图1;其实分子非常小,分子运动肉眼是无法看到的(没法观察到挤出机螺筒拆不下的螺丝是怎样粘死的)只能在电子显微镜下观察,如图2;
1827年,英国植物学家罗伯特·布朗(Robert Brown)在花粉微粒的水溶液中用普通显微镜观察到花粉不停顿的无规则运动,说明水分子无规则地不停运动,如图3。
2.1 高聚物分子热运动的特点
高聚物分子热运动具有三大特点:1)分子运动单元的多重性;2)分子运动时间的依赖性(松弛特性);3)分子运动温度的依赖性。
高聚物分子热运动单元有多重性(多样性),可以是侧基、支链、链节、链段和整个分子链等。
高聚物在外场(热、力场或电场)作用下,从一种平衡构象,通过分子热运动,逐渐变成到与外界条件相适应的新平衡构象的过程有时间依赖性。这种时间依赖性的过程称为松弛过程,完成该过程的时间称为松弛时间。
分子运动温度的依赖性,一是温升使运动分子的内能活化,二是温升使聚合物的体积膨胀,都有利于分子运动。
2.2 非晶高聚物分子热运动的力学状态
非晶态高聚物分子热运动具有两种转变和三个力学状态。两种转变:1)玻璃化转变;2)粘流转变。三个力学状态:1)玻璃态;2)高弹态;3)粘流态。
同一种高聚物,结构不变,由于分子热运动情况不同,可以表现出不同的宏观性质。非晶态高聚物没有固定的熔点Tm,温度升高分子热运动加快时,会有一个开始变软的温度,即软化温度Ts(软化点:粘流态的起点温度)。
当温度跃变还会呈现不同的力学状态,按温度区域不同可划分为玻璃态、高弹态和粘流态三种力学状态。
高弹态与玻璃态(玻璃态与高弹....
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