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從實驗探討分析了解，依據工業(yè)漆體積固體含量，能夠計算出涂料在不相同干膜厚度的理論涂刷面積，并進而退出工程涂料理論用量。本文從計算方法定義、公式推導、實例驗證三個部分研究分析得出工業(yè)漆體積固含量的計算方式，該計算辦法在配方設計及涂料施工應用方面具有非常重要的指導作用。
一直以來，人們分析探討金屬腐蝕的機理和規(guī)律，并應用不同的技術對金屬加進行維護。而避免腐蝕發(fā)生、延長金屬材料的使用壽命一直都是一個世界性的研究課題 [1] �，F今為止，在金屬表面上涂刷防腐涂料是廣泛認同的能夠延長金屬材料應用壽命的辦法。而涂料種類、工藝配套、施工質量等都對防腐質量有很大的影響。隨著工業(yè)漆的不斷發(fā)展，涂裝業(yè)也趨于專業(yè)化。本文主要探討的體積固含量是涂裝業(yè)里的非常重要的問題，它是指干膜體積與濕膜體積的比值 [2] 。 根據體積固含量， 人們在涂裝前能夠計算涂料在不同干膜厚度下的理論涂刷面積， 即體積固含量 × 10 ÷ 厚度 = 理論涂刷面積(m 2 /L)，進而推算工程的涂料理論用量。由此可見，體積固含量在工業(yè)涂料及其涂裝業(yè)里具有非常重要的影響。
體積固含量計算方法
一、定義法
二、反算法測量體積
1、公式推導
由方法 1 知，
V% = (V1 /V2 ) × 100% = (A × δ1 ) / V2 × 100%，即
V%/δ 1 = (A/V2 ) ×100% (1)
式(1)中，A/V 2 (單位是 m 2 /m 3 )表示每體積涂料可涂刷的面積。若式(1)中各物理量的單位以工程常用單位表示，則可得
V% = (A/V2 ) × δ1 /1 000 (2)
其中，δ 1 單位是 μm，A/V2 單位則是 m 2 /L(即工程應用所熟悉的理論涂刷面積，TSR)。所以，只要計算出相應厚度的 TSR，即可得出該涂料的體積固含量。
2、 涂料理論涂刷面積(TSR)的測定
先在感量為 0.01 g 的天平上稱出已知面積(A)的鋼板質量(M 1 ) [3] ，然后將涂料均勻噴涂、制板，立即稱出噴涂后的鋼板質量(M 2 )，則涂料理論涂刷面積TSR = A/(M 2 ? M 1 )。因其標準單位是 m 2 /kg，故需要測出該涂料的濕膜密度 ρ 2 (kg /L，下同)。
由于 m 2 /kg × kg/L = m 2 /L，故
A/V 2 = A/(M 2 ? M 1 ) × ρ 2 。
將計算所得的 TSR 代入式(2)中(相應厚度已測出)，即可算得涂料的體積固含量。值得注意的是，用噴涂法制板時，施工中有時需稀釋涂料，故在計算時需考慮稀釋量。如上述涂料稀釋量是 Y，則所噴的涂料用量就不是(M 2 ? M 1 )，而是(M 2 ? M 1 ) × (1 ? Y)。與方法 1 類似，反算法的誤差主要是在檢測涂料的理論涂刷面積 TSR 和測量厚度過程中產生。
3、 體積相加法
根據定義 V% = (V 1 /V 2 ) × 100%，將 V 1 看作由各固體分體積相加。為方便計算，設某涂料濕膜質量是m 2 (相應的濕膜密度為 ρ 2 ，下同)，各固體分質量分別是 m a (相應的密度為 ρ a )、 m b (相應的密度為 ρ b )、 m c (相應的密度為 ρ c )……，則
V 1 = m a /ρ a + m b /ρ b + m c /ρ c + ……
V 2 = m 2 /ρ 2 ，即
V% = (V 1 /V 2 ) × 100%
= (m a /ρ a + m b /ρ b + m c /ρ c + ……) × (ρ 2 /m 2 ) × 100%
對于熟悉涂料配方的研發(fā)人員來說，體積相加法是一種不錯的理論計算方法。該方法產生的誤差來源主要是在計算固體體積時，干膜體積 V 1 被簡單地看作是各固體分體積的相加。事實上，由于分子間隙等原因，各固體分混合后，其實際干膜體積會略小于各固體分體積之和。
4、 揮發(fā)物體積固含量法
設 V(揮)%為涂料中揮發(fā)物體積與濕膜體積的比值(即揮發(fā)物體積固含量)，則非揮發(fā)物的體積固含量V% = 1 ? V(揮)%。與 2.3 方法類似，V(揮)%等于涂料中各揮發(fā)物體積含量相加，計算方法不作詳細討論。當體系中揮發(fā)物成分較單一，或者各揮發(fā)物成分密度接近時，則可使用下面的方法計算 V(揮)%。
首先， 測得涂料中的質量固體含量 m%， 那么揮發(fā)物的質量含量就是 1 ? m%，揮發(fā)物的密度 ρ 可以取各成分的密度平均值，或直接取含量最大的揮發(fā)物的密度作為密度平均值(如對于水性涂料，可直接取水的密度作平均密度)，這樣就不難算出 V%了。
V% = 1 ? V(揮)%
= 1 ? [m 2 (1 ? m%)/ρ]/(m 2 /ρ 2 )
= 1 ? (1 ? m%)ρ 2 /ρ
上式中，m%─質量固含量，m 1 ─干膜質量，m 2 ─濕膜質量，ρ 1 ─干膜密度，ρ─揮發(fā)物平均密度，ρ 2 ─濕膜密度。
揮發(fā)物體積固含量法出現的誤差是揮發(fā)物的密度實際上并不等于各揮發(fā)物密度的平均值，而是等于各揮發(fā)物密度與其在揮發(fā)物中含量的乘積之和。但是，揮發(fā)物成分較為單一或其中一種揮發(fā)物所占比例較大的情形下，上述算法很實用。
5、 用密度法測量體積固含量
由 V% = (V 1 /V 2 ) × 100%，得
V% = (m 1 /ρ 1 )/(m 2 /ρ 2 ) × 100%
= (m 1 / m 2 ) × (ρ 2 /ρ 1 )
= m% × (ρ 2 /ρ 1 )
V% = m% × (ρ 2 /ρ 1 )所表示的物理意義就是涂料的固體體積固含量等于該涂料的質量固含量乘以濕膜密度與干膜密度的比值。
上式中，質量固含量 m%與濕膜密度 ρ 2 都可以通過常規(guī)檢測得出，對于干膜密度 ρ 1 ，有兩種測算方法：
(1) 根據濕膜體積等于干膜體積與揮發(fā)物體積之和，得 m 2 /ρ 2 = m 1 /ρ 1 + (m 2 ? m 1 )/ρ。各變量可以通過計算或檢測得出，這樣就不難計算出 ρ 1 的值了。
(2) 根據阿基米德定律 [4] ， 用細鋼絲將干漆膜懸掛在天平鉤上，將試樣全浸入水中，稱得其水中的質量(精確到 mg)， 再按公式(涂料固體分密度 = 空氣中干漆膜質量 ÷ (空氣中干膝膜質量 ? 在水中稱得的質量 + 懸掛線質量)計算。該公式的物理意義就是利用質量/體積的原理得出所求的結果。但須注意在水中稱重時，漆膜表面及夾層間的汽泡應驅盡，否則測得密度偏低。
工程應用時， 只需要測出質量固含 m%與濕膜密度ρ 2 ，即可利用該方法快速計算出體積固含量。與 2.4 所述的揮發(fā)物體積固含量法一樣，該方法的缺點是揮發(fā)物的密度實際上并不等于各揮發(fā)物密度的平均值，而是等于各揮發(fā)物密度與其在揮發(fā)物中含量的乘積之和。
三、 實例驗證
上述計算方法可用實例來驗證其可行性。如有一水性乳膠型防腐漆，其參數如表 1 所示。
某水性乳膠型防腐漆參數
用上述不同方法分別計算其體積固含量：
(1) 根據 2.1 方法。 通過干、 濕膜儀器多點測試求
平均值，δ 1 = 35 μm，δ 2 = 89 μm，則
V% = (δ 1 /δ 2 ) × 100% = 35/89 × 100% = 39.33%
(2) 根據2. 2方法。已知質量涂刷面積是8.31 m 2 /kg，
其體積涂刷面積是 8.31 × 1.35 = 11.22 (m 2 /L)，則
V% = (A/V 2 ) × δ 1 /1 000
= 11.22 × 35/1 000
= 39.27%
(3) 根據 2.3 方法。V 1 為表 1 各固體分體積的和，即 V 1 = 2.38 + 2.57 + 7.03 + 16.96 + 0.17 = 29.11 (cm 3 )，V 2 為濕膜質量(100 g，見表 1)與濕膜密度(1.35 g/cm 3 ，見表 1)之比，即
V 2 = 100/1.35 = 74.07 (cm 3 )
V% = (V 1 /V 2 ) × 100% = 29.11/74.07 × 100%
= 39.30%
(4) 由表 1 可知，揮發(fā)物的體積[V(揮)]由水、樹脂揮發(fā)物和其他揮發(fā)物體積相加所得。其中，樹脂中的揮發(fā)物是水，故樹脂揮發(fā)物的體積是36 × 51% ÷ 1，則
V(揮)% = V(揮)/V 2 × 100%
= (23 + 36 × 51% ÷ 1 + 3.5) ÷ 74.07 × 100%
= 60.56%
V% = 1 ? V(揮)%
= 1 ? 60.56%
= 39.44%
或由表 1 算出質量固含量：
m 1 = 10 + 9 + 18 + 36 × 49% + 0.5
= 55.14 (g)
即 m% = 55.14%，則
V(揮)= (100 ? 55.14)/1
= 44.86 (cm 3 )
V% = [1 ? V(揮)] × 100%
= [1 ? 44.86/74.07] × 100%
= 39.44%
(5) 根據 2.5 方法。質量固含 m% = 55.14%，則
ρ 1 = m 1 /V 1
= 55.14/(74.07 ? 44.86)
= 1.89 (g/cm 3 )
V% = m% × (ρ 2 /ρ 1 )
= 55.14% × 1.35 ÷ 1.89
= 39.38%
4 總結
從實驗結果表明：體積相加法、揮發(fā)物體積固含量法、密度法與公式推導都較為接近，可確定此理論計算辦法可行應用。并且對該涂料體積固含量進行判定，即該涂料體積固含量在 39% ~ 40%之間。
5 研究展望
在常規(guī)施工操作過程中，施工方會依據涂料廠家給的體積固含量來大約估算涂料使用量，進而能夠對比涂料的性價比。筆者多年的施工經驗了解，很多涂料廠家為獲得涂料強有力的競爭優(yōu)勢，往往會給出比較大的體積固含量，這樣會誤導買方。
