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1、中 国 造 纸 学 报82TransactionofChinaPulpandPaperVol1152000共胶粘剂对涂料流变特性的影响颜进华 陈克复(华南理工大学造纸与环境工程学院,广州,510641)2dalgD+blgD+c摘 要 提出了一种描述非牛顿流体表观粘度与剪切速率关系的理想表达式:ηc=10D。对氧化淀粉、羧基丁苯胶乳、羧甲基纤维素和聚乙烯醇4种胶粘剂交叉混合配制的涂料,其表观粘度与该公式能很好地3-1吻合。实验表明,在剪切速率为10s以下时,涂料体系都呈剪切稀化特性,在相同浓度和组成时,含有CMC的混合胶粘剂涂料,表观粘度最大;含PVA的混合涂料,表观粘度次之;
2、含羧基丁苯胶乳比例较大的涂料,表观粘度最小。关键词 涂料 流变特性 表观粘度[1] 单一胶粘剂加入颜料分散液中后对流体流动特性的影响作者已进行了研究,此时涂料algD+b剪切应力与剪切速率关系可用修正的幂律方程表达:τ=KD。该方程的幂指数为剪切速率的函数,它很好地吻合了实验结果。实际工业应用中多为几种胶粘剂混合一起调配涂料,以弥补单一胶粘剂形成的涂料的不足,改善涂布纸的质量。研究几种胶粘剂混合后涂料组分的相互作用是非常重要的。本文以常用的特别是国内常用的几种胶粘剂氧化淀粉、羧甲基纤维素、聚乙烯醇和羧基丁苯胶乳混合配成涂料为研究对象,研究在低剪切速率作用下,涂料表观粘度的特点
3、,同时研究固含量对表观粘度的影响。1 实 验111 实验原料高州产膏状瓷土;清远宝石化工原料有限公司产沉淀碳酸钙;广西明阳淀粉厂产专用造纸涂布氧化淀粉;上海产耐碱低粘型羧甲基纤维素(CMC);广西产1799型聚乙烯醇(PVA);上海虹桥化工厂产羧基丁苯胶乳。112 实验仪器RheometricsRhiosV4.3.2(日产旋转型流变仪)。113 实验方法瓷土与碳酸钙以80∶20质量比混合,配成稳定的颜料分散液,其流动特性受固含量和剪切[2]速率的影响很大,详细研究见作者的博士学位论文。胶粘剂与颜料比例按20∶100调制涂料。混合胶粘剂为氧化淀粉和羧基丁苯胶乳以不同比例混合,氧化
4、淀粉和羧甲基纤维素和羧基丁苯胶乳以不同比例混合,氧化淀粉和羧基丁苯胶乳和聚乙烯醇以不同比例混合。3组涂料的同一配比在不同浓度下进行流变性测量。2 实验结果211 混合胶粘剂为氧化淀粉和羧基丁苯胶乳氧化淀粉和羧基丁苯胶乳分别以20∶0、12∶8、8∶12、5∶15、0∶18的比例来配制涂料。把收稿日期:1998212230(修改稿)©1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第15卷共胶粘剂对流变特性的影响8320∶0配制的涂料在不同浓度下
5、如33%、37%、40%、44%进行低剪切速率实验,实验温度35℃,实验结果见图1。图1是表示表观粘度ηa和剪切速率D的双对数坐标图。从图中曲线形状可明显看出,lgηa和lgD不呈线性关系,但曲线形状一致,互相平行,所以ηa和D的关系曲线变化规律相同。通过多次摸索,只有三次多项式拟合是最理想的。结果可用如下形式表达:32lgηa=algD+blgD+clgD+d(1)a、b、c、d分别为拟合系数,对图中曲线1、2、3、4,对应的系数列于表1中。式(1)变换为:图1 氧化淀粉与胶乳20∶0时涂料表观粘2dalgD+blgD+cηa=10D(2)度与剪切速率的双对数图说明此时涂料类
6、似于幂律型流体,只是流态特性指数n为含剪切速率D的函数n=f(D),这与作者前一部分研究关于氧化淀粉作单一胶粘剂时的结果是一致的,只是拟合结果把n采用了二项式,而不是用单项式。各系数的物理意义为:d是稠度系数K的浓度参数,浓度越大,d则越大,K同样增大;c是单一体系的幂指数,此处指颜料分散体系的幂指数;b是加入一种胶粘剂时,它对体系幂指数的贡献。b的大小反映了胶粘剂与颜料体系及自身的相互作用强弱,b越大,则这种作用越强。需用更大的剪切速率才能破坏它。a是加入多种胶粘剂时混合胶粘剂共同对体系幂指数的贡献,它的大小则反映了各胶粘剂间及自身的相互作用大小。这里系数a是很小的,也就是说
7、,剪切速率的二项式影响已非常小,几乎可忽略不计,因为此处没有多种胶粘剂相互作用。比较之后,发现省略成一次式与前述结果是完全相同的。同样,对氧化淀粉和羧基丁苯胶乳以12∶8、8∶12、5∶15和0∶18为混合胶粘剂时所配制的涂料进行了测量,用同样的数据处理方法得到实验结果,列于表1中。从表1可知,无论氧化淀粉和羧基丁苯胶乳比例如何,曲线形状变化不明显。即幂指数n改变不大,因而流体类型不变。当然,曲线位置有所变化,是受稠度系数K的影响,随着氧化淀粉比例减少,胶乳比例增大,K值降低,因而表观粘度减
