談談涂料的體積固含量及涂布率
文/鄒志
涂料行業里常說的“體積固含量”即“不揮發物體積分數（non-volatile matter by volume; NVv）”，是指“在規定條件下，經蒸發后所得到的殘余物的體積百分數”（GB/T 5206-2015）。
體積固含是一個重要的技術參數，它涉及到涂料配方設計、涂裝工藝設計、涂布率計算以及涂裝成本控制，另外還牽涉到目前日益重視的環保因素。它對于防腐涂料的涂裝工藝設計和成本估算尤其關鍵。
筆者曾先后從事防腐涂裝以及防腐涂料質量方面的工作，從不同的角度觀察到關于體積固含的幾個耐人尋味的現象：
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某些涂料供應商為了降低成本，片面增加顏填料用量以提高其體積固含，降低了涂膜的耐久性；
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有些涂料商提供的體積固含數據與其實際產品測定值存在較大偏差；
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某些涂料廠對體積固含不夠重視，只能提供質量固含，不提供體積固含數據。這些現象反映了供應商的營銷策略，但更多體現了其質量觀。
體積固含量的測算方法常用的有如下三種。
1 從配方原料累計體積
有經驗的配方工程師通過把配方中的各種原料的不揮發物體積累加，即可得到涂料的體積固含量數據。但這個過程中無法衡量顏填料的空隙滲透、固化時涂膜收縮等因素，因此結果偏差較大，一般僅供參考。
2 按干膜濕膜比例計算
根據“不揮發物體積分數”的定義，干膜與濕膜的比值即為體積固含，此方法雖然有一定的偏差，但簡便實用，可作為涂料施工方的輔助檢驗手段。
3 國標或ISO標準方法GB/T 9272（ISO 3233）
標準規定了通過檢測干膜密度來測定涂料的體積固含的方法，計算方法是通過測量涂料的質量固含、原液體涂料密度和干膜密度，把后兩者代入質量固含中，則可算得NVv。
使用這個方法測試時，有幾個細節值得分享一下。
需要注意的是，當涂料的PVC高于CPVC時，GB/T 9272規定的方法不再適用，此時選擇干濕膜比值計算更合適。對于含有活性稀釋劑的涂料產品，在測定質量固含時需要考慮到活性稀釋劑的揮發問題。
體積固含最重要的用途是計算涂布率
理論涂布率=（NVv%×1000）÷干膜厚度 ①
此算式事實上就是體積公式的逆運算，把涂膜看作是一個立體，已知其體積（體積固含量）及高度（干膜厚度，μm），計算其底面積（涂布面積，?/L）。
有了理論涂布率，再根據實際施工的損耗率（或上漆率）和涂料成本，即可計算實際涂布率和實際施工的涂料成本。
損耗率主要決定于涂裝設備和涂裝工藝。對于粉末涂料，我們可以把它視為固體份為100%的液體涂料，由于它是按Kg為單位銷售，因此套用算式①計算時需除以粉末密度，將涂布率轉換為?/Kg。
粉末涂料理論涂布率=（100%×1000）÷膜厚÷粉末密度 ②
粉末涂料的密度可參考GB/T 21782.2（仲裁法）和GB/T 21782.3的方法來測定。在涂裝施工過程中，以高壓靜電噴涂工藝涂裝的實際涂布率一般比理論涂布率低10%-15%，個別情況甚至超過20%。
影響因素有很多，比如涂裝設備回收系統的設計和維護、涂膜厚度不均勻、工件復雜或死角位置多導致過噴或堆粉等，但對于粉末涂料本身而言，粒徑分布是最大的影響因素。以鋁型材粉末涂料為例，YS/T 680-2016對鋁合金建筑型材用粉末涂料的粒徑作了如下表規定：
項目 |
要求 |
D10 * |
D50 * |
D95 * |
最大粒徑 |
粒徑分布 |
≥10 μm |
25～45μm |
≤90μm |
＜125μm |
* 負累計粒徑分布曲線上，對應體積分數的粒徑。分數為50%的粒徑，也稱為中位粒徑 |
一般地，粒徑小于10μm的細粉帶電荷性很差，難以噴涂上粉，通常會直接進入回收系統變成損耗。而粒徑大于90μm的粗粉，其重力已經接近或者大于靜電吸附力，同樣難以吸附到工件上。有些粉末涂料廠為了追求表面流平，粒徑偏細，D50多在25～35μm，D90約60μm，小于10μm的細粉約10%～13%。這部分超細粉直接導致了實際涂布率與理論涂布率的明顯差距。
為了使“理論涂布率”更接近實際情況，可從粒徑的角度對算式②進行修正，即是將粒徑低于10μm和粒徑大于90μm的部分剔除，把剩余部分看做是粉末涂料真正可以使用的“體積固含”：
粉末理論涂布率（修正值）=（有效粒徑含量%×1000）÷膜厚÷粉末密度 ③
如下表所示，某粉末涂料的D10為10.6μm，D90為61.4μm，10μm以下的超細粉含量約9.1%，90μm以上的粗粉約0.5%，超細粉與粗粉的總量約為9.6%，剔除超細粉及粗粉后剩余的“有效粒徑含量”約90.4%。實驗室測得該粉末涂料密度為1.60g/cm³，若噴涂膜厚為60～80μm，代入式③可算得該粉末涂料的理論涂布率（修正值）=7.06～9.42?/Kg，與100%固含的理論值7.8～10.4?/Kg相比，前者更符合實際情況。
表 某批粉末涂料粒徑分布
注：上述d(0.1)即D10，其他類推。
