谈谈涂料的体积固含量及涂布率
文/邹志
涂料行业里常说的“体积固含量”即“不挥发物体积分数（non-volatile matter by volume; NVv）”，是指“在规定条件下，经蒸发后所得到的残余物的体积百分数”（GB/T 5206-2015）。
体积固含是一个重要的技术参数，它涉及到涂料配方设计、涂装工艺设计、涂布率计算以及涂装成本控制，另外还牵涉到目前日益重视的环保因素。它对于防腐涂料的涂装工艺设计和成本估算尤其关键。
笔者曾先后从事防腐涂装以及防腐涂料质量方面的工作，从不同的角度观察到关于体积固含的几个耐人寻味的现象：
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某些涂料供应商为了降低成本，片面增加颜填料用量以提高其体积固含，降低了涂膜的耐久性；
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有些涂料商提供的体积固含数据与其实际产品测定值存在较大偏差；
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某些涂料厂对体积固含不够重视，只能提供质量固含，不提供体积固含数据。这些现象反映了供应商的营销策略，但更多体现了其质量观。
体积固含量的测算方法常用的有如下三种。
1 从配方原料累计体积
有经验的配方工程师通过把配方中的各种原料的不挥发物体积累加，即可得到涂料的体积固含量数据。但这个过程中无法衡量颜填料的空隙渗透、固化时涂膜收缩等因素，因此结果偏差较大，一般仅供参考。
2 按干膜湿膜比例计算
根据“不挥发物体积分数”的定义，干膜与湿膜的比值即为体积固含，此方法虽然有一定的偏差，但简便实用，可作为涂料施工方的辅助检验手段。
3 国标或ISO标准方法GB/T 9272（ISO 3233）
标准规定了通过检测干膜密度来测定涂料的体积固含的方法，计算方法是通过测量涂料的质量固含、原液体涂料密度和干膜密度，把后两者代入质量固含中，则可算得NVv。
使用这个方法测试时，有几个细节值得分享一下。
需要注意的是，当涂料的PVC高于CPVC时，GB/T 9272规定的方法不再适用，此时选择干湿膜比值计算更合适。对于含有活性稀释剂的涂料产品，在测定质量固含时需要考虑到活性稀释剂的挥发问题。
体积固含最重要的用途是计算涂布率
理论涂布率=（NVv%×1000）÷干膜厚度 ①
此算式事实上就是体积公式的逆运算，把涂膜看作是一个立体，已知其体积（体积固含量）及高度（干膜厚度，μm），计算其底面积（涂布面积，?/L）。
有了理论涂布率，再根据实际施工的损耗率（或上漆率）和涂料成本，即可计算实际涂布率和实际施工的涂料成本。
损耗率主要决定于涂装设备和涂装工艺。对于粉末涂料，我们可以把它视为固体份为100%的液体涂料，由于它是按Kg为单位销售，因此套用算式①计算时需除以粉末密度，将涂布率转换为?/Kg。
粉末涂料理论涂布率=（100%×1000）÷膜厚÷粉末密度 ②
粉末涂料的密度可参考GB/T 21782.2（仲裁法）和GB/T 21782.3的方法来测定。在涂装施工过程中，以高压静电喷涂工艺涂装的实际涂布率一般比理论涂布率低10%-15%，个别情况甚至超过20%。
影响因素有很多，比如涂装设备回收系统的设计和维护、涂膜厚度不均匀、工件复杂或死角位置多导致过喷或堆粉等，但对于粉末涂料本身而言，粒径分布是最大的影响因素。以铝型材粉末涂料为例，YS/T 680-2016对铝合金建筑型材用粉末涂料的粒径作了如下表规定：
项目 |
要求 |
D10 * |
D50 * |
D95 * |
最大粒径 |
粒径分布 |
≥10 μm |
25～45μm |
≤90μm |
＜125μm |
* 负累计粒径分布曲线上，对应体积分数的粒径。分数为50%的粒径，也称为中位粒径 |
一般地，粒径小于10μm的细粉带电荷性很差，难以喷涂上粉，通常会直接进入回收系统变成损耗。而粒径大于90μm的粗粉，其重力已经接近或者大于静电吸附力，同样难以吸附到工件上。有些粉末涂料厂为了追求表面流平，粒径偏细，D50多在25～35μm，D90约60μm，小于10μm的细粉约10%～13%。这部分超细粉直接导致了实际涂布率与理论涂布率的明显差距。
为了使“理论涂布率”更接近实际情况，可从粒径的角度对算式②进行修正，即是将粒径低于10μm和粒径大于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“体积固含”：
粉末理论涂布率（修正值）=（有效粒径含量%×1000）÷膜厚÷粉末密度 ③
如下表所示，某粉末涂料的D10为10.6μm，D90为61.4μm，10μm以下的超细粉含量约9.1%，90μm以上的粗粉约0.5%，超细粉与粗粉的总量约为9.6%，剔除超细粉及粗粉后剩余的“有效粒径含量”约90.4%。实验室测得该粉末涂料密度为1.60g/cm³，若喷涂膜厚为60～80μm，代入式③可算得该粉末涂料的理论涂布率（修正值）=7.06～9.42?/Kg，与100%固含的理论值7.8～10.4?/Kg相比，前者更符合实际情况。
表 某批粉末涂料粒径分布
注：上述d(0.1)即D10，其他类推。
