第七章 涂层计算
7.1
引言
涂料被定义为多种材料的混合物。随之而来的问题是：需要使用多少何种材料，以及这些材料之间如何关联。这些材料总体上可分为以下四大类：
• 树脂
• 颜料
• 溶剂
• 添加剂
7.2
树脂
这些通常为固态、具有粘性的材料是维系整个系统的关键。它们也被称为粘合剂，当溶解于溶剂时则成为体系的载体。这类材料可能以"单组份"或"双组份"体系形式存在――单组份即液态树脂或溶剂型树脂，双组份则需要将"A"组分与"B"组分混合以引发化学反应。对于这两种体系，我们都需掌握其中固体树脂的含量。干燥物质与（干燥物质加溶剂）总量的比值常被称为"树脂固含量"。在双组份体系中，我们不仅需要了解固含量，还需掌握这些固体成分形成理想涂膜所需的比例配比。该比例可能以简单的1:1表示，也可能以1或100为基准，如0.3:1，或每百份30份，抑或以总量100表述为43:57。这些配比关系直接决定涂膜性能。此外，为便于体积计算，我们还需获知树脂或载体的密度（单位体积重量，通常以磅/加仑表示）。
7.3
颜料
颜料是添加到涂料中的干燥材料，用以赋予其色彩或具备抗性特性、伪装性能等。根据不同用途，颜料可分为多种不同类别。部分材料属于主颜料，另一些则属于填料颜料。有些材料本质为有机颜料，其他则为无机颜料。耐光性、颗粒细度和特定色彩等特性都是选择依据。为便于计算，每种颜料都需要提供干密度和挥发性物质数据。
7.4
溶剂
允许以液态形式施涂涂层的材料称为溶剂。溶剂可以是有机物，甚至可以是水。它们存在于配方中，旨在辅助涂料的混合、调节粘度以及施工应用。施涂完成后，溶剂会挥发并留下干燥的膜层。出于计算需要，必须掌握其密度参数。
7.5
添加剂
这些是少量添加（<5%）以改变涂层某些特性的成分。它们必须被纳入计算，因为其固体含量和密度因素都需要予以考虑。
7.6
惯例
各种成分之间的关系从重量和体积两个方面进行考量。每个维度不仅揭示了配比关联，更隐含着配方体系的某些特性。经验丰富的配方师常能灵活运用这些关联参数，因其深谙工艺原理。早年行业惯例是以100加仑为批次单位生产涂料，成分计量便表述为"每百加仑磅数"；若批次非标准容量，则改用"每加仑磅数"计量。因此当业内人士说"已添加100磅颜料"后提议"再补2磅"时，这种计量基准的转换在专业语境中完全成立。
物料密度（单位体积重量）通常采用磅/加仑表示。若需转换为体积计量（单位重量体积）即"体积系数"，只需用1除以密度值即可。这种单位转换体系折射出涂料行业将质量与体积作为双重标尺的计量传统，其中数值基准的灵活切换既体现了配方的动态调节需求，也暗含对物料物性参数的深刻把握。
7.7
计算
首先，列出配方中的成分。从材料供应商处获取每种成分的密度、非挥发性水平和价格。按照表7.1所示制作一份清单。计算膨胀系数（加仑/磅）。根据您的知识、经验和实验室测试，您将大致估算出成分之间的关系，可能按重量估算。
表7.1 油漆配方计算
7.7.1
配方重量
添加您已考虑或用于配方的成分（530磅）。
7.7.2
制剂体积
将每种成分的重量乘以其膨胀系数。这将得出所用重量的体积。汇总该列（总计50.97加仑）。
7.7.3
制剂密度
将配方重量除以配方体积即可得出该配方的密度（10.4磅/加仑）。
7.7.4
“按重量计非挥发性”的表述
将每种成分的重量乘以其不挥发物含量，并求该列总和（300磅）。用该总和除以配方总重量530磅，得到0.5660，再乘以100得出56.6%不挥发物重量
7.7.5
配方“按体积计非挥发性”
将每种成分的体积乘以其不挥发物含量，并汇总该列（23.29加仑）。用该总和除以配方总体积（50.97加仑）得到0.4569，再乘以100得出45.69%
NV-VOL（不挥发物体积百分比）。
7.7.6
颜料与基料比例（重量比）
颜料与基料的比例是一种重量关系，根据配方设计师的背景不同，可以通过多种数学方式来表达：
7.7.7
颜料体积浓度（体积）
标准缩写为"PVC"，不应理解为聚氯乙烯或其他任何项目。这是一个以百分比表示的体积关系：
颜料与粘合剂的比例关系似乎是一个更为关键的数值。研究表明，当特定体系中颜料含量达到某一临界点时，会导致成膜质量下降。这个临界点被称为"临界颜料体积浓度"(CPVC)。
7.8
转换为100加仑配方
要将初始配方转换为100加仑基准，需将初始体积（50.97加仑）除以100加仑得到换算系数（1.96）。将该系数乘以初始配方中每种成分的重量，即得到100加仑对应的磅数；乘以初始配方中每种成分的体积，则得到每100加仑对应的加仑数。若需生产的量不是100加仑，则将目标体积除以初始体积得到新系数，再按上述方法进行换算。
7.9
成本
将每种原料的成本（美元/磅）乘以配方中每100加仑对应的磅数重量，再除以100得到该原料的成本。最后将该列数值相加得出每加仑成本（美元/加仑）。
7.10
覆盖范围
经常有人会问：一加仑涂料能覆盖多大面积？假设没有任何损耗，一加仑涂料以1湿密耳（0.001英寸）的厚度可覆盖1604平方英尺。若涂料体积固含量为50%，则形成的干膜厚度为0.5密耳。反之，若需要从50%体积固含量的涂料中获得2密耳干膜，则每加仑需以4湿密耳的厚度施工，即每加仑覆盖400平方英尺。行业标准为1密耳干膜厚度。以此例计算，1604×0.4569=每加仑覆盖733平方英尺。
7.11
计算机使用
借助计算机，计算配方可以变得更轻松、更快捷。市面上有现成的计算机程序可供使用。利用电子表格，可以设计个性化的计算方案。表7.2是电子表格使用的一个示例。它展示了必须已知的“成分常量”以及“计算过程”。这种方法既适用于溶剂型体系，也适用于水性体系。由于成本差异很大，此处未列出具体数字，但预留了使用它们的空间。
表7.2
油漆配方