第一章概 论Word格式文档下载.docx
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虫胶、松香、天然沥青等
合成树脂;
酚醛树脂、醇酸树脂、氨基树脂、丙烯酸酯树脂等
次要成膜物质
颜料
无机颜料;
钛白粉、氧化锌、铬黄、铁蓝、炭黑等
有机颜料;
甲苯胺红、酞菁蓝、耐晒黄等
防锈颜料;
红丹、锌铬黄、偏硼酸钡等
体质颜料
滑石粉、碳酸钙、硫酸钡等
辅助成膜物只
助剂
增塑剂、催干剂、固化剂、稳定剂、防霉剂、防腐剂、乳化剂、
湿润剂、防结皮剂、引发剂等
稀释
剂
石油溶剂(如200号油漆溶剂)、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、松节油、环戊二烯、醋酸丁酯、丁醇、乙醇等
表中组成是对一般色漆而言,由于涂料的品种不同,有些组成可以省略。
如各种罩光清漆就是没有颜料和体质颜料的透明体;
腻子是加入大量体质颜料的稠厚浆状体;
色漆(包括磁漆、调和漆、和底漆在内)是加入适量的颜料和体质颜料的不透明体。
由低黏度的液体树脂作基料,不加入挥发性的稀释剂的称为无溶剂涂料;
基料呈粉状而又不加入溶剂的称粉末涂料;
一般用有机溶剂的称为溶剂型涂料;
而用水作稀释剂的称为水性涂料。
四涂料的分类
国际上涂料的分类有几种方法,第一种分类方法按涂料的溶剂分类,如有溶剂涂料和无溶剂涂料,前者可分为溶剂型涂料和水性涂料,后者主要有粉末涂料。
第二种分类方法是按用途来分类,如建筑用漆、船舶用漆、电气绝缘漆、气车用漆等。
第三种分类方法是按施工方法分类,如刷用漆、喷漆、烘漆、流态床涂装用漆等。
第四种分类方法是按漆膜外观分类如大红漆、有光漆、无光漆、半光漆、皱纹漆、锤纹漆等。
第五种分类方法是按成膜物质分类,见表1-2。
这也是目前使用最广泛的分类方法。
五涂料的命名
我国对涂料的命名原则规定如下
全名=颜料或颜色名称+成膜物质+基本名称。
如红醇酸磁漆、锌黄酚醛防锈漆等。
对于某些有专业用途及特性的产品,必要时在成膜物质后面可以加以说明。
如醇酸导电瓷漆、白硝基外用漆等
涂料的型号分三部分,第一部分是成膜物质、第二部分是基本名称(见表1-3),第三部分是序号,以表示同类产品间的组成、配比或用途的不同。
如C-04-2,C代表成膜物质是醇酸树脂,04代表基本名称是磁漆,2则是序号。
辅助材料型号分两个部分,第一部分是种类,第二部分是序号。
例如,F-2,代表防潮剂,2则代表序号。
表1-2涂料分类表
序号
代号(汉语拼音字母)
发音
成膜物质类别
1
Y
衣
油性磁漆
天然动植物油、清油(熟油)、合成油
2
T
特
天然树脂漆类
松香及其衍生物、虫胶、乳酪素、动物胶、大漆及其衍生物
3
F
佛
酚醛树脂漆类
改性酚醛树脂、纯酚醛树脂、二甲苯树脂
4
L
肋
沥青漆类
天然沥青、石油沥青、煤焦沥青、硬质沥青
5
C
雌
醇酸树脂漆类
甘油醇酸树脂、季戊四醇醇酸树脂、改性醇酸树脂
6
A
啊
氨基树脂漆类
脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂
7
Q
欺
硝基漆类
硝基纤维素、改性硝基纤维素
8
M
模
纤维漆类
硝基纤维树脂、苄基纤维、羚甲基纤维、醋酸纤维、醋酸丁酯纤维、其他纤维及酯类
9
G
哥
过氯乙烯漆类
过氯乙烯树脂、改性过氯乙烯树脂
10
X
希
乙烯漆类
氯乙烯共聚树脂、聚醋酸乙烯及其他共聚物、聚乙烯醇缩醛树脂、聚二乙烯乙炔树脂
11
B
玻
丙烯酸漆类
丙烯酸酯树脂、丙烯酸共聚物及其他改性树脂
12
Z
资
聚酯漆类
饱和聚酯树脂、不饱和聚酯树脂
13
H
喝
环氧树脂漆类
环氧树脂、改性环氧树脂
14
S
思
聚氨酯漆类
聚氨基甲酸酯
15
W
吴
元素有机漆类
有机硅、有机钛、有几铝等元素有机聚合物
16
J
基
橡胶漆类
天然橡胶及其衍生物、合成橡胶及其衍生物
17
E
额
其他漆类
未包括在以上所列的其他成膜物质,如无机高分子材料、聚酰亚胺树脂等
18
辅助材料
稀释剂、防潮剂、催干剂、脱漆剂、固化剂
表1-3基本名称编号表
代号
代表名称
00
清油
22
木器漆
53
防锈漆
01
清漆
23
罐头漆
54
耐油漆
02
厚漆
55
耐水漆
03
调和漆
30
(浸渍)绝缘漆
04
磁漆
31
(覆盖)绝缘漆
60
防火漆
05
粉末漆料
32
绝缘(烘、磁)漆
61
耐热漆
06
底漆
33
粘合绝缘漆
62
变色漆
07
腻子
34
漆包线漆
63
涂布漆
35
硅钢片漆
64
可剥漆
09
大漆
36
电容器漆
37
电阻漆、电位器漆
66
感光涂料
电泳漆
38
半导体漆
67
隔热涂料
乳胶漆
其他水溶性漆
40
防污漆、防蛆漆
80
地板漆
透明漆
41
水线漆
81
渔网漆
斑纹漆
42
甲板漆、甲板防滑漆
82
锅炉漆
锤纹漆
43
船壳漆
83
烟囱漆
皱纹漆
44
船底漆
84
黑板漆
裂纹漆
85
调色漆
19
晶纹漆
50
耐酸漆
86
标志漆、路线漆
20
铅笔漆
51
耐碱漆
98
胶液
52
防腐漆
99
其他
六、涂料的原理
涂料涂布于物体表面上后,由液体或不连续的粉末状态转变为致密的固体连续薄膜的过程称为涂膜的干燥,或固化。
涂膜干燥是涂料施工的主要内容之一。
由于这一过程不仅占用很多时间,而且有时能耗很高,因而对涂料施工的效率和经济产生重大的影响。
涂膜的固化机理有三种分类,一种是物理机理,其余两种是化学机理。
第一、理固化。
只靠涂料中液体(溶剂或分散相)蒸发而得到干硬涂膜的干燥过程称为物理机理固化。
高聚物在制成涂料时已经具有较大的分子量,失去溶剂后就变硬而不黏,在干燥过程中,高聚物不发生化学反应。
第二、涂料与生反应的交链固化。
氧气能与干性植物油和其他不饱和化合物反应而产生游离基并引起聚合反应,水分也能和异氰酸酯发生反应,这两种反应都能得到交联的涂膜,所以储存期间,涂料罐必须密封良好,与空气隔绝,通常用低分子量的聚合物(相对分子质量1000~5000)或分子量较大的简单分子,这样,涂料的固体分可以高一些。
第三、涂料之间发生反应的交联固化。
涂料在储存间必须保持稳定,可以用双灌装涂料法或是选用在常温下互不发生反应,只是在高温下或是受到辐射时才发生反应的组分。
三种激励之间的比较见表1-4
干燥机理
涂料中液体的挥发
涂料和空气之间的交联反应
涂料组分之间的交联反应
涂料中成膜物质的分子量
高
低
低或高
涂膜的固体分
a.(溶剂型涂料)低,10%~35%
b.(乳液型涂料)中到高,
40%~70%
中到高25%~100%
30%~100%
涂膜中聚合类型
线型
交联型
抛光性、修补性、再流平性
好
可或差
不加热时的干燥速度
快
慢到适中
较快
最低干燥温度
无实际限制(对溶液型而言)
在冷天很慢
不一定,一般为10%~15℃
贮运情况
涂料罐必须密封良好
须双灌除烘干和辐射固化型之外必须双管装
举例
硝酸纤维和其他会发性漆
某些乳胶漆
某些有机溶胶漆
装饰性(建筑)漆
某些烘漆
单罐装聚氨漆
工业烘漆、酸催化漆
聚氨基甲酸酯涂料
不饱和聚酯木器涂料
第二章涂料的剂型
第一节溶剂型涂料
大多数涂料含有挥发性物质,它们在施工后和成膜时挥发掉。
一般将挥发性有机物称为溶剂,不管他是否能溶解树脂。
涂料工业是溶剂工业的最大用户,一半以上的溶剂是烃类,其余是酮、醇、乙二醇、醚、酯、硝基直链烷烃以及少量其它物质。
溶剂有利于薄膜形成,当溶剂蒸发时,高聚物就互相结合。
假如溶剂混合物保持一个适当的的蒸发速率,就会形成平滑和连续的薄膜。
溶质和溶剂可分为非极性、弱极性和极性三类。
分子结构对称而又不含极性基团的烃类是非极性的。
分子结构不对称又含有极性基团的分子则带有极性。
极性溶质溶于极性溶剂中,但不容于非极性溶剂中。
弱极性溶质则不溶于极性溶剂而溶于非极性溶剂中。
极性溶剂分子间互相缔合,黏度要比分子量接近的非极性溶剂的黏度高,沸点、熔点、蒸发潜热也较高,而且内聚能较高,挥发度较低。
对于挥发性涂料所用溶剂可以分为三类。
真溶剂,是有溶解此类涂料所用高聚物能力的溶剂。
其中醋酸乙醇、丙酮、甲乙酮属于挥发性快得溶剂;
醋酸丁酯属于中等挥发性溶剂;
醋酸戊酯、环己酮等属于挥发性慢的溶剂。
一般说来,挥发性快的溶剂价格低。
助溶剂,在一定限量内可与真溶剂混合使用,并有一定的溶解能力,还可影响涂料的其他性能。
主要有乙醇或丁醇。
乙醇有亲水性,用量过多易导致涂膜泛白。
丁醇挥发性较慢,适宜后期作黏度调节。
稀释剂,无溶解高聚物能力,也不能助溶,但他价格较低,他和真溶剂、助溶剂混合使用可降低成本。
但这种分类是相对的,三种溶剂必须搭配合适,在整个过程中要求挥发率均匀又有适当溶解能力,避免某一组分不溶而产生析出现象。
溶剂应对涂料中所有不会发组分都有很好的溶解能力和互溶性,有较高的降低黏度能力,再会发过程中不容许有某一组分产生析出现象。
溶剂的挥发应随涂膜干燥而均匀减少,不可忽多忽少。
湿涂膜的黏度应缓慢增加,不可突然增稠,以避免表面疵病。
此外,对溶剂还要求色泽、透明、化学性质稳定、无刺激性气味、毒性小、
从历史上看,几乎所有的涂料都是溶剂型涂料,当目前已有水性涂料、粉末涂料、辐射固化涂料等,发展的推动力是减少火灾危害和气味,便于用水清洗。
20世纪60年代以后发展的主要推动力是减少挥发性有机化合物(VOC)排放。
由于其他类型涂料产量迅速增长,涂料工业的溶剂使用量减少,有人认为,从长远观点看,溶剂型涂料会消失。
但是,溶剂型涂料有其他涂料无法超越的优点:
其施工的费用一般比较低,特别是与水性涂料比,因为水性涂料施工需要不锈钢设备,而溶剂型涂料的静电喷涂设备比水性涂料花费少;
湿度对溶剂挥发影响不大;
涂膜滞留空气和爆孔问题少。
通过使用高固体涂料、精調操作方法可以使溶剂减少至最低程度,以显著降低VOC的排放。
一、溶剂的种类
1.石油溶剂
石油溶剂是指用蒸馏或热裂解石油的方法得到溶剂。
蒸馏主要得到的是烷烃类化合物,但也含有少量芳烃;
热裂解得到的是芳香族含量高的溶剂
涂料用溶剂汽油,又叫做松香水或白油,其中还有15%~18%的芳烃,沸点范围是150~190℃,挥发速率较慢,能溶解大多数天然树脂和各种长油度的醇酸树脂,但对硝基、环氧、丙烯酸等合成树脂的溶解力较差。
松香水还常用作清洗溶剂。
芳烃含量高的石油溶剂,其成分主要是各种三甲苯。
芳烃含量可达80%~93%,沸点范围100~200℃,溶解能力很强,有淡淡的刺激性气味。
2苯系溶剂
涂料工业中用到的苯系溶剂,主要有甲苯和二甲苯。
甲苯常用于混合溶剂,用于氯化橡胶涂料的的溶剂以及硝基漆的稀释剂。
二甲苯是涂料中最主要的稀释剂之一,他的溶解能力强、挥发速度适中,既可用于常温气干性涂料,也可用于烘涂,广泛用作醇酸树脂、氯化橡胶、聚氨酯以及乙烯基树脂的溶剂。
在二甲苯中加入10%~20%的丁醇,可以提高他的溶解力,且具有很好的抗流挂性能。
3醇和醚
醇类主要是乙醇和丁醇。
乙醇中常加入少量甲醇成为变性乙醇,他挥发速度快,常用作聚乙酸乙烯酯、聚酯、聚乙烯醇缩丁醛等的溶剂,很少单独使用。
在涂料中,一般很少使用醚类溶剂,但乙二醇的单醚和醚酯(如乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚等)都曾是涂料中的重要溶剂,它们可以和烃类溶剂混溶,大部分还可以和水混溶,是树脂的优良溶剂。
但是由于它们毒性太大,已经被别的溶剂取代,不再使用。
4酮和酯
涂料中使用的酮类溶剂主要有丙酮、丁酮和甲基异丁基酮。
丙酮挥发快,溶解力强,用于烯类聚合物和硝基纤维素的溶剂,他常和其它溶剂合用。
丁酮也是挥发快和和溶解力强的溶剂,可用于烯类聚合物、环氧树脂、聚氨酯涂料中做涂料,他唱喝一些溶解力差的溶剂混用以改进涂料的成膜性能和涂布性能。
甲基异丁基酮用途与丙酮类似,但挥发速率慢,有难闻的味道,常用于烤漆。
5氯代烃和硝基烃
氯代烃和硝基烃(三氯甲烷、硝基甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷、三氯乙烷等)均有很好的溶解性能,沸点较低,但毒性很大,不宜在涂料中使用。
但他们的分子极性很高,可用于调节静电喷涂涂料的电阻。
二、溶剂的作用
1.降低黏度,调节流变性
涂料是一种浓度较高的高分子溶液,溶剂性质直接影响高分子聚合物的黏度。
溶剂对高分子聚合物的溶解能力越强,涂料体系的黏度就越低。
另外,所选溶剂的种类、溶剂的用量严重影响着涂料的施工质量。
容积在涂料中,除了有效分散成膜物质之外,还具有降低体系黏度,调节体系流挂性的作用。
2.改变涂料的电阻
静电喷涂法是一种重要的涂装方法。
静电喷涂法系利用高压电场的作用,使喷雾带电,并在电场力的作用下吸附在带异性电荷的工件上的一种喷涂方法。
它的原理是:
先将负高压加到有锐边或尖端的金属喷杯上,工件接地,使负电极与工件之间形成一个高压静电场,依靠电晕放电,首先在负电极附近激发大量电子,用旋转喷杯或压缩空气使涂料雾化并送入电场,涂料颗粒获得电子成为带负电荷的微粒,在电场力作用下,均匀的吸附在带正电荷的工作表面,形成一层牢固的涂膜,完成涂装工作。
静电涂装法对涂料的电性能有一定的要求,为达到最好的效果,要求涂料的电阻在一定的范围类,电阻过大,涂料粒子带电困难;
电阻过低,容易发生漏电现象。
涂料的电阻可以通过溶剂来改变,在高电阻涂料中添加电阻地的溶剂,常用的有氯化烃、硝基烃等;
在电阻值低的涂料中添加电阻高的极性溶剂,常用的有芳烃、石油醚等。
3.作为聚合物反应溶剂,用来控制聚合物的分子量分布
在生产高固体分涂料的聚合物时,选择合适沸点和链转移常数的溶剂作为聚合物介质,可以得到合适的分子量大小和分子量分布。
例如,用二甲苯、苯甲醇庚酯和乙酸丙酯等溶剂作聚合溶剂,制备分子量较小且分子量分布窄的丙烯酸酯聚合物。
4.改进涂料涂布和涂膜性能
通过控制溶剂的挥发速率,可以改进涂料的流动性,提高涂膜的光泽。
溶剂的选择影响着涂膜对底材的附着力和涂膜的流平等施工性能。
溶剂选择不当会产生很多弊端:
涂膜发白起泡、橘皮流挂等。
从发挥快慢考虑,涂料溶剂的选择有下列要求。
快干:
挥发要快
无缩孔:
无边缘变厚现象:
无流挂:
流动性、流平性好:
无气泡:
挥发要慢
不发白:
三、溶剂型涂料的主要品种
1.醇酸树脂涂料
在1930~1940年期间,醇酸树脂是涂料主要基料,虽然有被其它基料不断替代的趋势,但目前醇酸树脂任是用量最大的一类树脂。
醇酸树脂主要有以下优点。
一是价格较低。
二是应用较为简单,由于大多数醇酸树脂涂料表面张力比较低,在所有类型涂料中溶剂型醇酸树脂涂料受涂膜缺陷的影响最小,很少出现缩边、针孔以及其他外表面张力驱动流动或表面张力差驱动流动所造成的缺陷问题。
对于醇酸树脂来说,由于不会造成絮凝,所以相当容易进行颜料分散。
第三个优点是具有通过自动氧化进行交联的能力,可以采用空气干燥或低温烘烤干燥,从而避免了因干燥需要使用具有潜在毒性危害的交联剂。
醇酸树脂的主要缺点是相当差的烘烤保色性、有限的户外耐久性、在溶剂型醇酸树脂涂料中也难以达到极高的固体含量。
再有的问题可能是,在烘烤炉中产生的烟,还会引起肉眼能看见的空气污染问题。
2聚酯类树脂涂料
聚酯树脂主要用来替代三聚氰胺甲醛(MF)交联烘烤瓷漆中的醇酸树脂,也广泛使用于聚氨酯涂料中。
与其它树脂相比,聚酯树脂成本一般比氧化醇酸树脂略高些,但在某些情况先却要比非氧化醇酸树脂价格低;
其颜色、保色性、户外耐久性以及抗脆化性要好于大多数醇酸树脂;
其户外耐久性和耐皂化性一般不及涂装于不含底漆、清洁、处理、过的钢和铝底材上的丙烯酸类聚酯涂料;
其附着力和耐冲击相似于醇酸树脂而忧与丙烯酸树脂。
基于聚酯作为基料的涂料比醇酸树脂涂料表面张力强,因此交易产生缩边以及由表面张力差驱动的流动缺陷如缩孔等。
大多数聚酯类羟基封端,因此可用MF树脂或用异氰酸树脂类交联。
MF树脂费用低,一般使用甲醚化或混合甲/丁醚化MF树脂,对较低温度固化或气干型涂料来说,则使用脂肪族多异氰酸酯类。
3.丙烯酸类树脂涂料
丙烯酸树脂作为基料的涂料主要优点是价格相当适中,颜色浅,保色性、抗脆化性以及户外耐久性优良等。
它们的表面张力和对涂膜缺陷的敏感介于醇酸树脂涂料和聚酯类树脂涂料之中,对金属表面的附着力低于醇酸树脂涂料和聚酯类树脂脂涂料,因此它们常用在底漆之上作为面漆。
热塑性溶液丙烯酸树脂增广泛用于汽车涂料中,但现在已被热固性丙烯酸(TSAS)代替,以减少VOC排放。
热固性丙烯酸用MF树脂或用多官能的异氰酸酯交联。
脂肪族异氰酸酯交联剂价格要比MF树脂高,且呈现更大的的毒性危害,但可以在较低温度下固化。
而且,HALS(位阻胺)稳定剂通常能产生稍高的户外耐久性,又常常呈现出较好的耐环境腐蚀性。
用双羟基交联的环氧官能丙烯酸也可获得优良的耐环境性。
制造高固体分丙烯酸树脂比较困难,不大可能制造岀像聚酯类树脂涂料那样高的固体份。
4.环氧树脂和环氧酯类涂料
环氧树脂的主要用途是底漆。
基于环氧树脂的涂料一般对金属有优良的附着力(特别是在水汽存在下)以及耐皂化性,它们一般做单道涂料使用,其主要的缺点是户外耐久性差,可以作为啤酒或软饮料罐衬里之类使用。
用多元酸交联的环氧官能丙烯酸树脂类产生的涂膜具有优良的户外耐久性。
环氧酯类涂料提供的性能介于醇酸树脂和环氧树脂之间,用在面漆中的一个例子是涂装瓶盖和瓶顶,他们具有必须的硬度、可加工型、附着力和耐水性。
5.聚氨酯类树脂涂料
由于多异氰酸酯能低温固化,故广泛用作交联剂,以获得耐溶剂溶胀性和耐磨性俱佳的固化膜。
当使用MF树脂时,其涂料可以单罐包装,且无游离异氰酸酯毒性的危险。
与聚酯相比较,费用要高,但具有水解稳定性,因此其户外耐久性就更优良。
但是,聚氨酯基团的分子间氢键较强,与同分子量、同浓度的聚酯树脂溶液相比黏度较高,可用低分子量羟基官能的聚氨酯与其它类型羟基官能树脂混合对涂料性能进行改性。
聚氨酯类,特别是具有伯氨基(——NH2)的聚氨酯,在酸性条件下与MF树脂反应,得到的树脂比用用MF交联的羟基功能树脂具有更强的水解稳定性,这些树脂常称为氨基甲酸酯功能树脂。
此类树脂图的涂层透明,正用于汽车涂料中。
6.有机硅和氟化树脂涂料
有机硅和氟化树脂对热降解和光氧化两种作用的抵抗作用最强。
这两种树脂的价格都很高,尤其是氟化树脂类。
对气干性涂料来说,有机硅醇酸树脂达到的户外耐久性要比醇酸树脂高。
从价格中等、户外耐久性的角度来看,有机硅树脂改性聚酯和丙烯酸树脂使用相当广泛。
而用MF树脂或脂肪族异氰酸酯交联的氟化共具体树脂具有突出的户外耐久性。
四、配制低VOC的溶剂型涂料
溶剂型涂料对大气的污染重要指标是其挥发性有机溶剂(VOC)的量,各国环保部门都有严格的限制。
大部分工业涂料、特种涂料以及一些建筑涂料都是溶剂型涂料,因而减少VOC用量的压力正在不断增加。
由于热塑料型树脂涂的VOC含量很高,其用量必须持续下降,转而使用热固性树脂的溶剂型涂料。
常规热固性涂料的体积固体分(NVV)大约25%~35%。
高固体分涂料并单一的定义:
对于金属闪光汽车面漆(或底色层),其高固体分意指45%左右;
而对高颜料分得底漆来说,高固体分可能是52%;
对于清漆或高光泽着色涂料则为75%,甚至更高。
涂料的VOC难以精确测定,甚至难于去定义。
例如,在某些情况下,具有官能团的溶剂会部分与交联剂反应,因此就不能散发出来;
也可能产生交联的挥发性副产品,他们就应该包括在VOC中;
而低分子量组分再交联前也会挥发,这样排放发生的程度会随烘烤条件而定。
在使用高固体分涂料时,涂装者必须十分仔细的控制其在烘烤炉里的时间和温度,并按涂料供应商的推荐条件操作。
配方设计者在标准温度上下约10℃时,更要仔细检查涂料膜性能。
在向客户进行固化周期推荐时,应该使用客户的金属试片以确定烘烤工艺过程。
烘烤的关键问题是涂料的自身问题,而不是在烘烤炉内空气的问题。
涂装到重型金属件上的涂料在烘烤中加热要比金属板表面其他地方受热慢。
在常
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