涂料技术第四章

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1、第四章 涂料配方基本原理,2,第四章 涂料配方基本原理 4.1 涂料的基本组成 4.2 涂料配方的基本原理,3,4.1 涂料的基本组成,4,4.1 涂料的基本组成,主要成膜物质是自身能形成致密涂膜的物质， 是涂料中不可缺少的成分，涂膜的性质主要由它 所决定，又称为基料、漆料和漆基。 次要成膜物质：自身不能形成完整涂膜的物 质，但能与主要成膜物质一起参与成膜，赋予涂 膜色彩或某种功能，也能改变涂膜的物理力学性 能。次要成膜物质包括颜料、填料和功能性材料 添加剂。 辅助成膜物质包括溶剂、稀释剂和助剂。,5,4.1 涂料的基本组成,几个名词： 清漆：涂料中不含颜料和体质颜料的透明体。 色漆：涂料中含

2、颜料和体质颜料的不透明 体，又称为瓷漆、调和漆和底漆。 腻子：加有大量体质颜料的稠厚浆状体。 无溶剂漆：不含挥发性稀释剂的涂料。 粉末涂料：呈粉末状的涂料。 溶剂型漆：以一般有机溶剂作稀释剂的涂料。 水性漆：水作稀释剂的涂料 (包括乳胶漆)。,6,4.1.1 颜料和体质颜料,作用：着色、遮盖、增加漆膜耐久性和力学 强度，降涂料成本。 影响因素：颜料的分子结构、粒径、结晶形 态。 存在状态：在涂料中保持悬浮状或沉降后容 被分散的状态（利用研磨或高速分散方法） 。 一、着色颜料 主要是无机化合物，有机颜料主要作着色助剂。,7,4.1.1 颜料和体质颜料,1、白色颜料 （1）钛白粉，即二氧化钛； 无

3、毒，白度高，遮盖力强； 金红石型晶型，较高的稳定性和耐久性，户外涂料； 锐钛型晶型，光照易粉化，室内涂料。 （2）锌钡白（BaSO4 ZnS），俗称立德粉； 耐碱，遮盖力强； 遇酸分解，遇光易变暗； 用于制备耐碱涂料。,8,2、黄色颜料 铬酸铅（PbCrO4），俗称铅铬黄； 着色力高，色坚牢度好，有毒； 用于装饰性和工业涂料的二道漆和面漆。 3、绿色颜料 氧化铬（Cr2O3），俗称铬绿； 耐酸碱，遮盖力低； 用于防腐涂料。,9,4、蓝色颜料 铁氰化铁钾，KFeFe(CN)6 ，俗称铁蓝； 着色力高，色坚牢度好，耐酸碱，遮盖力差。 5、红色颜料 氧化铁红（Fe2O3）；也称铁红。着色力高， 耐碱

4、，耐有机酸，耐光性好。 6、黑色颜料 碳黑：主要成分是碳，由碳氢化合物经高度 炭化而制成。是最细、着色力与遮盖力最好的颜 料。 吸油量大，色纯，遮盖力强，耐酸碱，耐光。,10,7、有机颜料 与无机颜料相比：颜色齐全，色泽鲜艳，着 色力强，遮盖力差。 二、防腐颜料 1、无机盐类（有毒性） 含铅、铬的盐类，如碱式硅铬酸铅（PbO CrO3 SiO2），碱式硫酸铅（2PbSO4 PbO）等。 防腐机理：与水作用产生阴离子，钝化金属 表面。 2、金属类 铅、锌等； 防腐机理：通过这些金属的先蚀性阳极作用。,11,12,三、体质颜料 1、品种 重晶石（硫酸钡），瓷土或高岭土（Al2O3 2SiO2 H2

5、O），云母（K2O 2Al2O3 6SiO2 2H2O），滑石粉 （3MgO 4SiO2 H2O），碳酸钙等。 2、性质 不溶于溶剂和基体树脂，遮盖力和着色力很弱，但能提 高漆膜的厚度，改进液体涂料的流动性以及漆膜的力学性能、 渗透性、光泽性和流平性。 3、作用 提高漆膜厚度；改善涂料流平性；增强漆膜力学性能。,13,4.1.2 溶剂,涂料用溶剂主要有各种醇类、酮类、酯类， 以及脂肪烃类、芳香烃类等有机溶剂。 作用：溶解涂料树脂； 帮助成膜物质流平； 调节干燥时间和固化反应，获得满足 要求的漆膜。,14,一、溶剂对涂料树脂的溶解性,溶解度参数相近原则： 根据希尔德布兰德（Hildebrand）

6、理论，非 极性高分子树脂和非极性溶剂的混合热正比于它 们的溶解度参数差的平方：,15,讨论： 1.如两种物质的溶解度参数分别为1和 2 ，当1=2时，H= 0，表明两者混合时并 不吸收热量，相容性很好； 2.当1- 2值很大时，H必然很大， 若令二者相容，就要吸收很大热量，只有温度T 在很高时才有可能； 3.按照经验，当高聚物和溶剂的溶解度参数 相差小于 0 1.8 时，估计可以溶解。,16,二、溶剂的相对蒸发速率（挥发性）,E 为试验溶剂的相对蒸发速率； t90 为规定条件下，溶剂蒸发 90 所需要的时间。 规定：醋酸正丁酯的相对蒸发速率为 1 。,三、混合溶剂的蒸发速率（ ET ）,C 为

7、浓度， 为活度系数,结论： 1、蒸发过程中，混合溶剂组成是变化的； 2、蒸发过程中，蒸发速率大的溶剂蒸发较快； 3、混合溶剂的蒸发速率大于各纯溶剂的蒸发速率；,17,常见溶剂,1、烃类溶剂 200 号溶剂汽油（低级烷烃混合物）、苯、甲苯、二甲 苯、三甲苯、卤代芳烃等。 芳烃溶剂溶解性比脂肪烃大。苯的闪点低，挥发快，安 全性差，使用较少。 甲苯和二甲苯广泛用作合成树脂漆的稀释剂，甲苯的溶 解力、挥发性及毒性均大于二甲苯。 在挥发性涂料中，要求有较快的挥发性和较好的溶解 力，甲苯用量较多；在热喷涂用热塑性漆和烘漆中，多选用 挥发速度适中的二甲苯。,18,常见溶剂,2、醇类和醚类溶剂 乙醇、丙醇、正

8、丁醇、乙二醇一乙醚等。 乙醇多用作乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛及醇溶性酚醛 树脂的溶剂。丁醇挥发性较慢，溶解力不如乙醇，是氨基树 脂的良溶剂。醇类溶剂对含有亲核基团的树脂有溶剂化作 用，即氢键作用。它们对大多数合成树脂没有单独溶解性， 但具有潜在溶解力，称为助溶剂。 3、酯类和酮类溶剂（强溶剂） 丙酮、甲乙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、DBE 、碳酸酯、 草酸酯等。,19,DBE ：高沸点溶剂混合二元酸酯（杜邦称 DBE），也称二价酸酯。是一种低毒、低味、能 生物降解的环保型高沸点溶剂，是涂料万能溶剂。 4、酰胺类溶剂 N，N二甲基甲酰胺， N，N二甲基乙 酰胺等。 5、酚类溶剂 苯酚、甲酚、二甲酚等

9、。,20,五、溶剂选用原则 （1）赋予涂料适当的黏度； （2）有一定的挥发速度，与涂膜的干燥性相适 宜； （3）能增加涂料对物体表面的润湿性，赋予涂 膜良好的附着力； （4）考虑安全性和经济性。,21,4.1.3 涂料助剂,特点：用量小，作用大，品种多，功能强。 涂料的次要成膜物质。,一、催干剂 催干剂也称干燥促进剂，俗称干料。 在氧化干燥型涂料体系中，能显著提高漆膜的固化速度。 品种很多，使用效果和场合不同。 1、钴催干剂 如：环烷酸钴 特性：表面干燥快。单独使用易发生表面很快结膜封闭而内层长期不干的现象。 常与铅催干剂配合使用。,22,2、锰催干剂 如：环烷酸锰 特性：表面催干，催干速度慢

10、，因此不会出 现外干内嫩的情况。但颜色深，漆膜有黄变倾向。,3、铅催干剂 如：环烷酸铅 特性：内层催干，有毒性。 常与钴催干剂和锰催干剂配合使用。,23,二、增塑剂 增塑作用：降低树脂的玻璃化温度，提 高漆膜的韧性、延伸率和附着力。 内增塑：在分子链上引入具有增塑作用 的结构。 外增塑：在树脂中加入相容性好的不易 挥发、萃出的增塑剂或柔性高分子树脂。,24,1、氯化石蜡 C10-C30 正构烷烃不同氯化深度的产物。 常作为乙烯基涂料的增塑剂。 2、邻苯二甲酸二丁酯（DBP） 能与多种树脂互溶，但易挥发。 常用于硝基纤维素漆和聚醋酸乙烯酯乳胶漆。 3、邻苯二甲酸二辛酯（DOP） 比邻苯二甲酸二丁

11、酯挥发性低，用途较广。,25,三、生物活性添加剂,1、用于船舶防污涂料 防止船体浸入水中部分及水下构件的表面 受到海洋生物的污损，导致航速降低。 常用添加剂有：氧化汞、三丁基锡氧化物、 金属铜和氧化亚铜等。 2、用于水性乳胶漆和防霉涂料 防止涂料受到霉菌、细菌等微生物的侵 蚀，而使涂料变质或漆膜霉变。 常用添加剂有：邻苯基苯酚；2，4，5，6 四氯代间苯二氰等。,26,四、流变性改进剂 流变性改进剂也称粘度改进剂，主要作用是 改进涂料的流动性。 1、用于溶剂型涂料 触变剂； 常用的有：二氧化硅粉末、膨润土等。 2、用于乳胶漆 增稠剂； 常用的有：纤维素醚类。,27,五、颜料分散剂,1、作用 颜

12、料分散剂属于表面活性剂，作用机理为分子中的亲 水或亲油基团被吸附在固体颜料粒子的表面，产生离子间 的排斥效应和空间位阻效应，以防止颜料粒子的结块或絮 凝。 2、品种 （1）聚电解质 聚丙烯酸钠、苯乙烯马来酸酐共聚物的铵盐等。 能溶于水。 常用于水性涂料。,28,（2）磷酸盐类分散剂 正磷酸钾（K3PO4）、焦磷酸钾（K4P2O7）、 三聚磷酸钾（K5P3O10）、偏磷酸钠（NaPO3）等。 多用于乳胶漆无机颜料的分散剂。 易水解，易遭受微生物侵害。 （3）多胺类及醇胺类分散剂 乙二胺、丙二胺、丁二胺、2氨基2甲 基丙醇1 等； 多用于无机颜料的分散剂。,29,4.2 涂料配方的基本原理,颜料及

13、体质颜料是涂料的重要组成部分。 4.2.1 颜粘比、颜料体积浓度、 临界颜料体积浓度 一、颜粘比 1、颜粘比 涂料配方中颜料及体质颜料与胶粘剂（树脂）的质 量比。 2、不同涂料的颜粘比 面漆: ( 0.25 - 0.9 ) : 1.0 底漆： ( 2.0 4.0 ) : 1.0 室外用乳胶漆： ( 2.0 4.0 ) : 1.0 室内用乳胶漆： ( 4.0 7.0 ) : 1.0,30,二、颜料体积浓度和临界颜料体积浓度,（一）颜料堆砌系数（）,Vp 颜料及体质颜料的体积； Va 颜料粒子间空隙的体积。 一般近似认为颜料粒子为球形粒子； 粒径范围： 0.01 m - 100 m ； 颜料粒子粒

14、径越小，越难紧密堆砌，堆砌系数越小。,31,（二）颜料体积浓度（PVC）与临界颜料体积浓度（CPVC）,Vb 为胶粘剂体积（不含挥发性组分） Vp 为颜料的体积。,临界颜料体积浓度（CPVC）: 当胶粘剂逐渐加入到颜料体系中，颜料粒子堆砌空隙中的空气将逐步被胶粘剂所取代。当胶粘剂加到恰好填满全部空隙时的颜料体积浓度定义为临界颜料体积浓度（CPVC）。,32,（三） 与 PVC、CPVC 之间的关系,对于含有颜料、胶粘剂及其空气空隙的体系，颜料 堆砌系数可定义为：,1、PVC = CPVC 则Va = 0，PVC = CPVC ，此时颜料粒子间的空隙恰好被胶粘剂填满，颜料粒子间以相互接触的立方体

15、方式堆砌，此时堆砌系数定义为 d 。,33,2、PVC CPVC 则，Va = 0，PVC = CPVC ，此时颜 料粒子间的空隙不但被胶粘剂填满，而且颜料粒 子被胶粘剂彼此分离，是一种松散的立方体方式 堆砌。,此时堆砌系数定义为 c ，是个变量，满足下式关系：,34,3、PVC CPVC 则，Va 0，PVC ，此时颜 料粒子间的空隙没有被胶粘剂全部填满。 注意：在实际涂料体系中，颜料粒 子表面总有一层薄的胶粘剂，因此实际 上的颜料粒子堆砌系数比理论计算的小。,空隙,胶粘剂,三、颜料体积浓度对涂料性质的影响 1、漆膜密度及 CPVC 的求算 设 p、b、f 分别为颜料、胶粘剂、漆膜的密度。对

16、于单位质量的漆膜，设 w 为其中颜料的质量分数，（1-w）为胶粘剂的质量分数。 （1） PVC CPVC,35,（2） PVC CPVC 忽略颜料间空气的密度： 联立两式求得 CPVC ： 注：此式适用于溶剂性涂料。,36,4.2 涂料配方的基本原理,（3）实验方法求 CPVC,以漆膜的密度、拉伸强度、粘结强度对 PVC 作图，可求 CPVC 的值。,37,2、PVC 与漆膜的孔率的关系,漆膜孔率直接影响漆膜渗透性，进而影响漆膜的一些重要性质，例如：,（1）生锈：涂装过的黑色金属表面出现锈迹，导致金属腐蚀。 （2）起泡：底材表面产生的气体在涂层下产生的气泡。 （3）抗湿擦性：漆膜忍受水清洗的擦洗次数。 （4）抗污性：抵抗外界污染引起漆膜表面消光或变色的能力。 （5）光维持性：干燥后未达应有光泽，或光泽短时消退的性质。,38,孔率对漆膜耐腐蚀、起泡、耐湿擦、反射率性质的影响,39,孔率