第三章 涂料配方的基本原理资料

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1、第3章 涂料配方基本原理 第一节 涂料的基本组成 颜料和体质颜料 溶剂 辅助材料 第二节 涂料配方的基本原理 颜料体积浓度 颜料吸油值 乳胶漆临界颜料体积浓度 涂料配色 3.1 涂料的基本组成 涂 料 挥 发 分 不挥发分 溶 剂 稀释剂 主要成膜物质 次要成膜物质 辅助成膜物质 树脂 油料 颜料 体质颜料 各种助剂 几个名词：几个名词： 清漆清漆：涂料中不含颜料和体质颜料的透明体。 色漆色漆：涂料中含颜料和体质颜料的不透明体，又称为磁漆、 调和漆和底漆。 腻子腻子：加有大量体质颜料的稠厚浆状体。 无溶剂漆无溶剂漆：不含挥发性稀释剂的涂料。 粉末涂料粉末涂料：呈粉末状的涂料。 溶剂型漆溶剂型漆

2、：以一般有机溶剂作稀释剂的涂料。 水性漆水性漆：水作稀释剂的涂料 (包括乳胶漆)。 3.1.1 颜料 颜料： 一种微奶粉末状的有色物质，它不溶于水或油的介质中， 而能均匀地分散在介质中，涂于物体表面形成色层，呈现一 定的色彩。 颜料和染料的区别： 颜料是不溶于水、溶剂和油类的微细粉末。 染料是能溶于水、醇、油或其它溶剂等液体中的有色物质。 染料可溶于介质中，而使被染物品全部着色，而颜料不溶 于介质中，仅能使物品表面着色。 按作用分类： 着色颜料、防腐颜料、体质颜料 按来源分类： 天然颜料、合成颜料 按成分分类： 无机颜料、有机颜料 着色颜料 赋予涂料五彩缤纷的颜色和色调 白色颜料：钛白粉 (T

3、iO2)、立德粉(BaSO4 ZnS) 蓝色颜料：群青、铁蓝(KFeFe(CN)6) 黄色颜料：铅铬黄、铁黄(Fe2O3 H2O）等 绿色颜料：铬绿(Cr2O3)等 红色颜料：铁红(Fe2O3) 黑色颜料：炭黑、铁黑(Fe3O4) 有机颜料：耐晒黄、联苯胺黄、颜料绿B、酞菁蓝、甲苯 胺红、芳酰胺红等 防腐颜料 用于保护金属底材免受腐蚀的颜料 铅 系 颜 料 ： 红 丹 (PbO2 2PbO ） 、 碱 式 硅 铬 酸 铅 (PbO CrO3 SiO2) 锌系颜料：铬酸钾锌(K2CrO4 3ZnCrO4Zn(OH)2) 、磷酸锌 (Zn3(PO4)2) 金属：铝、不锈钢、铅和锌 其它颜料：铬酸钙

4、、钼酸钙、磷酸镁、磷酸钙、钼酸锌、 偏硼酸钡、铬酸钡 体质颜料 对漆膜几乎没有遮盖力和着色力，但能提高漆膜的 厚度，改进涂料的流动性以及漆膜的机械性、渗透性、光 泽和流平性。 重晶石(BaSO4)：稳定性好，耐酸、碱。 高岭土(A12O3 2SiO2 2H2O)：具有消光作用。 云母(K2O 2A12O3 6SiO2 2H2O)：能明显降低漆膜的透气、透水性。 滑石粉(3MgO 4SiO2 H2O)：能提高漆膜的柔韧性，降低其透水性。 碳酸钙（CaCO3）：广泛用做室内和户外的乳胶漆。 3.1.2 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。 溶解涂料树脂；

5、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。 溶剂对涂料树脂的溶解性 2 2121 ）（=VH M 式中：HM混合热； 体积分数；溶度参数；1，2 溶剂和溶质；V溶液总体积 溶质和溶剂的溶度参数越接近， 所需的HM越 小，则越易溶解。 Hildebrand溶度公式 溶剂的相对蒸发速率 )( )( 90 90 试验溶剂 乙酸正丁酯 t t E = 式中：E 试验溶剂的相对蒸发速率； t90在规定条件下溶剂蒸发 90 所需要的时间。 规定乙酸正丁酯的相对蒸发速率为 1 。 正丁醇沸点：118，乙酸丁酯沸点：125 混合溶剂的蒸发速率 nnnT EcEcEcE+= 222111

6、式中：ET混合溶剂的蒸发速率； c浓度； 活度系数 a. 蒸发过程中，混合溶剂组成是变化的； b. 蒸发过程中，蒸发速率大的溶剂蒸发较快； c. 混合溶剂的蒸发速率大于各纯溶剂的蒸发速率。 常用溶剂品种 A. 烃类溶剂 200 号溶剂汽油（低级烷烃混合物）、苯、甲苯、二甲苯等。 芳烃溶剂溶解性比脂肪烃大。苯挥发快，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。 B. 醇类和醚类溶剂 乙醇、丙醇、正丁醇、乙二醇乙醚

7、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。丁醇挥发较慢，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。 C. 酯类和酮类溶剂（强溶剂） 丙酮、甲乙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯等。 3.1.3 辅助材料 催干剂：提高漆膜的固化速度。 环烷酸钴 环烷酸锰 环烷酸铅 增塑剂：降低树脂玻璃化温度，提高漆膜韧性、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、迁移的增塑剂或柔性 高分子树脂。如：氯化石蜡、DBP、DOP等 CH2CH

8、2 CH2CH2 CH2 (CH2)n COO 2 Mn 生物活性添加剂 防污：氧化汞、三丁基锡氧化物、氧化亚铜等。 防霉：邻苯基苯酚、2,4,5,6-四氯代间苯二氰。 流变性改进剂 触变剂（溶剂漆）：二氧化硅、膨润土等； 增稠剂（乳胶漆）：羟甲基纤维素钠盐、乙基羟乙基纤 维素等。 颜料分散剂 属于表面活性剂，作用机理：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。 聚电解质：聚丙烯酸钠、苯乙烯马来酸酐共聚物铵盐； 磷酸盐：正磷酸盐（K3PO4）、焦磷酸盐（K4P2O7）、三聚 磷酸盐（K5P3O10）等； 胺类和醇胺类化

9、合物：乙二胺、丙二胺、丁二胺、2-氨基-2- 甲基丙醇-1等。 其它助剂 消泡剂 流平剂 光稳定剂 抗结皮剂 抗静电剂 消光剂 增韧剂 乳化剂 抗冻剂 3.2 涂料配方的基本原理 3.2.1 颜粘比、(临界)颜料体积浓度和比颜料体积浓度 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。 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 颜料体积浓度（PVC） 颜料堆砌系数（） 0 ,aP P VV V + = 式中：Vp 颜料及体质颜料的体

10、积；Va,0 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 ； 颜料粒子粒径越小，越难紧密堆砌，堆砌系数越小。 颜料体积浓度（PVC） bp p VV V PVC + = 式中：Vp颜料的体积；Vb胶粘剂体积（不含挥发性组分） 临界颜料体积浓度（CPVC） 当胶粘剂加到颜料体系中，恰好填满颜料粒子堆砌的全部空 隙时的颜料体积浓度。 与 PVC、CPVC 之间的关系 abp p VVV V + = 式中：Vp颜料的体积；Vb粘结剂的体积；Va为粒子间尚未被充满的空隙中 空气的体积；(Vp十Vb十Va)体系的总体积。 a.PVC = CPVC

11、则Va = 0，此时颜料粒子间的空隙恰好被胶粘剂填满。 PVC = CPVC 。 b.PVC CPVC 则Va= 0，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。PVC = CPVC 。 c.PVC CPVC 此时颜料粒子间的空隙没有被胶粘剂全部填满。Va 0， PVC 。 当颜料量进一步增加时，可认为值基本保持不变，但 PVC值还可增加，直到极限情况(Vb=0，PVC1)为止。 颜料体积浓度对涂料性质的影响 bp wwf + = 1 1 CPVC w p f 1 1 = PVC CPVC： 漆膜密度 往纯树脂膜添加颜料，涂膜密度增加，到CPVC点时，由 于孔隙产生，

12、涂膜密度开始下降。 a. 物理性质 f p w CPVC = 拉伸强度和黏结强度 在CPVC处，漆膜的拉伸强度和黏结强度达到最大值。 生锈：涂装过的黑色金属表面出现锈迹，导致金属腐蚀。 起泡：底材表面产生的气体在涂层下产生的气泡。 b. 渗透性质 抗湿擦性：漆膜忍受水清洗的擦洗次数。 抗污性：抵抗外界污染引起漆膜表面消光或变色的能力。 光维持性：干燥后未达应有光泽，或光泽短时消退的性质。 比颜料体积浓度（） 颜料体积浓度与临界颜料体积浓度之比。 PVC CPVC = 当1（即PVCCPVC）时，漆膜中存在有孔隙； 当1时，颜料以分散形式存在于粘结剂相中。 有光涂料：0.050.6 半光涂料：0

13、.60.85 墙体涂料：0.951.15 维护涂料：0.750.90 PVC PVC = 1-s+sPVC 干 湿 湿 式中：s漆膜的收缩率 3.2.2 乳胶漆临界颜料体积浓度（LCPVC） 乳胶漆的成膜过程 影响LCPVC的主要因素 a. 玻璃化温度Tg 玻璃化温度，LCPVC 值 。 玻璃化温度低的乳胶粒子容易发生形变和凝聚，使颜料堆砌紧密。 b. 乳胶粒子的大小 乳胶粒粒径，LCPVC 值。 小粒径的乳胶粒容易进入颜料粒子间，使颜料粒子紧密接触。 c. 助成膜剂 挥发性增塑剂，促进乳胶粒子的塑性流动和弹性形变，提高 LCPVC。如乙二醇、丙二醇等。 用量过多，会发生早期凝聚现象，降低LC

14、PVC。 3.2.4 涂料配色 物体的颜色特性 在白光照射下，全部反射光波的物体呈白色； 在白光照射下，全部吸收光波的物体呈黑色； 在白光照射下，选择性吸收光波后反射光波的物体呈彩色。 基本色调 红色蓝色黄色 + + + = = = 绿色 橙色 紫色 Munsell颜色示意图 色相(H)：颜色在光谱中的位置； 亮度(V)：颜色的明暗程度； 彩度(C)：颜色接近或离开中灰色的程度。 1905 年，美国艺术家 Munsell 提出Munsell 颜色系统。 HV/C 色相 亮度 彩度 8.5R5.67/8.2 配色原则 a.调节色相 将红、黄、蓝三色按不同比例混合，得到各种不同中间色，再 用不同中间色混合，可得到多种不同色相的颜料。 b.调节彩度 在某色相的基础上，加白色颜料混合，可得到不同彩度的颜料。 c.调节亮度 在某色相的基础上，加黑色颜料混合，可得到不同亮度的颜料。