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1、第十章 涂 料,涂 料,涂料是指用特定的施工方法涂覆到物体表面后，经固化使物体表面形成美观而有一定强度的连续性保护膜、或者形成具有某种特殊功能涂膜的一种精细化工产品。,我国享誉世界的大漆（中国漆），有7000多年的历史。远在新石器时代，我们的祖先就已经使用天然颜料、植物汁液、油脂等绘制图案、装饰物品。,马王堆,以天然物质为原料的涂料经历了较长的历史。 最早以天然矿物和色素为涂料。稍后以油和松香、大漆为基础的天然树脂制成的油性涂料和天然树脂涂料。 二战后，涂料用原料转而以煤炭化工产品为主 上世纪50、60年代转而以石油化工产品为主要原料来源 进入90年代后，随着石油危机的加速，涂料的发展还应是以
2、天然物质为原料的涂料，而且原料来源应多样化。 现在涂料的发展面临巨大的环保压力，新型环保涂料成为涂料的发展趋势,涂料的发展,溶剂型涂料由于含有强致癌物质苯、甲苯、乙苯、二甲苯等苯的同系物，常用的稀释剂如香蕉水中也存在大量的苯系物。固化剂中也存在着TDI(甲苯二异氰酸酯)，涂料中还含有大量的甲醛。这些溶剂不仅有剧毒，还可以燃烧，污染环境和损害人体健康。 到2008年，中国将禁止生产销售溶剂型涂料。 代替溶剂型涂料的是低VOC或无VOC新型环保涂料。,新型环保涂料,VOC：挥发性有机化合物 苯、甲苯、二甲苯、甲醛,环保型涂料的路线： 将涂料中50%60%的溶剂含量降低至20%30%高固体份涂料 将
3、涂料中的溶剂用水取代水性涂料 用空气取代涂料中的溶剂粉末涂料,新型环保涂料,我国涂料工业的现状 1980年涂料产量仅48万吨； 1990年84.6万吨； 1991年的中国涂料产量在92. 84万吨左右； 1992年突破了百万大关，达到105.8万吨； 1998年跻身世界涂料四强； 2000年涂料产量183.9方吨，已经排列世界第三； 2002年中国涂料产量跨过200万吨大关，跃居世界第二； 2004年，我国涂料产量增至298. 15万吨； 2005年中国涂料行业总产量达382. 57万吨，已成为世界涂料生产和消费第二大国。 19802005年25年间涂料产量增长了7. 97倍。,我国涂料工业的
4、现状 据20062007年涂料行业发展与市场分析报告指出，我国涂料行业近年发展的特点是： 总产量连创新高，成为仅次于美国的涂料第二生产大国； 产品结构调整加快，已从油性涂料时代进入合成树脂涂料时代； 进出口量迅猛增长，已成为美国、日本、德国之后的世界第四大涂料进出口国； 形成了具有科技优势和市场优势的长三角、珠三角和环渤海地区的产业聚集地带； 我国成为世界涂料潜在市场最大、发展最具活力的地区，众多国际著名公司注资我国，投资热情高涨。,我国涂料工业的现状 我国涂料行业在快速发展的同时也面临很多问题: 如企业规模偏小、涂料市场知名的民族品牌寥寥、科研投入不足、科研后劲和前瞻性不够等。 中国涂料工业
5、协会提出了“十一五”涂料行业的发展目标，主要有： 大力扶持中国涂料名牌产品和企业；建立健全技术创新体系；支持大企业集团的成长，力争培育10家以上年销售额10亿元的企业，百家年销售额超1亿元的企业，使排名前30位的企业集团的产量和销售额在行业中的比重超过60%，淘汰大多数小企业等。,第一节 概 述,一、涂料的作用与分类 1、涂料的作用 （1）保护作用 （2）装饰作用 （3）色彩标志 （4）特殊用途,1、涂料的作用,保护作用,1、涂料的作用,多彩涂料,装饰作用,1、涂料的作用,马路标志漆,色彩标志,1、涂料的作用,发光涂料,特殊功能,示温涂料,隐形涂料,2、 涂料的分类,按用途： 建筑涂料、汽车漆
6、、飞机漆、木器漆等 按施工工序： 底漆、腻子、二道漆、面漆、光漆 涂漆方式： 喷漆、浸漆、烘漆、电泳漆等,按成膜物质方式： 油基涂料、硝基涂料、醇酸树脂涂料、环氧树脂 按照形态： 水性涂料、溶剂型涂料、粉末涂料、高固体分涂料、无溶剂涂料等。 按固化方式： 挥发干燥型、转化干燥型（自干型、烘烤型等）,2、 涂料的分类,按涂膜光泽度分类： 有光漆、半光漆、无光漆 按涂膜的特殊功能： 绝缘漆、防锈漆、防腐蚀漆等 按照是否有颜料： 清漆和色漆,2、 涂料的分类,二. 涂料的组成,1. 成膜物质 2. 颜料和填料 3. 助剂 4. 溶剂,1.成膜物质基料、漆料,1、成膜物质,天然高分子 油脂、生漆、松香
7、、沥青等 合成高分子合成树脂 醇酸树脂、环氧树脂、氨基树脂、丙烯酸树脂,1、成膜物质,非转化型成膜物质热塑性高分子 成膜过程中组成结构不发生变化 转化型成膜物质热固性高分子 成膜过程中组成结构发生变化,2、颜料、填料,颜（填）料：赋予涂料颜色和遮盖力，提高涂层的机械性能和耐久性；有的能使涂层具有防锈、防污、磁性和导电等功能的物质。 分类： 按成分分：有机颜料、无机颜料 按性能分：着色颜料、体质颜料（填料）和功能性颜料,有机颜料： 偶氮颜料、酞箐颜料等 无机颜料： 钛白、锌白、硫化锌、锌钡白（立德粉）、铬黄、铬绿等,按成分分：,按性能分：,着色颜料： 可赋予涂层美丽的色彩，具有良好的遮盖，可以提
8、高涂层的耐日晒性、耐久性和耐气候变化等性能。 体质颜料（填料）： 提高着色颜料的着色效果和降低成本 如：BaSO4、CaSO4、滑石粉、高岭土 功能性颜料： 防锈、消光、防污等,涂料的性能受颜料性能的影响,涂料的性能： 遮盖力，涂抹附着力，粘度，细度 颜料的性能： 形状，颗粒大小及分布，体积分数，分散效果,3、助剂,助剂对涂料或涂膜的某一特定方面的性能起改进作用。通常用量很少，约10-3(w/w)，但作用很大，不可或缺。 助剂功能： 改进生产工艺、改善施工条件、提高成膜性能 流平剂、流变剂、抗结皮剂、催干剂、消泡剂、消光剂、增光剂、偶联剂、润湿分散剂、乳化剂 赋予特殊功能 防污剂、防霉剂、导电
9、（抗静电）剂,1）流平剂,涂料在涂装后有一个流动及干燥成膜的过程。涂膜能达到平整光滑的特性称为流平性。 流平剂的作用： 降低涂料与底材直接的表面张力，使二者具有良好的润滑 调整黏度、延长流平时间 芳烃、酮类、酯类等高沸点溶剂类 高聚物,2）流变剂、防沉剂,流变性：物质在外力作用下的变形和流动性质。（黏度） 理想的涂料，施工时具有较低的黏度，施工后具有较高的黏度，颜料不易沉降。 常见流变剂：有机黏土、氢化蓖麻油、纤维素醚、聚丙烯酸等,3）消光剂和增光剂,消光剂：使涂膜表面产生一定的粗糙度，降低其表面光泽。 常用消光剂：金属皂（硬脂酸铝、硬脂酸锌）、改性油、蜡、硅藻土、合成二氧化硅 增光剂：降低涂
10、膜的表面粗糙度、提高光泽。 常用增光剂：能提高流平性，或能改善颜料的润湿分散性的物质，如有机胺或非离子表面活性剂。,4）催干剂,加速不饱和油脂类和油基树脂涂料发生氧化聚合固化的催化剂。 油脂的常用催干剂：铁、钴、锰、锌等金属的有机皂 有机酸的常用催干剂：环烷酸、植物油酸、松香等,5）润湿分散剂,作用：颜料在溶剂中的分散。 表面活性剂 分散机理：可吸附在颜料颗粒表面，产生静电斥力和空间位阻，防止颜料絮凝，使分散体系处于稳定状态。,6）偶联剂,偶联剂分子中有两种或两种以上的活性官能团，可以把两种不同类型化学结构及亲和力相差较大的材料在界面间连接起来，起到“桥”一样稳定连接的作用，从而使颜料、填料与
11、成膜物质紧密结合，提高涂膜的附着力等物理机械性能。,4、溶剂,在涂料中起到溶解、稀释或分散成膜物质及颜（填）料的作用，以满足各种油漆施工工艺的要求，其用量在50%(V/V)左右。溶剂（或分散介质）并非成膜物质，它可以帮助施工和成膜。,水 无机化合物 有机化合物：品种最多，多为挥发性物质， 且对环境危害极大,溶剂,4、溶剂,现代涂料中有些品种应用了一些既能溶解或分散成膜物质，又能在成膜过程中与成膜物质发生化学反应，形成新物质而存留在漆膜中的化合物，被称为反应活性剂或活性稀释剂。,溶剂含量： 热塑性涂料：50% 热固性涂料：30%50%,溶剂有的是在涂料制造时加入，有的是在涂料施工时加入。有的涂料
12、所含溶解是单一溶剂，有的是用多个溶剂品种。,涂料的组成,三、涂料的固化机理,涂料被涂于物件表面后形成了可流动的液态薄膜，通称为“湿膜”，涂料由“湿膜”变为“干膜”的过程称之为涂料的固化或干燥。 涂料通常施工(“湿膜”)粘度约在0.051Pas之间 成为具有一定机械性能的“干膜”时粘度至少要达到107Pa.s以上。 涂料固化的实质：固化成膜过程发生的变化也就是流动性或粘度的变化。,成膜固化机理可分为物理成膜和化学成膜 物理成膜 溶剂性涂料：主要是靠溶剂的挥发和分子链缠结成膜。 乳胶涂料：水份挥发和乳胶粒凝聚成膜。 化学成膜 是在室温或高温下通过化学交联反应形成三维网状结构成膜 交联反应-通过树脂
13、中不饱和基团的自动氧化或是基团之间进行缩聚完成的。,从成膜机理角度看，溶剂型涂料与乳胶涂料的本质区别在于： 溶剂型涂料的成膜是随着有机溶剂的挥发高聚物分子链相互缠结而成膜； 乳胶涂料则是随着分散介质（主要是水和共溶剂）挥发的同时产生高聚物粒子的接近、接触、挤压变形而聚集起来，最后由粒子状态的聚集变成为分子状态的凝聚而形成连续的涂膜。,物理成膜 溶剂型、乳胶,乳胶是在表面活性剂存在下聚合物粒子在水中的分散体系。是通过乳液聚合制备的。 乳胶漆成膜-是随着分散介质(主要是水和共溶剂)挥发的同时产生聚合物粒子的接近、接触、挤压变形而聚集起来，最后由粒子状态的聚集变成为分子状态的凝聚而形成连续的涂膜。,
14、乳胶涂料的固化,乳胶涂料的固化机制,1）连锁聚合反应成膜自由基加成聚合 氧化聚合 引发剂引发聚合 能量引发聚合 2）逐步聚合反应成膜缩聚反应成膜 氢转移聚合反应 外加交联剂固化剂,化学成膜,反应型涂料的贮存,将相互能发生反应的组分分罐包装，使用时现用现配 用溶剂将组分充分稀释，但这种涂料贮存期不长 选用在常温下不发生反应，只在高温下或受辐射时才发生反应的组分,反应型涂料的成膜物质一般是黏性的、分子量较小的聚合物或简单化合物。,固态涂料（粉末）,固态涂料多为粉末状，但施工被粘附在被涂物件表面后还不能形成连续的薄膜，它也要发生形态的变化即从分散的粒子凝聚为连续涂膜才能实现成膜过程。（热熔、分子链缠
15、结） 不论液态涂料和固态涂料，成膜过程都是由涂料本身组成结构、成膜的条件(温度，湿度，涂膜厚度等)和被涂物件的材质特性所决定的。,四.涂料的命名,全名=颜料或颜色名称+成膜物质名称（用途或特性）+基本名称 例：锌黄酚醛防锈漆，醇酸导电磁漆， 白硝基外用瓷漆,五.涂料的发展趋势,（1）涂料向高固体份、水性和粉末等省能型涂料转变。 （2）涂装工程的合理化，紫外光固化、电子束固化和低温快速固化的推广。 （3）涂料制造技术的改进，如能量和原材料消耗的降低、溶剂和涂料的回收等。 （4）涂装作业环境的改善、污染的减少等。 （5）从摆脱对石油化工原料的依赖出发，开发无机涂料。,涂料的基料,1、天然油脂类涂料
16、 干性油 如桐油、梓油、亚麻油、大麻油 主要成分：甘油的三脂肪酸脂， 其结构表示为： CH 2OCOR1 CH 2OCOR2 CH 2OCOR3 R1, R2, R3是脂肪酸,含有不饱和脂肪酸的植物油 含有双键，可在空气中氧的作用下进行聚合和交联反应,天然高分子和合成高分子,脂肪酸大多是18碳酸，其通式C17H35-xCOOH 主要的脂肪酸有： 硬脂酸 CH3(CH2)l6COOH 油酸 CH3(CH2)7CHCH(CH 2)7COOH 亚油酸 CH3(CH2)4CHCHCH2CH=CH (CH 2)7COOH 亚麻酸 CH 3CH2CH=CHCH2CH CHCH 2CH=CH(CH2)7COOH,干性油的特点:是可在空气中氧化而成膜，主要是由两个双键之间的亚甲基决定 CH3(CH2)4CHCHCH2CH=CH(CH 2)7COOH 由存在于油中过氧化物开始 游离基结合并引起分子间的结合，交联,空气干燥过程需要几天，可以加入钴盐或锰盐作为催干
