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1、精细化学品化学 第四章涂料 第一节涂料概述 一 定义 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类精细化工产品 各种高分子合成树脂广泛用作涂料的原料 真石漆 二 涂料的组成 1 成膜物质 基料或漆料 包括油脂和树脂 是使涂料牢固附着于被涂物体表面形成连续薄膜的主要物质 决定涂料基本特征 2 颜料 着色和改善涂膜性能 增强涂膜保护 装饰和防锈作用 具有良好的遮盖力 着色力 分散度 色彩鲜明 对光 热稳定 3 填料 提高漆膜强度 体积和厚度 降低成本 主要无色或白色固体颗粒 如滑石粉 云母等 4 有机溶剂或水 分散
2、介质5 助剂 如催干剂 增塑剂 固化剂 防老化剂 防霉剂 抗静电剂 阻燃剂 流平剂 防沉剂 分散剂 等等 涂料的组成 保护作用 金属木材等的防腐 三 涂料主要作用 保护作用装饰作用 2 涂料作用 多彩涂料 保护作用装饰作用色彩标志作用 2 涂料作用 马路标志漆 保护作用装饰作用色彩标志作用特殊功能作用 2 涂料作用 发光涂料 四 涂料使用的基本原理 1 涂料的粘结力和内聚力一般来说 只有低内聚力的物质具有低度薄膜完整性才能作为涂料 而那些低极性 高内聚力的物质 如聚乙烯 具有很好的力学性质 但粘结力很差 不能粘附在基质上 且难溶解 不能作为涂料 作为涂料的另一个条件 聚合物具有尽量小的收缩性
3、当溶剂蒸发 固化 时 高分子薄膜必然收缩 收缩引起了张力变化 破坏了粘合 造成薄膜从基质上剥离 对于不饱和聚酯或环氧树脂涂料使用时发生聚合反应 由于其粘合力很强 薄膜内聚力较小 其收缩性较小 达到收缩平衡 颜料和其他填充剂特别是无机化合物也有相同作用 2 涂膜的固化机理 涂膜的固化机理有三种类型 物理固化 依靠涂料中液体 溶剂或分散相 蒸发而得到干硬涂膜层的干燥过程 聚合物在制成涂料时已经具有较大的相对分子质量 失去溶剂后就变硬而不粘 在干燥过程中 聚合物不发生化学反应 涂料与空气发生反应交联固化 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聚合反
4、应 这两种反应都能得到交联的涂膜 涂料组分之间发生反应的交联固化 涂料在贮存期间必须保持稳定 可以用双罐装涂料法或是选用在常温下互不发生反应 只是在高温下或受辐射时才发身反映的组分 三 涂料的分类与命名 1 分类按照是否有颜料 清漆和色漆按照形态 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 按用途 建筑涂料 汽车漆 飞机漆 木器漆等 按固化方式 常温固化涂料 高温固化涂料 射线固化涂料涂漆方式 喷漆 浸漆 烘漆 电泳漆等按施工工序 底漆 腻子 二道漆 面漆 光漆按涂膜的特殊功能 绝缘漆 防锈漆 防腐蚀漆等 2 命名原则 全名 颜料或颜色名称 成膜物质名称 基本名称例 锌黄酚醛防
5、锈漆 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 醇酸导电磁漆 白硝基外用瓷漆 涂料型号分为三个部分 第一部分是成膜物质用汉语拼音字母表示 第二部分是基本名称 用两位数字表示 第三部分是序号 表示同类品种间的组成 配比或用途的不同 3 编号原则 常见涂料品种的应用范围 第二节醇酸树脂涂料 醇酸漆主要是由醇酸树脂组成 是目前国内产量最大的一类涂料 优点 具有价格便宜 施工简单 对施工环境要求不高 涂膜丰满坚硬 耐久性和耐候性较好 装饰性和保护性都比较好等优点 缺点 是干燥较慢 涂膜不易达到较高的要求 不适于高装饰性的场合 用途 醇酸漆主要用于一般木器 家具及家庭装修的涂装 一般金
6、属装饰涂装 要求不高的金属防腐涂装 一般农机 汽车 仪器仪表 工业设备的涂装等方面 多元酸有苯酐 间苯二甲酸 对苯二甲酸和顺酐 单元酸有植物油脂脂肪酸 蓖麻油 松香油等 合成脂肪酸或芳香酸 一 醇酸树脂的基本结构及合成方法 主链是强极性的 侧链是非极性的 二 油度及其影响 醇酸树脂侧链占非极性成分所占整个醇酸树脂的百分含量 其大小以表示醇酸树脂的极性 溶解度 硬度 耐水性 耐久性 光泽和平流性等性能的影响 油度与树脂极性和溶解度关系 随着油度增加 树脂的极性减小 在非极性溶剂 脂肪烃 的溶解性增大 反之 油度较小时 在极性溶剂中的溶解度增加 甲苯 或丙酮 三 醇酸树脂涂料生产工艺 四 水性醇酸
7、树脂涂料 三类 水溶型 乳胶型 水分散型 特点 无毒 无味 不燃烧 成本低 绿色环保 有机硅改性水性醇酸树脂 以 键为主链 硅原子链着的有机基团的高聚物 优点 涂刷性好 室温固化 物理耐热 耐机械性能优异 紫外线 抗老化 耐水性好 丙烯酸树脂改性的水性醇酸树脂氨基树脂改性的水性醇酸树脂 第三节丙烯酸乳胶漆 丙烯酸乳胶漆一般由丙烯酸类乳液 颜填料 水 助剂组成 具有耐候性优良 性能可调整性好 无有机溶剂释放等优点 是近来发展十分迅速的一类涂料产品 主要用于建筑物的内外墙涂装 塑料 木材 织物 纸张和皮革涂装等 近来又出现了木器用乳胶漆 自交联型乳胶漆等新品种 丙烯酸乳胶漆根据乳液的不同可分为纯丙
8、 苯丙 硅丙 醋丙等品种 一 甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚反应式 聚合反应中引发剂是关键 选择引发剂原则 常用引发剂主要如下 二 丙烯酸树脂涂料种类 特点 典型配方和用途 1 热塑性丙烯酸树脂特点 可溶或可熔 在使用过程中不再交联 溶剂挥发后就形成平滑光洁的膜 其性质决定于单体 单体配比和相对分子质量 5000 12000 及其分布 优点 白色透明 极好的耐水性 耐紫外线 用途 汽车面漆 外墙涂料的耐光装饰漆 配方之一 2 热固性丙烯酸树脂 特点 热固性丙烯酸树脂溶液的溶剂挥发后 通过加热 烘烤 或与其他官能团反应后形成网状结构的固化膜 树脂分子链上必须含有羧基 羟基 环氧基 氨基 酰胺基等官能
9、团 优点 由于未固化时树脂相对分子质量较低 溶解度好 与其他树脂混溶性好 对环境污染小 耐化学性 户外耐候性 保光保色性好 用途 与氨基树脂制成氨基 丙烯酸烤漆 主要用于汽车 摩托车 自行车钢卷等产品面漆 第四节聚氨酯树脂漆 聚氨酯分子链中含有大量氨基甲酸酯键 主要以异氰酸酯或其反应物为原料的涂料 由于分子间很容易形成氢键 因此具有各种优良性能 用途 飞机 塑料 皮革 纸张 织物 木器 汽车 防腐 地板 地坪 电器 机械 特种设备等涂装 一 异氰酸酯的化学反应 聚氨酯涂料分为双组分和单组分聚氨酯涂料 1 双组分聚氨酯涂料 一般是由异氰酸酯预聚物 低分子量聚合物 和含羟基树脂两部分组成 通常称为
10、固化剂组分和主剂组分 将二组分涂膜后在湿气中交联固化 品种多 应用范围也很广 根据含羟基组分的不同可分为丙烯酸聚氨酯 醇酸聚氨酯 聚酯聚氨酯 聚醚聚氨酯 环氧聚氨酯等品种 特点 具有良好的机械性能 较高的固体含量 各方面的性能都比较好 是目前很有发展前途的一类涂料品种 二 聚氨酯涂料制备方法 缺点 是施工工序复杂 对施工环境要求很高 漆膜容易产生弊病 2 单组分聚氨酯涂料 包括多羟基组分和多异氰酸酯组分 使用前将两组份混合 羟基与异氰酸根反应而交联成膜多羟基化合物主要有聚醚 聚酯 环氧树脂和多羟基醇类多异氰酸酯单体主要有芳香族异氰酸酯 脂肪族异氰酸酯和多功能异氰酸酯 不同多异氰酸酯涂料性能差异
11、 芳香族异氰酸酯综合性能好 量大 但遇太阳易变黄 适于室内深色漆 脂肪族异氰酸酯的耐候性好 用于户外高档装饰涂料 多功能异氰酸酯具有优异的理化性能 分子结构 德国BASF羟基丙烯酸乳液 S937 和水性HDI型固化剂为基料的涂料配方 细度 第五节环氧树脂漆 环氧树脂漆 近年迅速发展的一类工业涂料 它是以环氧树脂 环氧酯树脂和环氧醇树脂为基料的涂料 环氧树脂漆的主要品种是双组分涂料 由环氧树脂和固化剂组成 可制成无溶剂或高固体粉涂料 主要优点 耐化学性强 耐腐蚀 稳定性好 对水泥 金属等无机材料的黏附力很强 机械性能优良 耐磨 耐冲击 还耐有机溶剂 耐热 耐水 涂膜无毒 主要用途 金属防腐 化学
12、防腐 汽车底漆 防腐蚀涂料 舰船涂料 电气绝缘涂料 家具装饰涂料 食品包装内涂料 水泥和地坪涂装以及特种涂料等 缺点 耐候性不好 日光照射久了有可能出现粉化现象 只能用于底漆或内用漆 装饰性较差 光泽不易保持 对施工环境要求较高 低温下涂膜固化缓慢 效果不好 许多品种需要高温固化 涂装设备的投入较大 一 环氧树脂的合成 环氧树脂的分子链上含有醚键和仲醇基 环氧 由环氧氯丙烷和多元醇缩聚而成 二 环氧树脂的固化 将带有活性基团的环氧树脂低聚物经过固化交联 形成线型大分子网状结构 固化剂有多种 交联方法如下 1 与胺类固化剂交联 常用固化剂有乙二胺 氨基乙醇胺等2 与酸酐和羧酸固化剂交联 固化剂是
13、二元酸和酸酐 3 与其它树脂交联 第六节其它的涂料 一 硝基树脂漆目前比较常见的木器及装修用涂料 优点是装饰作用较好 施工简便 干燥迅速 对涂装环境的要求不高 具有较好的硬度和亮度 不易出现漆膜弊病 修补容易 缺点是固含量较低 需要较多的施工道数才能达到较好的效果 耐久性不太好 尤其是内用硝基漆 其保光保色性不好 使用时间稍长就容易出现诸如失光 开裂 变色等弊病 漆膜保护作用不好 不耐有机溶剂 不耐热 不耐腐蚀 硝基树脂漆的主要成膜物是以硝化棉为主 配合醇酸树脂 改性松香树脂 丙烯酸树脂 氨基树脂等软硬树脂共同组成 一般还需要添加邻苯二甲酸二丁酯 二辛酯 氧化蓖麻油等增塑剂 溶剂主要有酯类 酮
14、类 醇醚类等真溶剂 醇类等助溶剂 以及苯类等稀释剂 硝基漆主要用于木器及家具的涂装 家庭装修 一般装饰涂装 金属涂装 一般水泥涂装等方面 二 氨基树脂漆 氨基漆的主要由两部分组成 其一是氨基树脂组分 主要有丁醚化三聚氰氨甲醛树脂 甲醚化三聚氰氨甲醛树脂 丁醚化脲醛树脂等树脂 其二是羟基树脂部分 主要有中短油度醇酸树脂 含羟丙烯酸树脂 环氧树脂等树脂 氨基漆除了用于木器涂料的脲醛树脂漆 俗称酸固化漆 外 主要品种都需要加热固化 一般固化温度都在100 以上 固化时间都在20分钟以上 固化后的漆膜性能极佳 漆膜坚硬丰满 光亮艳丽 牢固耐久 具有很好的装饰作用及保护作用 缺点是对涂装设备的要求较高
15、能耗高 不适合于小型生产 氨基漆主要用于汽车面漆 家具涂装 家用电器涂装 各种金属表面涂装 仪器仪表及工业设备的涂装 三 不饱和聚酯漆 不饱和聚酯漆也是近来发展较快的一类涂料 分为气干性不饱和聚酯和辐射固化 光固化 不饱和聚酯两大类 主要优点是可以制成无溶剂涂料 一次涂刷可以得到较厚的漆膜 对涂装温度的要求不高 而且漆膜装饰作用良好 漆膜坚韧耐磨 易于保养 缺点是固化时漆膜收缩率较大 对基材的附着力容易出现问题 气干性不饱和聚酯一般需要抛光处理 手续较为烦琐 辐射固化不饱和聚酯对涂装设备的要求较高 不适合于小型生产 不饱和聚酯漆主要用于家具 木制地板 金属防腐等方面 乙烯基漆包括氯醋共聚树脂漆
16、 聚乙烯醇缩丁醛漆 偏氯乙烯 过氯乙烯 氯磺化聚乙烯漆等品种 乙烯基漆的主要优点是耐候 耐化学腐蚀 耐水 绝缘 防霉 柔韧性佳 其缺点主要表现在耐热性一般 不易制成高固体涂料 机械性能一般 装饰性能差等方面 乙烯基漆主要用于工业防腐涂料 电绝缘涂料 磷化底漆 金属涂料 外用涂料等方面 四 乙烯基树脂漆 五 酚醛树脂漆 酚醛树脂是酚与醛在催化剂存在下缩合生成的产品 涂料工业中主要使用油溶酚醛树脂制漆 酚醛漆的优点是干燥快 漆膜光亮坚硬 耐水性及耐化学腐蚀性好 缺点是容易变黄 不宜制成浅色漆 耐候性不好 酚醛漆主要用于防腐涂料 绝缘涂料 一般金属涂料 一般装饰性涂料等方面 氨基高档烤漆 组成 该漆由醇酸树脂 氨基树脂 颜料及有机溶剂组成 性能 该系列产品具有干燥速度快 漆膜平整光亮 色彩鲜艳 硬度高具有优良的装饰和保护性能 用途 广泛应用于各种轻工产品 交通车辆 机械电器 五金工具 等金属表面的涂饰 应用实例 汽车喷漆 汽车喷漆效果 喷漆生产线 空调机表面喷涂生产线 粉末涂料 环氧树脂 聚酯树脂混合型 家用电器 厨房用具 铁质家具 各种办公设备 隔板等室内装饰材料的表面涂装 聚酯树脂 TG
