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1、典型涂料的生产技术典型涂料的生产技术 第三章典型涂料的生产技术典型涂料的生产技术 第一节 醇酸树脂涂料 第二节 丙烯酸树脂涂料 第三节 环氧树脂涂料 第四节 聚氨酯涂料 第五节 乙烯类树脂涂料简介 第六节 氨基树脂涂料 第七节 聚酯树脂涂料 第八节 元素有机化合物涂料第一节 醇酸树脂涂料自从1927年发明醇酸树脂以来,涂料工业发生了一 个新的突破,涂料工业开始摆脱了以干性油与天然树脂 并合熬炼制漆的传统旧法而真正成为化学工业的一个部 门。它所用的原料简单,生产工艺简便,性能优良,因 此得到了飞快发展。用醇酸树脂制成的涂料,有以下特点:(1) 漆膜干燥后形成高度网状结构,不易老化,耐 候性好,光
2、泽恃久不退。(2) 漆膜柔韧坚牢,耐磨擦。(3) 抗矿物油、抗醇类溶剂性良好。烘烤后的漆膜 耐水性、绝缘性、耐油性都大大提高。第一节 醇酸树脂涂料醇酸树脂涂料也有一些缺点:(1) 干结成膜快,但完成干燥的时间长。(2) 耐水性差,不耐碱。 (3) 醇酸树脂涂料虽不是油漆,但基本上还未脱离脂肪酸衍生物的范围,对防湿热、防霉菌和盐雾等性能上还不能完全得到保证。因此,在品种选择时都应加以考虑。第一节 醇酸树脂涂料一、 醇酸树脂的原料醇酸树脂是由多元醇,多元酸和其它单元酸通过酯化 作用缩聚而得。其中多元醇常用的是甘油、季戊四醇,其 次为三羟甲基丙烷、山梨醇、木糖醇等。多元酸常用邻苯 二甲酸酐,其次为间
3、苯二甲酸、对苯二甲酸、顺丁烯二酸 酐、癸二酸等。单元酸常用植物油脂肪酸、合成脂肪酸、 松香酸,其中以油的形式存在的如桐油、亚麻仁油、梓油 、脱水蓖麻油等干性油,豆油等半干性油和椰子油、蓖麻 油等不干性油。以酸的形式存在的如上述油类 水解而 得到混合脂肪酸和合成脂肪酸、十一烯酸、苯甲酸及其衍 生物等。第一节 醇酸树脂涂料生产醇酸树脂最常用的多元醇是甘油,其官能度是3 ,最常用的多元酸是苯酐,其官能度是2 ,当苯酐和甘 油反应以等当量之比反应时,反应式如下: 第一节 醇酸树脂涂料初步得到的酯官能度为4,如两个这样的分子反应,分 子间产生交联,形成体型结构的树脂。该树脂加热不熔化, 也不溶于溶剂,称
4、之为热固型树脂,在涂料方面没有使用价 值。后来采用了以脂肪酸来改性聚酯,这一步骤极为重要, 不但改进了聚酯的性能,而且成了涂料的主要基料。主要的改性方法是引进一官能度的脂肪酸来降低总官能 度。如等分子比的甘油、苯酐和脂肪酸三个成分反应,则可 视为在适当的情况下,脂肪酸与甘油先反应生成二官能度的 产物,之后苯酐再与之反应,则官能度之比为22,易生成 链状结构而不胶化,形成热塑型树脂。该树脂加热可以熔化 ,也可溶于溶剂,能作涂料使用。第一节 醇酸树脂涂料二、 醇酸树脂的分类1按油品种不同分类通常根据油的干燥性质,分为干性油、半干性油和不干性 油三类。干性油主要是碘值在140以上,油分子中平均双键数
5、在 6 个以上,它在空气中能逐渐干燥成膜。半干性油主要是碘值 在100140之间,油分子中平均双键数在46个,它经过较长 时间能形成粘性的膜。不干性油主要是碘值在100以下,油分子 中平均双键数在4 个以下,它不能成膜。油的干性除了与双键 的数目有关外,还与双键的位置有关。处于共轭位置的油,如 桐油,有更强的干性。工业上常用碘值,即100g油所能吸收的 碘的克数,来测定油类的不饱和度,并以此来区分油类的干燥 性能。干性油的碘值在140以上,常用的有桐油、梓油、亚麻油 等。半干性油的碘值在100140之间,常用的有豆油、葵花籽 油、棉籽油等。不干性油的碘值在100以下,有蓖麻油、椰子油 、米糠油
6、等。第一节 醇酸树脂涂料(1) 干性油醇酸树脂 由不饱和脂肪酸或干性油、半 干性油为主改性制得的树脂能溶于脂肪烃、萜烯烃(松节 油)或芳烃溶剂中,干燥快、硬度大而且光泽较强。但易 变色。桐油反应太快,漆膜易起皱。可与其它油类混用以 提高干燥速率和硬度。蓖麻油比较特殊,它本身是不干性 油,含有约85的蓖麻油酸,在高温及催化剂存在下,脱 去一分子水而增加一个双键,其中约20%30为共轭双 键。因此脱水蓖麻油就成了干性油。由它改性的醇酸树脂 的共轭双键比例较大,耐水和耐候性都较好,烘烤和曝晒 不变色,常与氨基树脂拼合制烘漆。第一节 醇酸树脂涂料(2) 不干性油醇酸树脂 由饱和脂肪酸或不干性油为主来改
7、性制得的醇酸树脂,不能在室温下固化成膜,需与其它树脂经加热发生交联反应才能固化成膜。其主要用途是与氨基树脂拼用,制成各种氨基醇酸漆,具有良好的保光、保色性,用于电冰箱、汽车、自行车、机械电器设备,性能优异;其次可在硝基漆和过氯乙烯漆中作增韧剂以提高附着力与耐候性。醇酸树脂加于硝基漆中,还可起到增加光泽,使漆膜饱满,防止漆膜收缩等作用。2按油含量不同分类树脂中油含量用油度来表示。油度的定义是树脂中应用油的重量和最后醇酸树脂的理论重量的比。第一节 醇酸树脂涂料(1) 短油度醇酸树脂 树脂的油度在35%45% 。可由 豆油、松浆油酸、脱水蓖麻油和亚麻油等干性半干性油制成 ,漆膜凝结快,自干能力一般,
8、弹性中等,光泽及保光性好 。烘干干燥快,可用作烘漆。烘干后,短油度醇酸树脂比长 油度的硬度、光泽、保色、抗摩擦性能都好,用于汽车、玩 具、机器部件等方面作面漆。(2) 中油度醇酸树脂 树脂的油度在46%60%之间。主 要以亚麻油、豆油制得,是醇酸树脂中最主要的品种。这种 涂料可以刷涂或喷涂。中油度漆干燥很快,有极好的光泽、 耐候性、弹性,漆膜凝固和干硬都快,可自已烘干,也可加 入氨基树脂烘干。中油度醇酸树脂用于制自干或烘干磁漆、 底漆、金属装饰漆、车辆用漆等。第一节 醇酸树脂涂料(3) 长油度醇酸树脂 树脂的油度为60%70。它有较好的 干燥性能,漆膜富有弹性,有良好的光泽,保光性和耐候性好
9、,但在硬度、韧性和抗磨擦性方面不如中油度醇酸树脂。另外 ,这种漆有良好的刷涂性,可用于制造钢铁结构涂料、户室内 外建筑涂料。因为它能与某些油基漆混合,因而用来增强油基 树脂涂料,也可用来增强乳胶漆。(4) 超长度油度醇酸树脂 树脂的油度在70以上。其干燥 速度慢、易刷涂。一般用于油墨及调色基料。总之,对于不同油度的醇酸树脂,一般说来,油度越高, 涂膜表现出的特性越多,比较柔韧耐久,漆膜富有弹性。适用 于室外用涂料。油度越短,涂膜表现出的特性少,比较硬而脆 ,光泽、保色、抗磨性能好,易打磨,但不耐久,适用于室内 涂料。第一节 醇酸树脂涂料(5) 油度的计算油度%=油用量(或邻苯二甲酸酐)/树脂理
10、论产量100例3-1已知一醇酸树脂涂料的配方:(单位:克)亚麻仁油 100 氧化铅 0.015甘油(98%) 43 二甲苯 200苯酐(99.5%) 74.5 求:油度第一节 醇酸树脂涂料解 在反应过程中,苯酐损耗2,亚麻油和甘油损耗 不计,甘油超量加入,3mol苯酐视为全部反应而生成3mol 水。所以酯化出来的水量为苯酐量的54444=12%实际反应的苯酐量为:(74.574.52%)99.5%=73g实际反应的甘油量为:439842g酯化失去的水量为:73129g所以生成醇酸树脂的重量为:10073429206g树脂含油量(油度)为:100/20610049第一节 醇酸树脂涂料三、 醇酸树
11、脂配方的计算在生产醇酸树脂的时候,需要一个恰当的配方,以期能达 到所要求的酯化程度和酸值。所以在制订配方时要注意:多元 醇、多元酸、脂肪酸之间的比例、要求的酸值、制造方法等。 可用分子比作基础来考虑这些问题,但油漆的传统概念总是以 油度来考虑,把醇酸树脂分为短、中、长油度三类。所以要结 合二者来计算。在脂肪酸(C18)苯酐甘油(分子比)=111时,其平 均官能度为2,这个树脂理论上能脂化完全,它的油度约为60 。油度高于此树脂时,其平均官能度将小于2 ,可以酯化完全 。油度小于此树脂时,其平均官能度将大于2,会导致早期胶化 ,所以需采用多元醇过量的办法以降低平均官能度。表3-1是不 同油度的干
12、性油醇酸树脂多元醇的参考过量数。这里多元醇的 过量是相对于苯酐而言,我们用r表示。第一节 醇酸树脂涂料应用表3-1数值,结合油度计算公式可计算出各组分的量,再通过K值分析(注意制造方法),然后进行试验,找出酸值与黏度关系,再修订配方。胶化过早,可增加多元醇的用量;酸值小,黏度很低则减少多元醇的用量。再经过试验,再进行修订,反复几次,可得到一个工艺可行的较好的生产配方。第一节 醇酸树脂涂料油 度 /与 苯 酐 酯 化 过 量 羟 基 数甘 油季 戊 四 醇65056265010606201855605255055103040501835304025表3-1 不同油度醇酸树脂参考羟基过量数第一节
13、醇酸树脂涂料计算一个豆油醇酸树脂的配方,它由对苯二甲酸酐、工 业季戊四醇及豆油制成,油度为62.5%。苯酐摩尔质量74( 基本单元为1/2C8H4O3)。工业季戊四醇摩尔质量为35.4(基 本单元为1/4C5H12O4)。解:查多元醇的过量为10(据表3-1)油用量=油度235.4274过量多元醇数/100 18/(100油度) =62.5235.4274+235.410100 18(10062.5)=346.5则醇酸树脂的配方为:(单位:g)豆油 346.5季戊四醇 77.9(70.8+7.1)苯酐 148.0r=2.20021.10K=m0/eA =3.1273.183=0.981 第一节
14、 醇酸树脂涂料配方解析成 分加料量 /KgeAeBm0树脂成分/%豆 油346.51.1831.18362.5甘油 (油 内)1.1830.394季戊四醇(工业品)77.92.2000.55014.05苯 酐148.02.0001.00026.75总 计572.43.1833.3833.127103.30理论出水量18.03.3醇酸树脂的得量554.4100.0第一节 醇酸树脂涂料表中eA表示酸的物质的量;eB表示醇的物质的量;m0表示分 子总数 我们也可以通过K值计算多元醇的过量数将醇酸树脂的配方 计算出来。设 eA1表示油的油的总官能团数;eA2表示苯酐的总官能团数;r表示多元醇量对苯酐量
15、的过量比值x表示多元醇的官能度KeA1+eA2 /2+eA1/3+reA2 / x /(eA1+eA2)r=K(eA1+eA2)eA1eA2 /2eA1 /3x /eA2如每次配方苯酐用量都是2摩尔为基础则eA2为2。则:r=eA1(K4/3)+2K1x /2 (3-1)第一节 醇酸树脂涂料如多元醇为甘油,K1,x=3则 r=3/2eA1 /2 (3-2) 如多元醇为季戊四醇,K1,x4r=22eA1/3 (3-3)拟定一个55油度亚麻油醇酸树脂的配方。K值为1, 多元醇用甘油。解 按式(3-2)r3/2eA1/2油度/100=293eA1/130+293eA1+r2310.55=293eA1/130+293eA1+(3/2 eA1/2)231eA1=0.824醇酸树脂配方为:亚麻油 0.824293=241.40甘油 (30.824)31=67.50苯酐 274=148.00 第一节 醇酸树