涂料化学与工艺学

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1、涂料化学与工艺学第一章 导 论 第二章 聚合反应原理第一章 导 论第一节 概 述涂料是一种保护、装饰物体表面的涂装材料。具体讲，涂料是 涂布于物体表面后，经干燥可以形成一层薄膜，赋予物体以保护、 美化或其它功能的材料。从组成上看，涂料一般包含四大组分：成膜物质、分散介质、 颜（填）料和各类涂料助剂。成膜物质：是涂料中的主要成膜物质，为高分子化合物，亦称涂 料树脂，可分为天然高分子和合成高分子两大类。分散介质：在涂料中起到溶解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。不同品种的合成树脂或油漆

2、，其溶剂不同。溶剂的溶解力及挥发率等因素对成漆在生产、贮存、施工及漆膜光泽、附着力、表面状态等多方面性能都有极大影响。涂料中的溶剂是一种挥发组分，对环境造成极大污染，也是对资源的很大浪费，所以，现代涂料行业正在努力减少溶剂的使用量，开发出了高固体份涂料、水性涂料、无溶剂涂料等环保型涂料。溶剂的品种类别很多，按其化学成分和来源可分为下列几大类：萜烯溶剂、石油溶剂、煤焦溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂、醇类溶剂，以及其他溶剂。 （1）萜烯溶剂：绝大部分来自松树分泌物，常用的有松节油。（2）石油溶剂；这类溶剂属于烃类，是从石油中分馏而得，常用的有溶剂油、松香水。松香水是油漆中普遍采用的溶剂，毒性较小。（3）

3、煤焦溶剂：这类溶剂也属于烃类，但由煤干馏而得，常用的有苯、甲苯、二甲苯等。 苯的溶解能力很强，但毒性大，挥发快，一般不用；甲苯的溶解能力与苯相似，主要作为醇酸漆溶剂，也可以作环氧树脂、喷漆等的稀释剂用；二甲苯的溶解性略低于甲苯，挥发比甲苯慢，毒性较小。近年来，重芳烃（三甲基苯）类溶剂得到了广泛应用。（4）酯类溶剂：是低碳的有机酸和醇的酯化物，常用的有醋酸丁酯、乙酸乙酯、醋酸乙酯、醋酸戊酯等。酯类溶剂毒性小，一般用在民用漆中 。（5）酮类溶剂：是一类有机溶剂，主要用来溶解硝酸纤维，常用的有丙酮、甲乙酮、甲异丙酮、环已酮、异佛尔酮等。（6）醇类溶剂：是一类有机溶剂，能与水混合，常用的有乙醇、异丙醇

4、、丁醇等。醇类溶剂对涂料的溶解力差，仅能溶解虫胶或聚乙烯醇缩 丁醛树脂，与酯类、酮类溶剂配合使用时，可增加其溶解力，因此称它 们为硝基漆的助溶剂。乙醇不能溶解一般树脂，而能溶解硝基纤维、虫 胶等。 （7）其他溶剂：常用的有含氯溶剂、硝化烷烃溶剂、醚醇类溶剂等。含氯溶剂溶解力很强，但毒性较大，只是在某些特种漆和脱漆剂中使用 ；醚醇类溶剂是一种新兴的溶剂，有乙醚乙二醇、甲醚乙二醇及其酯类 等。近年来，水性涂料发展很快，除极少量水溶性体系外，绝大部分属 于水分散体系，水起到分散介质的作用。颜填料：是涂料中的次要成膜物质，但它不能离开主要成膜物质（涂料树脂）而单独构成涂膜。颜料是一种不溶于成膜物质的有

5、色矿 物质或有机物质。按来源颜料可分为有机颜料和无机颜料，无机颜料又可分为天然无机颜料和人造无机颜料。按用途可分为三种：体质颜料（也称为填料）、着色颜料、防锈颜料。体质颜料：主要用来增加涂层厚度，提高耐磨性和机械强度。着色颜料：可赋予涂层美丽的色彩，具有良好的遮盖性，可以提高涂层的耐日晒性、耐久性和耐气候变化等性能。防锈颜料：这种颜料可使涂层具有良好的防锈能力，延长寿命，它是防锈底漆的主要原料。助剂：在涂料中的用量很少，约10-3(w/w),但作用很大，不可或缺。现代涂料助剂主要有四大类：（1）对涂料生产过程发生作用的助剂，如消泡剂、润湿剂、分散剂、乳化剂等；（2）对涂料储存过程发生作用的助剂

6、，如防沉剂、稳定剂，防结皮剂等；（3）对涂料施工过程起作用的助剂，如流平剂、消泡剂、催干剂、防流挂剂等；（4）对涂膜性能产生作用的助剂，如增塑剂、消光剂、阻燃剂、防霉剂等。第二节 涂料的作用涂料的作用一般包括三个方面：（1）保护作用。涂料可以在物体表面形成一层保护膜，保护各种制品免受大气、雨水及各种化学介质的侵蚀，延长其使用寿命，减少损失 。（2）装饰作用。由颜（填）料及成膜物质提供，其它组分协助。当然，颜料除了使涂膜呈现鲜艳多彩的颜色外，还具有其它作用，如提供 一定的机械强度、化学稳定性以强化保护作用；成膜物质使涂饰物表面 光泽发生变化，丰满度提高，提高质感，提高了装饰效果。（3）其它作用。

7、保护和装饰性是涂料的基本功能，此外涂膜还可以提供防静电、导电、绝缘、耐高温、隔热、阻燃、防霉、杀菌、防海洋 生物附着、热至变色、光至变色等作用。第三节 涂料的分类与命名涂料的分类方法很多： （1）按照涂料形态分：粉末涂料、液体涂料；（2）按成膜机理分：热塑性涂料、热固性涂料；（3）按施工方法分：刷涂涂料、辊涂涂料、喷涂涂料、浸涂涂料、淋 涂涂料、电泳涂涂料； （4）按干燥方式分：常温干燥涂料、烘干涂料、湿气固化涂料、光固 化涂料、电子束固化涂料；（5）按涂布层次分：腻子、底漆、中涂漆、面漆；（6）按涂膜外观分：清漆、色漆；平光漆、亚光漆、高光漆；（7）按使用对象分：金属漆、木器漆、水泥漆；以及

8、汽车漆、船舶漆 、集装箱漆、飞机漆、家电漆；（8）按性能分：防腐漆、绝缘漆、导电漆、耐热漆、防火漆；（9）按成膜物质分：醇酸树脂漆、环氧树脂漆、氯化橡胶漆、丙烯酸 树脂漆、聚氨酯漆、乙烯基树脂漆等。（10）按分散介质不同分：溶剂型涂料、水性涂料（水溶型涂料、水分 散型涂料和水乳型涂料）。按成膜物质种类，涂料可以进行如下分类。序号代号（汉语拼音 ）涂料类别主要成膜物质1Y油性漆类天然动植物油，鱼油，合成油2T天然树脂漆类松香及其衍生物、虫胶、酪素、动物胶，大漆及其衍生物3F酚醛树脂漆类酚醛树脂、改性酚醛树脂、二甲苯树脂4L沥青漆类天然沥青、石油沥青、煤焦沥青、硬脂酸沥青5C醇酸树脂漆类甘油醇酸树

9、脂、季戊四醇醇酸树脂、其它改性醇酸树脂6A氨基树脂漆类脲醛树 脂、三聚氰胺甲醛树脂7Q硝基漆类硝基纤维素、改性硝基纤维素8M纤维素漆类乙基纤维、苄基纤维，羟甲基纤维，醋酸纤维，醋酸丁酸纤维等9G过氯乙烯漆类过氯乙烯树脂、改性过氯乙烯树脂10X乙烯漆类氯乙烯共聚物，聚醋酸乙烯及其共聚物，聚乙烯醇缩醛，氟树脂11B丙烯酸漆类丙烯酸酯共聚物及其改性树脂12Z聚酯漆类饱和聚酯及不饱和聚酯13H环氧树脂漆类环氧树脂及改性环氧树脂14S聚氨酯漆类即聚氨基甲酸酯15W元素有机漆类有机硅、有机钛等元素有机化合物16J橡胶漆类天然橡胶、合成橡胶及其改性树脂17E其它漆类如无机高分子（硅酸锂），聚苯胺，聚酰亚胺等

10、按照中国的国家标准GB2705-92，涂料基本名称代号如下表所示。代号基本名称代号基本名称00清油45饮水舱漆01清漆46油舱漆02厚漆47车间（预涂）底漆03调合漆50耐酸漆04磁漆51耐碱漆05粉末涂料52防腐漆06底漆60耐火漆07腻子61耐热漆08水溶漆、乳胶漆62示温漆09大漆63涂布漆11电泳漆64可剥漆12乳胶漆65卷材涂料13水溶（性）漆66光固化涂料14透明漆67隔热涂料15斑纹漆、裂纹漆、桔纹漆71工程机械用漆16锤纹漆72农机用漆17皱纹漆73发电、输配电设备 用漆18金属（效应）漆、闪光漆77内墙涂料20铅笔漆78外墙涂料22木器漆79屋面防水涂料23罐头漆80地板漆2

11、4家电用漆82锅炉漆26自行车漆83烟囱漆27玩具漆86标志漆、路标漆、马路划线漆28塑料用漆87汽车漆（车身）30（浸渍）绝缘漆88汽车漆（底盘）32（绝缘）磁漆89其他汽车漆34漆包线漆90汽车修补漆35硅钢片漆93汽车漆（底盘）36电容器漆89其他汽车漆37电阻漆、电位器漆93集装箱漆38半导体漆94铁路车辆用漆40防污漆95桥梁漆、输电塔漆及其他（大型露天）钢结构漆41水线漆96航空、航天用漆42甲板漆、甲板防滑漆98胶液43船壳漆99其他44船底漆涂料用辅助材料型号由一个汉语拼音字母和12位阿拉伯数字组成， 字母与数字之间有半字线（读成“之”）。字母表示辅助材料类别代号。数字为序号，

12、用以区别同一类辅助材料的不同品种。辅助材料代号见下表 。代号辅助材料名称 X稀释剂 F防潮剂 G催干剂 T脱漆剂 H固化剂涂料全名=颜料或颜色名称+成膜物质名称+基本名称。若颜料对漆膜性能起显著作用，则用颜料名称代替颜色名称。产品型号产品名称产品型号产品名称Q01-17硝基清漆H36-51中绿环 氧烘干电容器漆A05-19铝粉氨基烘漆S07-1浅灰聚氨酯腻 子（分装 ）C04-2红醇酸磁漆H-1环氧漆固化剂第四节 涂料发展概况涂料的发展史一般可分为三个阶段：（1）天然成膜物质的使用；（2）涂料工业的形成；（3）合成树脂涂料的生产天然成膜物质的使用 ：中国是世界上使用天然成膜物质涂料最早的国 家

13、之一。春秋时代（公元前770年公元前476年）就掌握了熬炼桐油制造 涂料的技术。战国时代（公元前 475公元前221年）能用桐油和大漆复 配涂料。此后，该项技术陆续传入朝鲜、日本及东南亚各国,并得到发展。 到了明代(13681644年),中国漆器技术达到高峰。 17世纪以后，中国的漆器技术和印度的虫胶（紫胶）涂料逐渐传入欧洲。 涂料工业的形成：18世纪涂料工业开始形成。亚麻仁油熟油的大量生产和应用，促使清漆和色漆的品种迅速发展。1773年，英国韦廷公司搜集出版了很多用天然树脂和干性油炼制清漆 的工艺配方。1790年，英国创立了第一家涂料厂。在19世纪，涂料生产开始摆脱了手工作坊的状态，很多国家

14、相继建厂 ，法国在1820年、 德国在1830年、 奥地利在1843年、日本在1881年都 相继建立了涂料厂。19世纪中叶，涂料生产厂家直接配制适合施工要求的涂料，即调合漆。从此，涂料配制和生产技术才完全掌握在涂料厂中 ，推动了涂料生产的大规模化。第一次世界大战期间，中国涂料工业开 始萌芽，1915年开办的上海开林颜料油漆厂是中国第一个涂料生产厂。 合成树脂涂料时期：19世纪中期，随着合成树脂的出现，涂料成膜物质发生了根本的变革，形成了合成树脂涂料时期。1855年，英国人A.帕克斯取得了用硝酸纤维素（硝化棉）制造涂料的专利权，建立了第一个生产合成树脂涂料的工厂。1909年，美国化学家L.H.贝

15、克兰试制成功醇溶性酚醛树脂。1925年硝酸纤维素涂料的生产达到高潮。与此同时，酚醛树脂涂料也广泛应用于木器家具行业。1927年，美国通用电气公司的R.H.基恩尔突破了植物油醇解技术，发明了用干性油脂肪酸制备醇酸树脂的工艺，醇酸树脂涂料迅速发展为主流的涂料 品种，摆脱了以干性油和天然树脂混合炼制涂料的传统方法，开创了涂料工业 的新纪元。 第二次世界大战结束后，合成树脂涂料品种发展很快。 美、英、荷（壳牌公司）、瑞士（汽巴公司）在40年代后期首先生产环氧 树脂，为发展新型防腐蚀涂料和工业底漆提供了新的原料。50年代初，性 能广泛的聚氨酯涂料在联邦德国拜耳公司投入工业化生产。1950年，美国杜邦公司

16、开发了丙烯酸树脂涂料，逐渐成为汽车涂料的主要品种，并扩展 到轻工、建筑等部门。第二次世界大战后,丁苯胶乳过剩,美国积极研究用 丁苯胶乳制造水乳胶涂料。20世纪5060年代，又开发了聚醋酸乙烯酯胶 乳和丙烯酸酯胶乳涂料，这些都是建筑涂料的最大品种。1952年联邦德国克纳萨克格里赛恩公司发明了乙烯类树脂热塑粉末涂料。壳牌化学公司 开发了环氧粉末涂料。美国福特汽车公司1961年开发了电沉积涂料，并实 现工业化生产。此外，1968年联邦德国拜耳公司首先在市场出售光固化木器漆。乳胶涂料、水溶性涂料、粉末涂料和光固化涂料，使涂料产品中的 有机溶剂用量大幅度下降,甚至不使用有机溶剂,开辟了低污染涂料的新领 域。随着电子技术和航天技术的发展,以有机硅树脂为主的元素有机树脂涂 料,在5060年代发展迅速，在耐高温涂料领域占据重要地位。这一时期开发并实现工业化生产的还有杂环树脂涂料、橡胶类涂料、乙烯基树脂涂 料、聚酯涂料、无机高分子涂料等品种。 为配合合成树脂涂料的推广应用，涂装技术也发生了根本性变化。 20世纪50年代，高压无空气喷涂在造船工业和钢铁桥梁建筑中推广，大 大