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1、涂料的剂型涂料的剂型 第二章第二章涂料的剂型涂料的剂型第一节第一节 溶剂型涂料溶剂型涂料第二节第二节 水性涂料水性涂料第三节第三节 粉末涂料粉末涂料第一节 溶剂型涂料 大多数涂料含挥发物，它们在施工和成膜时挥发掉。一般将挥发性有机物称为溶剂，不管它是否能溶解树脂。涂料工业是溶剂工业的最大用户，一半以上是烃类，其余是酮、醇、乙二醇、醚、酯、硝基直链烷烃以及少量其它物质。溶剂有利于薄膜形成，当溶剂蒸发时，高聚物就互相结合。假如溶剂混合物保持一个适当的蒸发速率，就会形成平滑和连续的薄膜。溶质和溶剂可分为非极性、弱极性和极性三类。分子结构对称而又不含极性基团的烃类是非极性的。分子结构不对称又含有极性基
2、团的分子则带有极性。极性溶质溶于极性溶剂中，但不溶于非极性溶剂中。弱极性溶质则不溶于极性溶剂而溶于非极性溶剂中。极性溶剂分子间互相缔合，粘度要比分子量接近的非极性溶剂的粘度高，沸点、熔点、蒸发潜热也较高。而且内聚能较高，挥发度较低。第一节 溶剂型涂料 对于挥发性涂料所用溶剂可以分为三类：第一、真溶剂，是有溶解此类涂料所用高聚物能力的溶剂。第二、助溶剂，在一定限量内可与真溶剂混合使用，并有一定的溶解能力，还可影响涂料的其它性能。第三、稀释剂，无溶解高聚物能力，也不能助溶，但它价格较低，它和真溶剂、助溶剂混合使用可降低成本。但这种分类是相对的，三种溶剂必须搭配合适，在整个过程中要求挥发率均匀又有适
3、当溶解能力，避免某一组分不溶而产生析出现象。溶剂应对涂料中所有不挥发组分都有很好的溶解能力和互溶性，有较强的降低粘度能力，在挥发过程中不容许有某一组分产生析出现象。第一节 溶剂型涂料表1-1 涂料的组成 溶剂的挥发应随涂膜干燥而匀速减少，不可忽多忽少。湿涂料膜的粘度应缓慢增加，不可突然增稠，以避免表面疵病。湿涂料膜的流变性是一个很重要的问题，流变性不良将导致结皮、麻点、针孔等表面症病。而溶剂的挥发率和溶解力以及湿涂料膜的粘度都是影响流变性的因素，施工和操作也对流变性有影响。真溶剂中，醋酸乙酯、丙酮、甲乙酮属于挥发性快的溶剂；醋酸丁酯属于中等挥发性溶剂；醋酸戊酯、环已酮等属于挥发性慢的溶剂。一般
4、说来，挥发性快的溶剂价格低。助溶剂一般是乙醇或丁醇。乙醇有亲水性，用量过多易导致涂膜泛白。丁醇挥发性较慢，适宜后期作粘度调节。第一节 溶剂型涂料 此外，对溶剂还要求色浅、透明、化学性质稳定、无刺激性气味、毒性小。从历史上看，几乎所有的涂料都是溶剂型涂料，到目前已有水性涂料、粉末涂料、辐射固化涂料等，发展的推动力是减少火灾危害和气味、便于用水清洗。上个世纪60年代以后发展的主要推动力是减少挥发性有机化合物（VOC）排放。由于其他类型涂料产量迅速增长，涂料工业的溶剂使用量明显减少，有人认为，从长远观点看，溶剂型涂料会消失。但是，溶剂型涂料有其他涂料无法超越的优点：其施工的费用一般比较低，特别是与水
5、性涂料比，因为水性涂料施工需要不锈钢设备，而溶剂型涂料的静电喷涂设备比水性涂料花费少；湿度对溶剂挥发影响不大；涂膜滞留空气和爆孔问题少。通过使用高固体涂料、精调操作方法可以使溶剂需求量减少至最低程度，以显著降低VOC的排放。第一节 溶剂型涂料 一、溶剂型涂料的主要品种一、溶剂型涂料的主要品种 1 1 醇酸树脂涂料醇酸树脂涂料 在1930年1940年期间，醇酸树脂是涂料用主要基料，虽然有被其他基料不断进行替代的趋势，但醇酸树脂仍是目前用量最大的一类树脂。醇酸树脂主要优点一是价格较低。二是应用较为简单。由于大多数醇酸树脂涂料表面张力比较低，在所有类型涂料中溶剂型醇酸树脂涂料受涂膜缺陷的影响最小，它
6、很少出现缩边、缩孔以及其他因表面张力驱动流动或表面张力差驱动流动所造成的缺陷问题。对于醇酸树脂来说，由于不会造成絮凝，所以相当容易进行颜料分散。第三个优点是具有通过自动氧化进行交联的能力，可以采用空气干燥或低温烘烤干燥，从而避免了因干燥需要使用具有潜在毒性危害的交联剂。醇酸树脂的主要缺点是相当差的烘烤保色性、有限的户外耐久性、在溶剂型醇酸树脂涂料中也难以达到极高的固体含量，再有的问题可能是在烘烤炉中产生的烟，这会引起肉眼能看得见的空气污染问题。第一节 溶剂型涂料 2 2 聚酯类树脂涂料聚酯类树脂涂料 聚酯树脂主要用来替代三聚氰胺甲醛树脂（MF）交联烘烤瓷漆中的醇酸树脂，也广泛使用于聚氨酯涂料中
7、。与其他树脂相比，聚酯树脂成本一般比氧化醇酸树脂略高些，但在某些情况下却要比非氧化醇酸树脂价格低；其颜色、保色性、户外耐久性以及抗脆化性要好于大多数醇酸树脂；其户外耐久性和耐皂化性一般不及涂装于不含底漆、清洁、处理过的钢和铝底材上的丙烯酸类聚酯涂料；其附着力和耐冲击相似于醇酸树脂而优于丙烯酸树脂。基于聚酯作为基料的涂料比醇酸树脂涂料表面张力高，因此较易产生缩边以及由表面张力差驱动的流动缺陷如缩孔等。大多数聚酯类为羟基封端，因此可用MF树脂或用异氰酸树脂类交联。MF树脂费用低，一般使用甲醚化或混合甲/丁醚化MF树脂，对较低温度固化或气干型涂料来说，则使用脂肪族多异氰酸酯类。第一节 溶剂型涂料 3
8、 3 丙烯酸类树脂涂料丙烯酸类树脂涂料 丙烯酸树脂作为基料的涂料主要优点是价格相当适中、颜色浅、保色性、抗脆化性以及户外耐久性优良等。它们的表面张力和对涂膜缺陷的敏感度介于醇酸树脂涂料和聚酯类树脂涂料之中，对金属表面的附着力低于醇酸树脂涂料和聚酯类树脂涂料，因此它们常用在底漆之上作为面漆。热塑性溶液丙烯酸树脂曾广泛用于汽车涂料中，但现在已被热固性丙烯酸（TSAS）代替，以减少VOC排放。热固性丙烯酸用MF树脂或用多官能的异氰酸酯交联。脂肪族异氰酸酯交联剂价格要比MF树脂高，且呈现更大的毒性危害，但可以在较低温度下固化。而且，HALS(位阻胺)稳定剂通常能产生稍高的户外耐久性，又常常呈现出较好的
9、耐环境腐蚀性。用双羟基交联的环氧官能丙烯酸也可获得优良的耐环境性。制造高固体分丙烯酸树脂比较困难，不大可能制造出像聚酯类树脂涂料那样高的固体分。第一节 溶剂型涂料 4 4 环氧树脂和环氧酯类涂料环氧树脂和环氧酯类涂料 环氧树脂主要的用途是底漆。基于环氧树脂的涂料一般对金属有优良的附着力（特别是在水汽存在下）以及耐皂化性，它们一般作单道涂料使用，其主要的缺点是的户外耐久性差，可以作为啤酒或软饮料罐衬里之类使用。用多元酸交联的环氧官能丙烯酸树脂类能产生的涂膜具有优良的户外耐久性。环氧酯类提供的性能介于醇酸树脂与环氧树脂之间，用在面漆中的一个例子是涂装瓶盖和瓶顶，它们具有必需的硬度、可加工性、附着力
10、和耐水性。第一节 溶剂型涂料 5 5 聚氨酯类树脂涂料聚氨酯类树脂涂料 多由于异氰酸酯能低温固化，故广泛用作交联剂，以获得耐溶剂溶胀性和耐磨性俱佳的固化膜。当使用树脂时，其涂料可以单罐包装，且无游离异氰酸酯毒性的危险。与聚酯相比较，费用要高，但具有水解稳定性，因此其户外耐久性就更优良。但是，聚氨酯基团的分子间氢键较强，与同分子量、同浓度的聚酯树脂溶液相比粘度较高，可用低分子量羟基官能的聚氨酯与其他类型羟基官能树脂混合对涂料性能进行改性。聚氨酯类，特别是具有伯胺（NH2）基的聚氨酯，在酸性条件下与MF树脂反应可得到比用MF交联的羟基功能树脂具有更强的水解稳定性，这些树脂常称为氨基甲酸酯功能树脂，
11、使用这一途径的透明涂层正用于汽车涂料中。第一节 溶剂型涂料 二、配制低二、配制低VOCVOC的溶剂型涂料的溶剂型涂料大部分工业涂料、特种涂料以及一些建筑涂料都是溶剂型涂料，但面临的减少VOC的压力正在不断增加。由于热塑性树脂涂料的VOC含量很高，其用量必将持续下降，转而使用热固性树脂的溶剂型涂料。常规热固性涂料的体积固体分（NVV）大约为25%35%。高固体分涂料并无单一的定义：对于金属闪光汽车面漆（或底色层），其高固体意指45NVV左右；而对高颜料分的底漆来说，高固体可能是52NVV；对于清漆或高光泽着色涂料则为75，甚至可能更高。第一节 溶剂型涂料 涂料的VOC难于精确测定，甚至难于去定义
12、。例如，在某些情况下，具有官能团的溶剂会部分与交联剂反应，因此就不能散发出来；也可能产生交联的挥发性副产品，它们就应该包括在VOC中；而低分子量组分在交联前也会挥发，这样排放发生的程度会随烘烤条件而定。在使用高固体涂料时，涂装者必须十分仔细地控制在烘烤炉里的时间和温度，并按涂料供应商的推荐条件操作。配方设计者在标准温度上下约10时更要仔细检查涂料膜性能。在向客户进行固化周期推荐时，应该使用客户的金属试片以确定烘烤工艺过程。烘烤的关键问题是涂料自身的问题，而不是在烘炉内空气的问题。涂装到重的金属件上的涂料在烘炉中加热要比轻型金属片材上的涂料受热更慢，在已焊接到支承构件上金属板材的涂料则要比金属板
13、表面其他地方受热慢。在常规涂料里，由这些差异所造成的变化一般很少，而高固体涂料的涂料温度和时间差异将影响涂膜的性能。第一节 溶剂型涂料 改进施工方法也能使VOC降低，如使用更高粘度的涂料、热喷涂、高速静电盘和超临界流体喷涂都是实例。当固体分增加时，就更容易产生颜料絮凝。控制颜料分散体稳定的主要因素是颜料颗粒表面上的吸附层厚度，而低分子量树脂不能提供适当的吸附层。高固体分涂料另一个限制因素是表面张力效应，在大多数涂料中，官能团高度极性，如像羟基和羧酸基团之类。这些基团数量的增加会产生更高的表面张力，用这样的树脂生产高固体分涂料一般需要使用氢键受电子溶剂而不是烃类溶剂，这就会产生比大多数常规涂料更
14、高的表面张力，因此就增加了施工时涂料膜缺陷的概率。当涂装金属时，较为重要的是要有清洁的表面，当涂装塑料时，就必须仔细地除去脱模剂。第一节 溶剂型涂料 因溶剂从高固体涂料中挥发要比常规涂料中挥发慢，流挂对高固体涂料来说要比常规涂料影响更大，尽管对此差别的原因尚未完全清楚，但其后果却产生了严重的问题。涂装高固体涂料造成喷涂流挂不能轻易地通过采用调节涂料中溶剂挥发速率或改变喷枪与底材之间的距离来解决，但可使用热喷涂或超临界流体喷涂使流挂降到最低程度。在大多数应用中，必须将触变型流体性能加到作喷涂施工的高固体涂料中，细粒径的二氧化硅、膨润土颜料、硬脂酸锌以及聚酰胺凝胶触变剂均为可用的助剂。汽车上的金属
15、闪光涂料中的流挂问题特别严重，使用微胶粒子可以有效地解决这个问题。第二节 水性涂料 第二次世界大战之后，传统的涂料组成发生了重大的变化。人们由橡胶的生产过程中得知如何制备苯乙烯丁二烯胶乳，而这种乳液中加入颜料之后就可以用作水性涂料。不久之后，水性涂料就占了内墙涂料的市场。现在90内墙涂料是水性涂料，而苯乙烯丁二烯胶乳又被更易洗、更易颜料化的聚醋酸酯、聚丙烯酸酯、乙烯丙烯酸醋、苯乙烯丙烯酸酯的共聚物高分子乳液所代替。第二节 水性涂料 苯乙烯丁二烯胶乳是“水性化革新”的开始。它的价格低，薄膜耐碱性好。聚醋酸乙烯（PVA）薄膜很硬而且有些发脆。因此这种胶乳用作水性涂料要增塑，二丁基邻苯二甲酸酯曾被用
16、作外增塑剂，但它会升华而逸出涂层。曾试验用由醋酸乙烯和二丁基顺丁烯二酸酯或二丁基反丁烯二酸醋共聚而得的内增塑层。目前主要应用的共聚单体是n丁基丙烯酸酯和2乙基已基丙烯酸酯，加入量约为20。用丙烯酸酯代替顺和反丁烯二酸醋是由于它能提供较好的性质，而且1960年提出的新合成路线降低了它的价格。PVA胶乳由于含有酯基而不耐碱，而且比苯乙烯丁二烯或丙烯酸酯胶乳对水更为敏感。用作内墙涂料时这种缺点不显得重要，但是PVA胶乳用作外墙涂料，则是不很适宜的，除非采用特殊能耐气候的配方。第二节 水性涂料 PVA胶乳由于含有微量乙酸，所以带有一点酸性，所用贮藏设备必须有特殊的涂层防止金属侵蚀以免引起胶乳凝聚或水性涂料变色。聚醋酸乙烯胶乳的颜色，能保特不变，对油脂和油的抵抗力也很好。醋酸乙烯和乙烯及丙烯的共聚物很有价值。它们的价格低，但制备时要求用特殊的高压设备。丙烯酸胶乳在乳胶涂料中是很有价值的。虽然它的价格较高，但能提供坚韧的有伸缩性的薄膜，具有耐久不变色和优良的抗气候性能，特别是在明亮的阳光下。它们对碱、油、油脂、湿气都有抵抗力，而且在使用后很短时间内就有很好的抗水性能。丙烯酸酯胶乳一般是甲基丙烯酸甲
