第五章 涂料_1_涂料基础

涂料是什么？
涂料概念
涂料概念
涂料是一种材料，这种材料可以用不同的施工工艺涂覆在 物件表面，形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄 膜。这样形成的膜通称涂膜，又称漆膜或涂层 。
有机高分子材料
精细化工
《涂料工艺》
涂料概念
涂覆施工
液体或固体
物体表面
固化 连续性 固体膜
？作用
？如何实现：液/固—固转换
• 解决方法：使颜料在涂膜中形成稳定的凝聚胶体结构。 • 具体措施： 加入防浮色剂：蓖麻油的脂肪酸、烷醇胺缩合物、脂肪酸酰胺的衍生物 对颜料表面改性：含氨基的长链酯类或长链烷基胺类的阳离子型分散剂
涂料的基本组成 溶剂
• 在涂料的生产和施工中，合理地选择溶剂十分重要，它直接影响涂料 的贮存稳定性、施工性和涂膜质量。
Knowledge of Coatings
涂料产品种类
涂料的种类
涂料形态：固态和液态 施工方法：刷涂、辊涂、喷涂、浸涂、淋涂、电泳 涂膜干燥方式： 涂料使用层次： 涂膜外观： 涂料使用对象： 涂料的成膜物质： 涂膜性能： 涂料的成膜机理：非转化型、转化型
涂料的种类
• 按成膜物质：环氧树脂（H），聚氨酯树脂（S），醇酸树脂（C）， 丙烯酸树脂（B），酚醛树脂（F）等；
PVC对涂料性质的影响
（4）抗污性
• 在污染环境下，涂膜会发生消光或变色等现象，通常将污染前后涂膜 的反射率的差值称为涂膜的抗污性。PVC增加时，涂膜的反射率的差 值增加，抗污性下降，污染趋于严重。
（5）光泽维持性
• 如底漆的PVC < CPVC，即底漆的颜料空隙已被粘结剂填满，则面漆 的光泽维持性好；反之，光泽下降。
防酸、碱、盐、有机溶剂
涂料功能
2、装饰作用：房屋、家具、日常用品
“人靠衣装，佛靠金装！” “三分长相，七分衣装！”
涂料功能
3、标志作用：化学品、危险品的容器，管道、机械设备，道路画线、
交通运输等。
涂料功能
4、功能作用（特殊作用）
• 输油管内壁防结蜡涂料 • 船底防污涂料 • 示温涂料 • 烧蚀涂料 • 伪装涂料 • 防辐照涂料等。
成膜物质：是使涂料牢固附着在被涂物表面上形成连续薄膜的主要物质。
天然高分子 成膜物质
沥青 生漆 虫胶
缩聚型高分子：聚氨酯、醇酸树脂、环氧树脂等
合成高分子
加聚型高分子：丙烯酸树脂、过氯乙烯树脂、 聚氯乙烯树脂、聚醋酸乙烯树脂等
改性型高分子：高氯化聚乙稀、氯化橡胶等
涂料的基本组成成膜物质
油脂（天然植物油、动物油）
比颜料体积浓度λ
颜料体积浓度与临界颜料体积浓度之比称为比颜料体积浓度，该值常用 λ表示：
λ=PVC/CPVC • 一般情况下，合理的λ值范围如下： • 有光涂料 0.05~0.60 • 半光涂料 0.60~0.85 • 墙体涂料 0.95~1.15 • 维护涂料 0.75~0.90
涂料的基本组成助剂
Knowledge of Coatings
剂，但可增加主催化剂的效率，使漆膜表里干燥均匀，消除起皱和使主 催化剂稳定。 • 催干剂一般采用钴－铅－锰混合体系，但铅有毒，可以用锆代替。
防浮色剂和防发花剂
• 发花是指涂料涂布后多种颜色分布不均而显示出条纹的现象。浮色是指 湿涂后混合颜料的一种发生分离而在表面呈现的层状色差现象。
• 原因：颜料粒子大小、分散系统凝聚状态的黏度、比重、电荷等因素不 同。
• 按用途：建筑，车辆，家具，标志； • 按施工方法：刷用漆，喷漆，烘漆，电泳漆等； • 按漆膜的特殊功能分：防锈、防腐、防污
涂料的种类
• 按涂料的作用：打底漆，头度漆，二度漆等； • 按漆膜外观：有光漆，无光漆，半光漆，皱纹漆等；
颜料的类型和用量决定了涂膜的光泽。有光涂料含有较高比例的成膜物质 ，可以将颜料粒子完全包覆在内，得到平正光滑的表面。 • 按形态：溶剂型，水溶性，乳胶，粉末，固体，单组分，双组分涂料等。
溶剂选用原则
• （1）赋予涂料适当的黏度； • （2）有一定的挥发速度，与涂膜的干燥性相适宜； • （3）能增加涂料对物体表面的润湿性，赋予涂膜良好的附着力； • （4）考虑安全性和经济性。
溶剂 溶解能力
• 衡量相容性或溶解性能最普遍的方法是测定两者的溶解度参数δ。
溶解度参数等于内聚能密度的平方根。
丙烯酸树脂
天然树脂（松香、动物胶等）
聚酯树脂（饱和聚酯和不饱和聚酯 树脂）
酚醛树脂
环氧树脂
沥青
聚氨酯树脂
醇酸树脂 氨基树脂
元素有机化合物（有机硅树脂、有 机氟树脂、有机钛树脂、有机铝树 脂）
硝酸纤维素
橡胶（氯丁橡胶、丁苯橡胶）
纤维素酯、纤维素醚 过氯乙烯树脂
其他（无机高分子材料、聚酰亚胺 树脂、二甲苯树脂）
• CPVC：用百分数表示；
PVC对涂料性质的影响
当PVC达到CPVC时，各种性能都有一个转折点。 1、对涂膜的物理机械性质影响 • （1）涂膜密度
在CPVC处，涂膜密度为极大值。 • （2）抗张强度和粘结强度
在CPVC处，涂膜的抗张强度和粘结强度达到最大值。 当PVC < CPVC时，强度随PVC的增加而增大； 当PVC > CPVC时，强度随PVC的增加而很快减小。 利用这一性质，也能测定CPVC值。
涂料的历史
• 涂料的应用开始于史前时代 • 秦始皇兵马俑已使用了彩色的涂料 • 马王堆出土的汉代文物中更有精美的漆器 • 11世纪欧洲开始用亚麻油制备油基清漆 • 17世纪含铅的油漆得到发展
涂料的历史
• 20世纪涂料和科学结合 • 20年代杜邦公司开始用硝基纤维素作为喷漆，它的出现为汽车提供了快
护性差。 颜基比的局限性： • 树脂、颜料、填料和其他固体添加剂的比重差异，它们的体积占整个涂
膜中的体积分数显著不同。 • 即相同的基料，相同的颜基比，不同的颜料，涂膜的颜色、性能有很大
差别。
颜料体积浓度 （PVC）
颜料体积浓度 （PVC） ： • 在干膜中颜料所占的体积百分比。
PVC VP VP VO
对涂料生产过程中发生作用的助剂：消泡剂、润湿剂、乳化剂、分散 剂等
对涂料贮存过程中发生作用的助剂：防沉剂、稳定剂、防结皮剂等
对涂料施工成膜过程发生作用的助剂：流平剂、消泡剂、催干剂、防 流挂剂等
对涂膜性能发生作用的助剂：增塑剂、消光剂、阻燃剂、防霉剂等
常见的助剂
• 流平剂：改善涂层的平整性 • 增稠剂（水性）：触变剂（油性） • 表面活性剂：分散颜料，增加不同成分的相容性如ＯP • 颜料分散剂：无机，SAA，高分子 • 增塑剂：改善涂膜的柔韧性，降低成膜温度 • 催干剂：干燥剂，主要用于油性漆固化。 • 固化剂：交联剂或架桥剂。 • 稳定剂：吸收紫外线，改善漆膜的耐老化性能。
豆卵磷脂） • 高分子分散剂:天然、合成（PVP）
催干剂
• 催干剂又称干燥剂，是能加速漆膜氧化、聚合交联、干燥的有机金属皂 化合物。主要用于油性漆。
• 催干剂分类： • 主催干剂或表干剂：锰盐（环烷酸锰）和钴盐，因其价态可变，可与过
氧化物组成氧化还原体系，促进自由基的产生。 • 助催干剂或透干剂：铅和锆盐，以及钙、锌、钡盐，本身不是反应催化
精细化学工艺学
主讲教师：张心亚
华南理工大学化学与化工学院 二O二一年三月
第五章 涂料
一、涂料概述 二、涂料各论
• 树脂涂料 • 水性涂料 • 粉末涂料 • 功能涂料
三、涂料发展
第五章 涂料
5.1 涂料概述
• 涂料历史 • 涂料定义 • 涂料功能 • 涂料组成 • 涂料命名及分类 • 涂料工业现状
• Vp：颜料体积 • Vo：成膜物质的体积（不包括溶剂等挥发组分）
颜料的吸油量（OA）
• 颜料的吸油量（OA）：是指100克颜料形成颜料糊时所吸收的亚麻油的 克数。
• 测定方法：标准刮刀混合法，即将称取的一定质量的颜料放在玻璃板或 大理石板上，逐滴加入精亚麻仁油，用标准刮刀调和成连续的糊状物。
• 颜料的吸油量与颜料对亚麻仁油的吸附、润湿、毛细作用以及颜料的粒 度、形状、表面积、粒子堆积方式、粒子的结构与质地等性质有关。
临界颜料体积浓度（CPVC）
临界颜料体积浓度（CPVC）
• 颜料粒子的堆砌是存在空隙的，我们把成膜物质恰好填满 全部空隙时的颜料体积浓度定义为临界颜料体积浓度。
•
100
CPVC
1
OA
0.935
100
1 OA 93.5
• ρ：颜料的密度；
• 0.935：亚麻仁油的密度；
• OA：单位为g/100g；
Knowledge of Coatings
涂料的基本组成
涂料的组成
不挥发分
涂料
挥发分
主要成膜物质（基料）：油料、树脂
次要成膜物质：颜料(体质、着色颜料) 辅助成膜物质：各种助剂
稀释剂 ，溶剂
涂料的基本组成
成膜物质（17类） 颜、填料 助剂（4类） 溶剂（不包括无溶剂涂料）（3类）
涂料的基本组成成膜物质
干、耐久和光泽好的涂料； • 30年代开始出现醇酸树脂，并发展成醇酸漆； • 40年代Ciba化学公司发展了环氧树脂涂料； • 50年代开始使用聚丙烯酸酯涂料，并出现静电喷涂技术 • 60年代聚氨酯涂料得到较快的发展 • 70年代粉末涂料得到很大发展 • 80年代杜邦公司发现基团转移聚合方法，用于高固体份涂料的制备
烯类树脂（聚苯乙烯树脂、聚多烯 树脂）
涂料的基本组成颜、填料
着色颜料：着色、装饰、遮盖 体质颜料：降低成本 防锈颜料 特种颜料
涂料的基本组成颜、填料
与颜料相关的参数： • 颜基比 • 颜料体积浓度 （PVC） • 临界颜料体积浓度（CPVC） • 比颜料体积浓度
颜料的颜基比
颜基比：颜料（包括填料）重量与树脂（油脂）重量之比。 • 高颜基比表明树脂用量少，漆膜的连续性差，渗透性强，对被涂物的保
流平剂
• 流平剂的作用：改善涂层的平整性，防缩孔、防橘皮、防起泡及流挂现象。 • 流平剂的功能： • 降低涂料与底材之间的表面张力，使涂料对底材有良好的润湿性； • 调整溶剂挥发速度，降低黏度，改善涂料的流动性，延长流平时间； • 在涂膜表面形成极薄的单分子层，以提供均匀的表面张力。
增稠剂
• 增稠剂的功能：增加涂料黏度，防止储存过程中分散颗粒的聚集、沉淀， 防止涂装时的流挂现象。
溶剂的主要作用： • 溶解或稀释固体或高粘度的成膜物质，使其成为有适宜粘度的液体，
便于施工。 • 溶剂在液体涂料中占有很大比例，一般在50%以上。 溶剂的类别：烃类、萜烯溶剂 、醇类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂
涂料的基本组成 溶剂
能溶解成膜物质的溶剂 能稀释成膜物质溶液的稀释剂 能分散成膜物质的分散剂
PVC对涂料性质的影响
2、对涂膜的渗透性质的影响 • （1）生锈
当PVC > CPVC时，形成多孔性涂膜，水分容易进入到底材表面，对 钢材造成腐蚀，在CPVC处，这种腐蚀出现突变现象。 • （2）起泡
随着PVC的增加，涂膜会出现严重起泡到不起泡的突变。 • （3）抗湿擦性
这是制涂膜所能忍受的水清洗剂的擦洗次数。多孔性的涂膜的抗湿 擦性远劣于致密性好的涂膜，这一点对于建筑涂料尤为重要。
作用
涂料学的特点
原料
生产
产品
涂装
涂膜
三分树脂，七分配漆
性质
三分配漆，七分施工
用途
料概念
涂料功能
保护作用----防锈、防腐 装饰作用----颜色、光泽 标志作用 功能作用
涂料功能
1、保护作用:防止受到水分、水体、微生物、紫外线的侵蚀。
防湿气、酸雨、氧、H2S、COx、NOx、 NH3
( E )0.5 ( HV RT )0.5
V
V
式中 E——内聚能； V——摩尔体积；ΔHV——摩尔汽化热；
R——气体常数；T——绝对温度。
溶剂 溶解能力
溶剂对聚合物的溶解，有以下判断标准，即△δ =∣δ1- δ2∣ = 2.0 作为聚合物
耐溶剂性的划分界限。一般分为三个等级：
• △δ ＞2.5，耐溶剂； • △δ = 1.7~ 2.5，有轻微溶胀作用； • △δ ＜ 1.7，不耐溶剂。 作为涂料用溶剂， 常以△δ ＜ 1作为良溶剂判断标准。
• 增稠剂的分类： • 无机物：能形成细分散胶体状结构的无机物，如合成细粒SiO2，有机膨润
土； • 有机物： 能形成溶胀分散结构的有机物，如植物油系聚合油，水性涂料使用的聚丙
烯酸钠、聚甲基丙烯酸钠； 能与颜料形成絮凝结构的表面活性剂。
颜料分散剂
• 颜料分散剂也称润湿分散剂，其分类如下; • 无机：聚磷酸钠、硅酸盐 • 表面活性剂:阴、阳、非（水溶性涂料，OP）、两性（大