涂料化学 No.1..

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(挥发性有机化合物 ) 加强行业管理,使得“节约 型”“环保型”涂料得到了长足的 发展 发展的如何? 国外 60%-70% 国内 20-30%
涂料方向
◆功能性发展 超耐高温、超耐候、导热、 导电、发光、杀菌 有一定机械性能
本章小结 第一章 绪论
1.1 涂料的发展史 1.2 涂料的基本组成及作用 1.3 涂料的分类 1.4 涂料面临的挑战 1.5 涂料的发展方向
溶液聚合----将单体溶解于溶剂中进行 聚合的方法.溶剂型涂料中广泛使用 优点: 可用溶剂回流来控制反应温度, 溶剂作为传热介质,聚合温度容易控 制,分子量容易控制,不易生支链或 交联的产物, 缺点:有小分子溶剂
乳液聚合 -----单体在搅拌和乳化剂存在 下,在胶束中聚合 水性涂料常用的制备方法 优点:(1)没有有机溶剂 (2) 聚合速度快,聚合物分子量高, 分子量分布较溶液聚合的窄. (3)生成的乳胶黏度低,乳胶的黏 度和聚合物的分子量无关,因此固含 量可以很高,可直接用于涂料. 缺点:但是因聚合反应中加有大量乳化 剂,聚合物不纯.
3 2 2 3 f 2 .4 23 2 pc 2.4 0.833
凝胶点:
2、自由基聚合反应
是由引发剂产生一个活性中心,打开 单体的双键,与之加成,形成单体活 性种,进一步与单体加成,直至聚合 完全,经过:
链引发→链增长→链终止
链引发
链引发过程: 两个步骤 引发剂(I)分解生成初级自由基R· 初级自由基与单体反应生成单体自由基 I → 2R· R· + M → RM·
3、共聚合反应
共聚合:将两种或两种以上不同的单体 放在一起进行聚合,
无规共聚物 ABBABABAAB
交替共聚物
嵌段共聚物 接枝共聚物
ABABABABAB
AAAABBBBB AAAAAAAA B B B
涂料中所用的成膜物大多是共聚物
因此共聚合反应是对成膜物改性的重要 手段,可以调整涂膜的如下性质: 1、调解玻璃化温度(甲基丙烯酸甲酯--丙烯酸丁酯) 2、改善聚合物的附着力 3、改善聚合物的物理、化学性质(硬度、 韧性、热降解性) 4、使成膜物质功能化(进行分子设计)

漆 涂料 显示了科学技术的发展, 更显示了涂料的科学含义。
将油漆和涂料作为同义词? 漆---------Paints 涂料------Coating 二者差别不大,可相互使用, 前者更显得简练 后者涵义更广泛
涂料已经渗透到科学技术各个领域和 日常生活的各个角落 有困惑
涂料的困惑
尽管涂料的应用与生产有漫长的历史, 尽管涂料已经为人们所利用和熟悉
涂料化学 涂料技术基础 现代水性涂料 涂料基础 耐磨涂料 耐腐蚀涂料 特种功能涂料
涂料的相关科学
涂料涉及多门学科: 高化、高物、无机、分析、物化
高分子科学是涂料的重要基础, (各种聚合反应) 还涉及物理化学的胶体化学 、表面化学、 物理学的流变学、界面学和光学、机械学。 ★涂料不仅是一种工艺, 而是具有本身特点的独立学科 , ☆成膜理论、表面结构和性质、分散理 论等。

体型缩聚 含有两个以上反应性官能团时大分子向多 个方向生长,得到非线形或网状的聚合物
缩聚反应是一个逐步增长的过程, 二聚体→ 四聚体,或 由二聚体和单体 →三聚体→五聚体 →六聚体→ 七聚体,依 次不断地生成更高聚合度的聚合体. 常见的几种缩聚产物: 聚酯 : 二元酸和二元醇 酚醛树脂: 酚和甲醛 氨基树脂 : 甲醛和胺或酰胺 含羟甲基产物 环氧树脂 : 环氧氯丙烷和双酚A
质量和品种上与国外差距大, 很多 时候主要依赖进口涂料或以进口的半成 品及原材料配制的产品为主。
国外企业中国化的冲击
国外企业大举挺进,一些大的涂料生产 企业纷纷在我国“圈地”。


有关专家指出,到目前为止,全球 10大汽车涂料品牌已全部落户中国, 对国内汽车涂料业已形成强大攻势。 面对这一挑战,数以千计的中国汽 车涂料企业必须走兼并和强强联合 重组之路。优势互补,拧成一股绳, 共同打造知名品牌。
关于凝胶点的预测已有很多方法,但 卡洛泽尔法最为简便:
其中N0为系统中总的单体单位数 N 为系统中总的分子数 N0 /N 为平均聚合度→ ∞ f为平均官能度数 出现凝胶,此点为凝胶点 P0

以二元酸和甘油反应为例,当羟基数 和羧基数相等时, 即3摩尔分子二元酸和2摩尔分子甘油 反应.其平均官能度数为:
教学内容
第六章 涂料中的流变学与表面化学
第七章 涂膜的性能评价 第八章 水性涂料 第九章 涂料百度文库制备及涂装 第十章 工业涂料
第一章 绪论 涂料的应用
Coatings and paints
第一章 绪论
涂料的应用开始于史前时代,在我国至少 有4000年以上的历史。 在很长一个时期都使用天然的油性、半油 性物质 作为原料, 如生漆、桐油、松香、虫胶等,
溶剂——又称为稀释剂
是一种既能溶解树脂、油料,又易于 挥发的物质。由溶剂型涂料沿用下来, 在水性涂料中,溶剂就是水。
作用 : 将树脂、油料稀释并将颜料、 填料均匀分散,以便涂料的施工。 对涂膜性质有影响
助剂——用来改善涂膜的性能, 如 干燥时间、耐老化、柔韧性、 硬度、抗紫外线等 性能

有增塑剂、固化剂、增稠剂、分 散剂、成膜助剂、流平剂等。 已经发展成为涂料的重要方面
含单烯、双烯、炔烯和羰基的化合物都可以 作为此类聚合的单体
引发剂的选择是关键-----偶氮 类和过氧化物 偶氮类
偶氮二异丁腈(ABIN)
过氧化物


主要有过氧化酰类,过氧化氢类和 过氧化酯类. 常用引发剂有过氧化苯甲酰(BPO)
苯基自由基
在选择引发剂的时候考虑 分解温度和分解速度, 分解速度常用引发剂的半衰期来表 示. 半衰期是指在指定温度下引发剂分解 一半所需的时间.
发光
电磁
1.4 涂料面临的挑战

环境保护
早期固含量低, 95%为溶剂 现在要求固含量40-60% 有机挥发份<10%
美国环保局1977年提出 “四E”原则 即经济、效率、环保和节能原则 economic efficiency
environmental
energy
■高档涂料国产化的挑战
汽车涂料
满足不了要求,依赖进口
1.5 涂料的发展方向

省资源、省能源、无污染方向发展, 相继出现环境友好涂料:水性涂料、 粉末涂料、辐射固化涂料、高固体分涂 料等, 其特点是有机溶剂少或基本上无溶剂, 90年代以来,保护环境和节约能源成了 人们共同关心的话题,世界各国纷纷制 定相应法规,限制VOC的排放量。
VOC: volatile organic compound,
汽车金属闪光漆
Ford Motor公司发展了阳极电泳漆 PPG公司又发展了阴极电泳漆
◆ 60年代聚氨酯涂料得到发展,因其
优良的抗石击性成为高档汽车涂料, 汽车的涂装工艺也在发生变化。 ◆ 各种人工合成有机稀释剂和表面活 性剂的出现,以水为稀释剂的乳液 型涂膜材料得到广泛的应用。
★所谓的油漆已经不光是油了 ★涂料与高分子科学紧密相连了
与科学接触

二十世纪20年代杜邦公司开始使用硝基 纤维素作为喷漆,用于汽车涂料.

30年代高分子科学的发展为现代涂料的 发展奠定了基础。开始有了醇酸树脂, 40年代发展了环氧树脂涂料,使防腐蚀 涂料有了飞速发展。

50年代随着石油化工的发展,各种合 成树脂、溶剂和助剂相继出现。 聚丙烯酸酯涂料----耐候,高光泽 静电喷涂技术
链增长
单体自由基和单体连续加成:
RM· + M → RMM· RMM· + M → RMMM· ………
链终止
两个生长链Mn*和Mm*之间发生反应, 使链增长终止,有两种反应方式:
双基结合 Mn*+Mm* → Mn+m
歧化
Mn*+Mm* → Mn+Mm
常见的几种自由基聚合产物: 聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯 、 聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯等
涂料化学
吉林大学化学学院
课程安排
32学时 以讲为主 , 附有课堂讨论 多媒体教学 无教材
要求:记笔记
主要参考书 涂料化学 清华大学 洪啸吟 涂料技术基础 上海复旦大学 武利民 (化学工业出版社 ) 涂料基础 姜英涛
教学内容
共 十 章
第一章 绪论 (涂料的发展、功能、研究) 第二章 聚合理论及聚合方法 第三章 涂料的基料 第四章 颜料 第五章 涂膜的形成及有关的基本性质
“油漆”这一名词已经不能代表 着一类涂覆材料的确切含义了


改为涂料——把涂覆于物体表面能 干结成膜,具有防护、装饰、防锈 等特殊功能的物质称为涂料。 日常生活中常听到乳胶漆、面漆、 底漆等,这仅仅是一种习惯性描述。
塑料、合成橡胶、合成纤维 称为三大合成材料
+涂料和胶粘剂,就成为五大合成材料。
使用合成树脂作涂料基本原料以后,采用 “涂料”术语,似更贴切。
1.3 涂料的分类
随着石油工业和化学工业的发展,特别 是高分子科学的发展,以石油化工产品为原 料的合成树脂品种不断增多和成熟, 涂料的发展也就主要以合成树脂为主要 原料。原料来源丰富,可以通过合成改变产 品性能。
随着树脂的合成理论和方法的发展,涂 料的品种更加繁多,性能和用途更广泛
从不同角度对涂料进行分类, 根据成膜物、溶剂、颜料、成膜机理、 用途,以及功能等分类。 按成膜物分类:17大类
第二章 聚合理论及聚合方法
高分子化学是涂料制备的理论基础 ◇ 高分子物理是研究涂料性质的理论基础 2.1 聚合理论中的概念 1、缩聚反应:也称逐步聚合反应 缩聚反应是由具有两个或两个以上反应性官能 团的低分子化合物(即单体)相互作用生成大分子 的过程. 线形缩聚 单体只有两个反应性官能团,得到线形缩聚物 例如二元酸和二元醇缩聚反应
什么是涂料? 1.1 涂料的发展史
秦始皇墓的兵马俑--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
马王堆出土的汉代精美漆器
埃及也早已知道用阿拉伯胶、蛋 白等来制备色漆,用于装饰。 此阶段,涂料所用原料主要是 天然的油和树脂,因此被称为 “油漆”。 油漆的制备主要还是作为一种技 艺,没有科学的含义。 何时具有了科学涵意?
体型缩聚物在涂料中应用更多


注意 体型缩聚物的缩聚反应不容易控制, 如果控制不当,进行到一定程度时,反 应系统的粘度会突然增加,并形成弹性 凝胶,这种现象称为凝胶化. 出现凝胶时的反应程度(Pc)称凝胶点. 涂料中所用的醇酸树脂和聚氨酯的制 备中要控制凝胶点, 防止出现凝胶具有特别重要的意义.
2.2 聚合反应方法
将单体转化为聚合物的聚合反应 方法有 本体聚合 悬浮聚合 溶液聚合 乳液聚合
本体聚合 ---本体聚合是单体本身聚合, 不另加溶剂或水 优点:无溶剂或水,所得聚合物含杂 质少,纯度高, 缺点:没有分散介质,聚合过程中, 体系很粘稠,聚合热不易扩 散,温度难以控制,
用于粉末涂料的制备。
1.2 涂料的基本组成及作用

主要由四个组分构成
成膜物质、颜料、溶剂和助剂 成膜物质——又称基料是涂料中的连续 相,起粘接和成膜作用。 主要是各种合成高聚物和天然高聚物, 对涂料的性能有重要的影响。
颜料——一般是0.2—10um的无机或 有机粉末. 分为:着色颜料和体质颜料 作用: 遮盖和赋色, 增强作用, 赋于特殊性能, 改善流变性能, 降低成本的作用
※ 但它只能以一种技艺的形式相传,
而不能进入科学的领域. 这种情况至今还影响着不少人对涂料 的看法.认为涂料仅仅是靠经验传授的工 艺.影响它的发展。
※理论研究匮乏,不如塑料、橡胶 长期以来对涂料的研究主要停留在工艺的 层面上,没有从基本理论、基本知识的角度深 入探讨涂料的内部归律。 有幸的是 随着涂料作用和质量的提高,涂料本身的 科技含量也越来越高, ★更需要多学科交叉基础理论来指导, ★更需要高层次人才去参与。 上世纪九十年代末,出现一些理论书籍
悬浮聚合 ---以水为介质, 在机械搅拌和分散剂(悬浮剂)存在下, 将不溶于水的单体分散为无数小液珠, 聚合在小珠内进行,在小珠内聚合情 况和本体聚合是一样的。 优点:水为分散介质,聚合热容易扩 散,聚合反应易控制,聚合物分子量 分布比本体聚合所得的要均匀, 缺点:因有分散剂,聚合物不纯.
磷酸三钙,十二 烷基苯磺酸钠
按溶剂分类: 溶剂型和无溶剂型
溶剂型
水做 溶剂
水性涂料
高固体份涂料
无溶剂型
溶剂型涂料
有机 溶剂
粉末涂料
光敏涂料
干性油
按用途分类:建筑涂料,工业涂料,功能涂料
建筑涂料
功能性 建筑涂料
内墙涂料
外墙涂料
工业涂料
汽车涂料 木器涂料 船舶涂料 家电涂料 塑料涂料
除装饰和保护以外的功能
功能涂料
耐热
抗菌
吸波
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