水性涂料的配方设计及其应用

水性涂料的配方设计及其应用

华南理工大学化学与化工学院

张心亚

二O二O年五月

1

三分树脂，七分配漆

一、水性涂料的配方设计

2

水性涂料的配方体系

•水性涂料，以水为分散介质和稀释剂的涂料。

•配方设计时，不仅要关注聚合物的类型、乳液及分散体的性能，合理选择各种助剂并考虑到各成分之间的相互影响进行合理匹配，还要针对特殊要求选用一些特殊添加剂，最终形成适用的配方。

✓单组份——一般性能

✓双组份——高性能、高附加值

3

水性涂料的配方体系

✓水性树脂✓成膜助剂✓抑泡剂和消泡剂✓流平剂

✓润湿剂✓分散剂✓流变助剂✓增稠剂✓防腐剂✓着色剂✓填料✓pH调节剂✓蜡乳液或蜡粉

✓特殊添加剂：如防锈剂、增硬剂、消光剂、抗划伤剂、增滑剂、抗粘连剂、憎水剂、耐磨剂、紫外线吸收剂等。✓离子水

4

单组份

水性涂料的配方体系

✓水性树脂✓成膜助剂

✓抑泡剂和消泡剂✓流平剂✓润湿剂✓分散剂✓流变助剂✓增稠剂✓防腐剂✓着色剂✓填料

✓pH调节剂✓蜡乳液或蜡粉

✓特殊添加剂：如防锈剂、增硬剂、消光剂、抗划伤剂、增滑剂、抗粘连剂、憎水剂、耐磨剂、紫外线吸收剂等。✓离子水✓固化剂5

双组份

水性涂料的配方体系

成膜物质

颜、填料

助剂

分散介质——水

8

水性涂料的配方体系_水性树脂

•水性树脂: 成膜的基料，决定漆膜的主要功能。

水性漆配方中，基料是形成漆膜并决定漆膜性能的关键组分。配方设计时应尽量提高水性树脂的用量，占体积比的60-70%，使得漆液中的有效成膜物含量尽可能多，这样才能保证制漆一道涂装漆膜较厚，丰满度高。

9

水性涂料的配方体系_水性树脂

✓丙烯酸乳液(Polyacrylic emulsions，PA)

✓聚氨酯分散体(Polyurathane dispersions，PUD )

✓水性环氧树脂

✓水性醇酸树脂

10

水性涂料的配方体系_颜填料及染料

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

11

☐颜料（pigments）是研磨得很细的、被分散于涂料中的颗粒或粉末，主要提供颜色、遮盖力和体积。很多同样的颜料既可以用于乳胶涂料、也可用于油性涂料中。它不溶于它所分散的介质中，一般是0.2-10μm的无机或有机粉末。

✓颜料的作用：提供色彩和装饰性、改善涂漆的理化性能、提高漆膜的机械强度、附着力、防腐性能、耐光性、流变性能和耐候性及其它特殊性能，降低成本。✓颜料（着色剂）：

主要针对色漆而言，使得水性漆具有所需颜色。

水性涂料的配方体系_颜填料及染料

☐染料（dyes）是一些能使纤维或其他物料相当牢固着色的有机物质，一般可溶解或分散于水，或溶于其他溶剂，或借适当化学药品使之成为可溶性——亦称为可溶性着色物质。✓

一般不作为涂料的组成成分，少数透明着色清漆中有用。

水性涂料的配方体系_颜填料及染料

水性涂料的配方体系_颜填料及染料

☐填料（fillers）的作用是降低涂料的成本和增加涂层机械强度。

✓添加一定分量的填充料可以提高涂料的填充性、打磨性以及机械强度。

✓如果添加填料的比例过量，就会降低涂料在很多方面的性能，如：附着力、透明度、耐磨性等。

水性涂料的配方体系_颜填料

•填料：主要用于腻子和实色漆中，增加固体分并降低成本。

实色漆中，以白漆为例，钛白粉用量要能保证漆膜有足够的遮盖力，钛白粉的用量不应低于13％，但也不必高于22％，这种情况与溶剂型白漆是一样的。

16

水性涂料的配方体系_颜填料

•填料

✓填料可少加或不加。然而，水性腻子中必须加少量填料，如滑石粉、重钙以及硬脂酸锌等，总用量在15％～30%之间均可。

✓填料越多，腻子的透明性越差，但填隙性越好。

17

水性涂料的配方体系_颜填料

•填料

配方中有颜填料时要加入颜填料总量2％～10％的润湿分散剂帮助颜填料的分散。

18

水性涂料的配方体系_颜填料

•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。

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。