高分子材料概论-胶粘剂与涂料

第二章：高分子材料概论2.6胶粘剂与涂料主要内容：2.6.1 涂料概述2.6.2 主要的涂料用树脂2.6.3 印刷油墨2.6.4 胶粘剂概述2.6.5 主要的胶粘剂树脂2.6.6 思考题2.6.1 涂料概述涂料是指用于涂覆在物体表面起保护、装饰作用或赋予某些特殊功能的材料。

涂料俗名油漆，因为中国古代用漆树的树脂作涂覆层用于涂覆木制家具和其它器物上，称为漆或大漆。

后来用合成树脂和干性油、半干性油熟制成涂料可代替中国漆使用，把这种合成的涂料称为油漆，习惯使然至今许多人仍改不过口来。

涂料操作时，底涂层、面涂层很少称涂料，还是叫底漆、面漆。

涂料应用的场合很多，被涂覆的表面材料常称基材，基材有金属和非金属，以及其它材料，如钢铁、铝、合金、木材、混凝土、砖石、塑料、皮革、纸张等。

涂料涂覆在物体表面，形成一层涂膜，涂膜和它的组成不同，就有不同的作用。

一般说来，涂料或涂膜、涂层的作用主要是起保护作用和某些功能作用。

涂料涂层的保护作用是不言而喻的，由于涂层膜的隔绝，使大气中的氧、水气、CO2、微生物、盐雾、污垢物以及紫外线、昆虫等不能直接接触到被涂覆的竹、木、纸、皮革、金属、砖石等，从而起保护作用或者起到防腐作用，这在工业上的应用是屡见不鲜的。

有些场合就称防锈漆、防腐漆等等。

涂料的功能作用可分为装饰性、标志性和特殊功能性三种。

装饰性是人类运用得较早的一种功能；许多涂层也许初期出于装饰的想法，后来“意外”地发现它们还有其它作用，因此，涂料从一开始就注意颜色和颜料的运用。

随着人们对生活质量的注重，对美化工作环境、生活环境的涂料提出了高的要求，既要求绚丽多彩的外观，又要求无毒、不脱落等等。

这些都有赖于彩色涂料来实施。

至于标志的作用，已广泛用于道路、路标、警示牌、信号牌等，而化工产品的包装和管道、容器，甚至都有标准规定的色彩标志，如氧气钢瓶涂上天蓝色，氯气钢瓶为墨绿色．危险物管道涂上红色，氢气钢瓶要涂有红色条杠等等。

现在，功能涂料已层出不穷，如迷彩涂料、伪装涂料、防辐射涂料、防火涂料、防水涂料、耐高温涂料、导电涂料、防污涂料，防结露涂料、静电屏蔽涂料、发射红外线的涂料、干扰红外线的涂料、干扰电磁波的涂料、示温涂料等等，不一而足。

涂料的运用与环境协调的问题已引起人们的重视。

许多“绿色”的或者水基性涂料纷纷开发应用，对涂料的基础研究还在深入。

涂料的命名一直较为混乱。

从高分子学科的角度去研究涂料，一般都是以涂料当中的高分子树脂来命名或加以研究。

涂料当中的高分子树脂，可能是天然的，也可能是人工合成的，或天然树脂改性的。

涂料的一般组成示意如有图。

涂料的分类方法很多，现介绍如下几种分类方法：1）按涂料的功能可分为：大多数特种涂料获得的功能来自添加剂。

例如加入玻璃微珠，制成回归反射涂料，可作道路标志漆；加入荧光染料或荧光染料与高分子接枝物，制成荧光涂料；加入磁粉组成磁性涂料；用导电性石墨、铜粉制成导电涂料；加入有机锡毒料、有机铜毒料等可以制成防污涂料，防止舰船底部海洋生物的附着，有些高分子材料接枝毒饵功能基，成为毒饵高分子，作防污涂料，功能胜过前者；添加感温颜料或感温高分子材料，制成示温涂料；添加一些硼化物、碳化物、氮化物、硝化物等特殊材料制成红外辐射涂料等等。

至于耐高温涂料、耐烧蚀涂料都与有机硅树脂、有机氟材料和填料有关。

2）按照涂料使用形态分类：3）按照用途分类：目前国外厂家常把涂料按用途来分，如建筑涂料、汽车涂料、桥梁涂料、排风管涂料、飞机涂料、船舶涂料、家电涂料、机床涂料、塑料涂料、罐头涂料、彩钢涂料、蒙皮涂料、伪装涂料、抗干扰涂料、木器涂料、家具涂料、地板涂料、仿瓷涂料、外墙涂料、内墙涂料、玩具涂料、纸张涂料、喷塑涂料、道路涂料等等。

2.6.2 主要的涂料用树脂1）醇酸树脂和聚酯树脂这是最早用于涂料的品种之一，由多元酸和多元醇聚合而成，聚合条件一般不苛刻。

早期的醇酸树脂合成中要加入植物油或椰子油、亚麻油、梓油、脱水蓖麻油、棉籽袖等，有含双链的，有单官能团的，有多官能团的。

从早期一直沿袭至今，变化不入。

这类醇酸树脂，有一部分依赖天然产物，称含油醇酸树脂。

现在有许多合成的醇酸树脂，不加油脂，而全部用二元酸和多元醇反应，称为无油醇酸树脂。

合成醇酸树脂用的二元酸一般是2—10个碳的二元酸，常用的多元醇则有乙二醇、丙二醇、丁二醇、辛二醇、己二醇、新戊二醇、丙三醇、季戊四醇、三甲醇丙烷(三羟甲基丙烷)等多元醇，多元醇的伯、仲、叔碳上羟基活性不同，利用这个原理，可以在投料配比上控制生产山基本上是线性的预聚体。

醇酸反应生成聚酯，但人们习惯上不称它为聚酯，而把那些使用芳香族二酸的，如邻苯二甲酸酐、对苯二甲酸与多元醇“醇酸”聚合的高分子称为聚酯。

如果聚酯预聚物中没有双键，称为饱和聚酯，预聚物中含有双键的称不饱和聚酯。

用作醇酸或聚酯涂料的树脂，往往不是使用单一的多元醇，而是二元醇和多元醇混用。

长链、短链的醇混用，可以调整高分子链条的刚性柔性，使涂料最终形成的高分子膜具有各种特性，或韧或刚或硬或软或强或柔。

醇酸树脂原料易得，制造工艺简便，综合性能好，用量一直居于涂料中的树脂首位。

醇酸树脂含有大量酯基，因而耐水性、耐碱、耐化学药品性要略逊一些，但这种高分子链中有羟基、羧基、酯基，有些还有双键、苯环，所以改性的路子很宽，也收到较好的效果。

例如用氨基树脂、环氧树脂、异氰酸酯或聚氨酯、氯化橡胶、丙烯酸酯、有机硅树脂改性等等。

用聚酰胺改性醇酸树脂，可用来制取触变性涂料。

其在静止状态时呈冻胶状，而当受到剪切力作用，如在搅拌或在刷涂时，就会变成低粘度的液体，便于施工，剪切力停止，逐步恢复冻胶状。

2）醛系树脂醛系树脂是指通过与醛类化合物制得的合成树脂，所使用的醛类以甲醛为主。

常见的醛系树脂主要有酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、或者他们的改性树脂。

苯酚和甲醛在酸催化作用下，生成基本上是线性的树脂，固化时要加入交联剂，最常见的是六亚甲基四胺。

碱催化的酚醛树脂是预交联体，在反应的第一阶段终止，交联未形成，而是一些多官能度预聚物，一般加热130—180oC固化交联，或在室温下强酸作用也可固化，固化后为不熔不溶的热固性树脂。

酚醛树脂粘附力强，固化后有极好的耐热、耐候、耐化学腐蚀性和好的绝缘性能。

广泛用于木器、家具、建筑、机械、船舶、电气及防腐涂料。

但酚醛树脂色深，不宜配成浅色涂料。

尿素和甲醛生成脲醛树脂，三聚氰胺和甲醛反应生成三聚氰胺甲醛树脂，这两种有时候统称为氨基树脂。

氨基树脂固化时变硬变脆，一般不单独作涂料用，常作为“交联剂”用于含羟，羧、酰胺基的其它树脂。

3）环氧树脂环氧树脂中仅有羟基和醚链，没有酯基，因而耐水、耐碱性很好。

它有极好的粘附力，收缩率低(不到2％)，不如不饱和树脂收缩率高(达10％以上)，韧性优于酚醛树脂，又能和多种树脂相容，可以共混和改性，而且常温下为固体的适于作粉末涂料。

环氧树脂要加固化剂才能交联固化，通常用多胺固化，所以环氧涂料多为双组分。

固化剂有多元酸、多元酐、氨基树脂、酚醛树脂、多元硫醇等。

环氧树脂与一种称为潜在型固化剂配合，可以作成单组分涂料，这种固化剂在室温下稳定，一旦高温，即起交联作用。

由于环氧树脂可以室温固化，常用作防腐涂料尤其用作大型构件如船舶、建筑物、桥梁等的防护涂料。

环氧树脂可以一次涂刷较厚，作容器涂料又有很强的粘着力，可作电绝缘漆和化工设备防腐底漆。

4）聚氨酯树脂聚氨酯树脂是通过多异氰酸酯类物质与多元醇（酚）反应制得的合成树脂，又称PU树脂。

由于异氰酸酯的反应活性很高，能和绝大多数的醇类物质发生反应，因此PU树脂的分子设计灵活，根据不同种类异氰酸酯和醇（酚）以不同配比组合制备不同性能的树脂，从坚硬的到柔韧的，光亮的，消光的，尤其是涂膜有一定弹性、韧性，是其它涂料不能相比的。

聚氨酯涂料粘附力特别好，耐磨性特优，通常涂膜坚硬，光亮，柔韧，而且耐油、耐酸、碱、盐和一些化学药品，广泛应用于地板、甲板以及金属、水泥、橡胶塑料的涂装。

PU涂料具有很好的耐气候性，耐低温性，可耐—40o C，耐热性好，有些高温绝缘性能接近聚酰亚胺，有优良的电气性能，浸渍漆包线可以自焊自粘。

聚氨酯涂料使用范围广泛，能在室温固化，也能加热固化，施工性能好，对于大型物件的涂料施工，不受季节影响。

聚氨酯涂料可以与多种树脂混用，出现许多新的品种。

尽管这种涂料较贵，但由于其性能优异，因此在重要的场合应用，有不可替代的作用。

用于飞机、船舶、舰艇、车辆的涂装，这些场合一般环境条件严酷，其涂装涂料要求特别高，用聚氨酯涂装飞机外壁，寿命可延长50％，可使用5年，而且涂膜平滑，飞行阻力小，又特别耐磨，飞过冰雹层，也不能受伤害。

聚氨酯粘附力很强，用于船舰金属底漆，与金属和面漆结合良好，是任何水下用涂料不可比的。

用于船舰的水上部分涂装和油箱包的防腐，可以耐盐蚀、油蚀，五六年不被损坏。

用于车辆装涂，可防晒、防磨，耐洗刷。

聚氨酯徐料用于建筑物涂装，从室内到室外，涂层耐磨，光亮丰满。

用于木材表面涂装、塑料、金属、橡胶、皮革、化工设备、油品贮运设备、机床、电线涂覆，各具特色。

5）聚丙烯酸酯聚丙烯酸酯是丙烯酸类单体，如丙烯酸甲酯、乙酯、丁酯、羟基乙酯、羟基丙酯、甲基丙烯酸甲酯的均聚物、共聚物以及与其它烯烃的共聚树脂等。

聚丙烯酸酯耐光、耐候、耐户外阳光曝晒、耐紫外光、耐热性好，在170oC 不分解，更高的温度如230oC可以不变色，耐酸、碱、洗涤剂，耐化学腐蚀，在汽车、家具、家电、仪表、建筑等行业得到广泛应用。

各种单体侧基的长短，与分子柔性有关，调整投料比例可以得到许多种热塑性和热固性树脂。

热固性树脂是利用含有羟乙酯、羟丙酯的单体，或含羧基的丙烯酸，含氨基、酰胺基的单体共聚合以后，在大分于链中有许多活性官能团，用环氧、聚氨酯(二异氰酸酯)、三聚氰胺甲醛树脂等进行固化。

丙烯酸树脂的性能与合成它们的单体有较大关系，随着聚合物侧链长度的增大，拉伸强度和硬度减少，而柔韧性和防开裂性则增加，耐寒性变得很好。

丙烯酸树脂与许多树脂的相容性较好，可以很好地共混改性。

由于它在合成中可能引入反应性基因，因此适用于与多种树脂化学改性，变得多种多样。

热塑性丙烯酸酯涂料主要用作汽车面漆和修补漆，金属涂层的底漆，地板涂层等等。

热固性聚丙烯酸酯涂料用作家电涂料最为广泛，用环氧树脂固化，其粘附力优良，又耐污，无需底漆，施工简便。

用氨基树脂固化或与多种树脂改性，用作汽车滦获得多种性能，应用最广。

此外还用作各种金属材料、板材、卷材的涂层。

6）乙烯基树脂及其它乙烯类树脂主要是聚氯乙烯、氯乙烯和乙酸乙烯的共聚物。

与其它树脂不甚相同的是，它通常采用悬浮聚合法获得高分子，不像醇酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚丙烯酸酯那样采取溶液聚合或本体聚合的方法。

悬浮法制得的树脂为球粒状固体，再将它们制成溶液或溶胶，可作化工防腐涂料、船底涂料、海上钻井平台涂料、海洋水下设施涂料等。