第5章涂料.

1张颂培北京工商大学理学院2013.09.01教学课件精细化学品化学第4章涂料化学2第4章涂料化学•4.1概述•(含义、作用、组成、分类、命名、配方设计等)•4.2涂料应用原理•4.3树脂涂料•4.4水性涂料•4.5粉末涂料•4.6功能涂料•4.7涂料发展趋势3排名企业销售额1.AKZONOBEL(NED)阿克苏诺贝尔(荷兰)170.5亿美元2.PPGIndustries(U.S.)PPG工业(美国)125.4亿美元3.Sherwin-Williams(U.S.)宣威-威廉姆斯海洋保护(美国)78.4亿美元4.DUPONT(U.S.)杜邦(美国)50.5亿美元5.BASF(GER.)巴斯夫(德国)45.3亿美元6.RPMInc(U.S.)RPM国际(美国)34.1亿美元7.DiamondPaints(U.S.)钻石涂料(美国)33.2亿美元8.SACAL(U.K.)三彩国际(英国)32.8亿美元9.VALSPAR(U.S.)威士伯(美国)32.2亿美元10.NipponPaint(JPN)立邦涂料(日本)26.3亿美元2011年世界十大涂料品牌排名4国内涂料企业面临问题•产业力量薄弱，缺少核心技术•产品质量缺乏保证，市场混乱•国内品牌缺乏公信力•缺乏相应的国家标准、行业标准54.1概述涂料是一种可借特定的施工方法涂覆在物体表面上，经固化形成一定强度的连续性保护膜，或者形成具有某种特殊功能涂膜的一种精细化工产品。作用：保护装饰标志其它特殊的作用如：阻燃、示温、隐身、抗静电6涂料组成涂料清漆颜料体质颜料着色颜料成膜物质液体添加剂（助剂）溶剂稀释剂主体材料，决定涂膜光泽、硬度、柔韧性、耐冲击性、耐候性等无机颜料、有机颜料、防锈颜料滑石粉、碳酸钙、硫酸钡色漆腻子加有颜料的不透明体为色漆（磁漆、调合漆、底漆）加有大量体质颜料的稠厚浆状体7添加剂（助剂）•流平剂•增稠剂•表面活性剂•颜料分散剂•增塑剂•固化剂（交联剂）•催干剂•稳定剂溶剂、水/醇、丙烯酸酯聚合物、增稠剂、环氧化豆油和氢化松香醇合成高分子丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸钠、聚醚OP非离子型聚磷酸盐、表面活性剂、合成高分子有机胺金属皂类8组成原料主要成膜物质油料动物油：牛油、带鱼油等植物油：豆油、亚麻仁油、桐油等树脂天然树脂：松香、沥青、虫胶等合成树脂：醇酸、氨基、丙烯酸、环氧树脂等次要成膜物质颜料无机颜料：钛白、氧化锌、铬黄、铬绿等有机颜料：酞青蓝、甲苯胺红等防锈颜料：红丹、锌铬黄、偏硼酸钡等体质颜料滑石粉、碳酸钙、硫酸钡等辅助成膜物质助剂增塑剂、催干剂、稳定剂、防霉剂、乳化剂、润湿剂、固化剂、引发剂等挥发物质液体石油溶剂、苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、丙酮、丁醇、乙醇、水等涂料组成9涂料分类•成膜物质分类•用途分类•施工方法分类•涂料特殊功能分类•漆膜外观分类•形态分类油性漆、天然树脂漆、酚醛树脂漆、沥青漆、橡胶漆建筑、车辆、家具、标志、船舶打底漆、防腐防火漆、防霉漆大红漆、无光漆、亚光漆、皱纹漆、有光漆刷用漆、喷漆、烘漆、电泳漆溶剂漆、水溶性、乳胶、粉末、固体、单组分、双组分涂料等10涂料分类表11涂料命名1.命名原则全名＝颜料或颜色名称+成膜物质名称+基本名称例如红醇酸磁漆，锌黄酚醛防锈漆2.涂料型号组成分三部分成膜物质、基本名称、序号组成例如F04-23.辅助材料型号分两部分种类+序号例如：G-2G-催干剂，2是序号F代表酚醛树脂，04代表磁漆，2是序号12代号代表名称代号代表名称代号代表名称0001030405060709清油清漆调和漆磁漆粉末涂料底漆腻子大漆1112131415161718电泳漆乳胶漆其它水溶性漆透明漆斑纹漆锤纹漆皱纹漆裂纹漆1920222353545560晶纹漆铅笔漆木器漆罐头漆防锈漆耐油漆耐水漆防火漆辅助材料代号表序号代号名称12345XFGTH稀释剂防潮剂催干剂脱漆剂固化剂基本名称编号表13涂料配方设计和性能测试•配方设计•性能测试明确性能要求，研究涂料背景材料，了解配方可行性。掌握原料性质及其相互关系、控制玻璃化温度，控制交联密度因素，通过性能测试确定配方。液体性能检查－－透明度、颜色、黏度、贮存稳定性施工性能检查－－打磨性、遮盖力、使用量、干燥时间等成膜后的漆膜质量－－膜厚度、光泽、颜色、附着力、耐黄变等专门性能检查－－耐候性的大气暴晒及人工老化试验防盐雾、防湿热、防霉菌、防腐蚀、耐化学性能等144.2涂料应用原理•涂料的物理性能附着力硬性、韧性和耐久性柔软性耐候性易修补性、表面整新性和抗溶剂性交联反应固化的涂膜优于非交联固化的涂膜；线性聚合物分子量越大，涂膜性能越好交联点分隔远些；线性聚合物加入适量小分子化合物线性聚合物作基料的涂料具有较好的打磨性能15涂料的固化机理物理机理干燥化学机理干燥涂料与空气发生反应而交联固化涂料组分之间发生反应而交联固化分包装，使用时现用现配选择常温下不反应，只在高温下或热辐射时才反应的组分氧气和水蒸气活化作用油脂漆醇酸树脂漆氨基树脂交联的热固性醇酸树脂、聚酯和丙烯酸涂料挥发性漆和乳胶漆用溶剂充分稀释使组分未用前反应缓慢16•组成•干燥原理•双键数目位置等影响成膜，例如干性油（1）共轭结构干燥速度快于非共轭结构油桐油48-72小时亚麻油120小时（2）非共轭脂肪酸必须含有3个双键才能在室温干燥，2个双键酸烘烤温度才能干燥。（3）加入催干剂后，干燥速度明显加快。桐油75分钟亚麻油135分钟干性半干性油、油溶性树脂、颜料、催干剂、溶剂、填料氧化聚合过程桐油、亚麻仁油、豆油、棉子油4.3.1油基树脂涂料(油漆)4.3树脂涂料17•特点优点：涂刷性能好，涂膜柔韧、耐候性优良，润湿性好；生产简单、价格便宜、施工方便。缺点：干燥缓慢，漆膜不能打磨抛光，水膨胀性大，光泽、硬度、耐碱性不及树脂漆184.3.2沥青涂料沥青组成矿物油、树脂质、沥青质、沥青酸等天然、石油、焦油沥青涂料组分沥青、油类、树脂、催干剂、颜料、溶剂、填料沥青分类19沥青涂料特点优点：耐水性好耐酸碱性好良好的电气绝缘性来源丰富成本低生产工艺简单缺点：不耐强酸氧化剂不耐有机溶剂耐温性差用于防腐涂料、金属保护涂料、电气绝缘涂料20•醇酸树脂组成多元醇甘油、季戊四醇、山梨醇等多元酸邻苯二甲酸酐、苯二甲酸、癸二酸等单元酸植物油脂肪酸、合成脂肪酸、松香酸等植物油桐油、亚麻仁油、豆油、蓖麻油CH2CHCH2OCLOCLOOOCOL+CH2CHCH2OHOHOHCH2CHCH2OOCOHOOCLL+OHCH2CHCH2OOCLOHCOCOO+OHLCH2CHCH2OOCOH+LLOOCOHCH2CHCH2OOCCH2CHCH2OCOOCOLCOOCH2CHOCOCH2OCOLCOOCH2CHOCOCH2OCOLCOOCH2CHCH2OOCOCOLL4.3.3醇酸树脂涂料21•醇酸树脂涂料分类按油品种分类按油含量分类干性油醇酸树脂涂料、不干性油醇酸树脂涂料超常油度、长油度、中油度、短油度、超短油度醇酸树脂涂料油度越高，涂膜柔韧耐久，有弹性，适于涂装室外用品;油度越低，涂膜多硬而脆，光泽、保色、抗磨性好，但不耐久，适于室内用品涂装。干性油醇酸树脂干燥快、硬度大、易变色不干性油醇酸树脂用与其他树脂（氨基、硝基）合用，保光、保色性好、防漆膜收缩。油度：油脂（脂肪酸）含量多少或苯二甲酸酐多少超长油度：油量＞70%（苯酐＜20%）长油度：油量60-70%（苯酐20-30%）中油度：油量46-60%（苯酐30-34%）短油度：油量35-45%（苯酐＞35%）超短油：油量＜35%22•特点优点：干结成膜快、不易老化、耐候性好，光泽持久不退，涂膜柔韧坚牢，耐摩擦，抗溶剂性良好，烘烤后绝缘性、耐油性大大提高，用途广泛。缺点：成膜快但完全干燥时间长，耐水性差，不耐碱，防湿热、霉菌和盐雾性能不能完全保证。23•特点•类型热塑性丙烯酸树脂涂料热固性丙烯酸树脂涂料色泽优良；耐光、耐热和耐候性好，长期贮存不变质；耐一般酸、碱、醇和油脂；可制成中性涂料，可加入金属粉显现金属光泽。加热加入交联剂4.3.4丙烯酸树脂涂料244.3.5环氧树脂涂料4.3.6异氰酸酯涂料4.3.7聚酯涂料4.3.8酚醛涂料4.3.9橡胶涂料4.3.10有机硅涂料254.4水性涂料水性涂料水分散性涂料水溶性涂料乳液涂料26•主要组分成膜物质、中和剂、助溶剂、固化剂、颜料、水•分类4.4.1水溶性涂料二乙胺、乙醇胺、氨乙醇、甲基溶纤素、二乙二醇甲醚27性质及应用干燥时间长，不适用木材、纸张涂膜耐腐蚀性差成本低，无挥发溶剂，有利环境和人身安全，但中和剂、助溶剂、固化剂对环境人身有影响。作底漆，在自行车、钟表、小五金方面应用水溶性问题：将聚合物中亲水基团（羧基、酰胺基）成盐增加水溶性不含羧基的引入羧基再中和成盐加助溶剂游离羧基问题：控制树脂酸价，用碱中和，然后交联剂交联基本原理4.4.1水溶性涂料28•组成•常见类型丙烯酸酯乳液涂料聚乙烯树脂涂料4.4.2乳液涂料成膜物质增塑剂增稠剂分散剂润湿剂消泡剂防腐剂防冻剂防锈剂防霉剂乳化剂29•配方设计重要参数--颜料与漆料比例颜料体积浓度（PVC）PVC=颜料体积/(成膜物质体积+颜料体积)100/ρB=----------------------------100/ρP+OA/ρBρB-成膜物质密度ρP-颜料密度OA-颜料吸油量30临界颜料体积浓度（CPVC）成膜物质刚好填满颜料颗粒空间空隙而无多余量时颜料体积与成膜物质体积比1CPVC=------------------1+(OA•ρ/93.5)1CPVC=----------------------------1+Σ[(OA•ρ•V）/93.5]颜料体积CPVC=--------------------------成膜物质体积+颜料体积某种颜料粉体占总颜料粉体体积百分比（%）31•PVC＞CPVC底漆、内墙涂料•PVC＜CPVC面漆、外墙涂料32•某个乳液涂料配方中聚醋酸乙烯酯作成膜物质（漆料），颜料含金红石钛白100kg,重钙200kg，硅灰石100kg,硫酸钡80kg，乳液用量120Kg,计算涂膜空隙率及漆料用量是否合适（做面漆用），若不合适如何改进？•注：（1）密度：金红石钛白4.2kg/m3,重钙2.2kg/m3，硅灰石2.75kg/m3,硫酸钡4.47kg/m3，聚醋酸乙烯酯1kg/m3（2）乳液的不溶物(成膜物)含量48%（3）颜料吸油量金红石钛白16,重钙13，硅灰石18,硫酸钡6结果：CPVC=68.8%PVC=72.5%涂膜空隙率3.7%33特点：4.5粉末涂料不含有机溶剂利用率高涂膜的机械性能比溶剂型涂料好膜层厚生产工艺复杂成本高涂装设备特殊烘烤固化，施工有粉尘有爆炸危险34组分：树脂、固化剂、流平剂、稳定剂、颜填料等助剂。环氧树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂树脂满足条件354.6功能涂料防锈涂料防污涂料耐热涂料导电涂料绝缘涂料防火涂料示温涂料伪装涂料磁性涂料含氟涂料夜光涂料美术漆36•防锈涂料•锈面涂料4.6.1防锈涂料渗透型稳定型渗透到锈层，将锈封闭，阻隔氧气和水分渗透到锈层活性颜料稳定锈层，生成杂多酸络盐、尖晶石结构、Fe2O3等37•功能船舶的防污，用于船底，杀死附在船底的海洋生物，防止船底被腐蚀。•组成防污剂、成膜物质、溶剂、助剂•防污剂4.6.2防污涂料无机防污剂有机防污剂金属氧化物及其盐类有机锡、有机硫、有机铅化合物(CH3)2NCSSSCSN(CH3)2福美双38•在200℃以上涂膜不变色、不脱落，仍能保持适当物理机械性能的涂料。•用于高温蒸汽管道、热交换器、发动机部位、排气管、烟囱、耐高温部件。•组分耐热材料：耐热成膜物质有机-杂环聚合物、元素有机（主要含硅、氟、钛）无机—硅酸乙酯、硅酸盐、硅溶胶、磷酸盐耐热填料耐热颜料4.6.3耐热涂料滑石粉、云母粉、石棉粉、玻璃粉钛白、氧化锌、氧化锑、炭黑、金属粉等39•涂覆在绝缘体表面可以形成导电涂膜，并能排除积聚的静电荷的涂料类型。•类型4.6.4导电涂料掺合型结构型导电填料----金属粉末或金属合金粉末（银、铜、镍、铝等）抗静电剂----表面活性剂（