精细化工工艺学_第四部分 3.涂料

第八章涂料精细化工工艺学概述乳液涂料环保涂料01020304着色涂料目录8.1概述1.涂料的定义是一种可借特定的施工方法涂覆在物体表面上，经固化形成连续性涂膜的材料。通过它可以对被徐物体进行保护、装饰及其它特殊的作用。8.1概述2.涂料的作用1）保护作用涂料能防止材料磨损以及隔绝外界的有害成分影响。•金属材料，尤其是钢铁，容易受到环境中腐腐蚀性介质、水分和空气中氧的侵蚀和腐蚀；•木材易受潮气、微生物的作用而腐烂；•塑料会受光和热的作用而降解；•混凝土易风化或受化学品的侵蚀；•等等。8.1概述2）装饰作用美观，丰富生活色彩。由于涂料很容易配出成千上百种颜色，色彩丰富；涂层既可以做到平滑光亮，也可以做出各种立体质感的效果。8.1概述3）色彩标志危险品的容器、各种管道、机械设备，用各种颜色的涂料作为标志。标志作用是利用色彩的明度和反差强烈的特性，引起人们警觉，避免危险事故发生，保障人们的安全。8.1概述8.1概述4）特殊功能作用功能涂料是一类基于涂料结构和组成，并与光学、声学、力学、电磁学和生物学结合发展起来的专业性强、具有特定功能的新材料。（1）力学功能：耐磨涂料、润滑涂料等；（2）热功能：耐高温涂料、阻燃涂料等；（3）电磁学功能：导电涂料、防静电涂料等；（4）光学功能：发光涂料、荧光涂料等；（5）生物功能：防污涂料、防霉涂料等；（6）化学功能：耐酸、碱等化学介质涂料。8.1概述吸波涂料是一种能够吸收电磁波而反射、散射和透射都很小的功能材料，广泛应用于电磁辐射污染的消除与防护，用来弥补屏蔽体效果不理想的缺陷，还能解决屏蔽材料所无法解决的整体电磁辐射污染环境净化难题，它的工作原理和性能类似于隐形飞机涂层，它以吸收电磁波能量转换为热能，并散发到空间，达到热平衡，是一种干净、消除电磁波污染的高级手段。8.1概述防火涂料是用于可燃性基材表面，能降低被涂材料表面的可燃性、阻滞火灾的迅速蔓延，用以提高被涂材料耐火极限的一种特种涂料。防火涂料涂覆在基材表面，除具有阻燃作用以外，还具有防锈、防水、防腐、耐磨、耐热以及涂层坚韧性、着色性、黏附性、易干性和一定的光泽等性能。8.1概述8.1概述3.涂料的发展西班牙阿尔塔米拉洞窟法国拉斯科洞窟中国仰韶文化时期的彩陶艺术8.1概述天然成膜物质的使用中国是世界上使用天然成膜物质涂料——大漆最早的国家。商代（公元前17~11世纪），发现了漆器的残片；春秋时代（公元前770~476），熟练掌握了桐油制涂料；战国时代（公元前475~221），桐油和大漆制造复配涂料。巴比伦——在公元前已使用沥青作为木船的防腐涂料；希腊——掌握了蜂蜡涂饰技术；埃及——公元初期，采用阿拉伯树胶制作涂料。明，黄成（黄大成）《髹饰录》系统总结了大漆的使用经验。涂料工业的形成：18世纪合成树脂涂料时期19世纪中期1790年，英国创立了世界上第一家涂料厂；1820年法国，1830年德国，1843年奥地利，1881年日本；1915年，上海开林颜料油漆厂——中国第一个涂料生产厂。起点：1855年，英国硝酸纤维素制造涂料，第一个合成树脂涂料工厂。1990年，美国制成醇溶酚醛树脂涂料。8.1概述8.1概述突破：合成树脂涂料时期1927年，美国通用，醇酸树脂涂料：摆脱了以干性油和天然树脂混合炼制涂料的传统方法。大发展时代：40年代，美、英、荷、瑞士生产环氧树脂；50年代，德国拜耳生产聚氨酯涂料；60年代初，美国杜邦开发了丙烯酸树脂涂料；第二次世界大战，美国开发了丁苯胶制水乳胶；50~60年代，开发了聚醋酸乙烯酯胶乳和丙烯酸胶乳涂料；1952年，德国塞恩发明了乙烯类树脂热塑粉末涂料。8.1概述新阶段节省能源、资源；减少污染、有利于生态平衡和提高经济效益方向发展。高固体涂料、水性涂料、粉末涂料、辐射固化涂料；阴极电沉积涂料；有机-无机聚合物乳液涂料；功能性涂料。8.1概述4.涂料的组成1）基料（主要成膜物质）a．成膜物质的作用它能形成薄层涂膜，涂膜提供所需要的各种性能。它还能与涂料中所加入的必要的其他成分混合（如溶剂、颜料、助剂等）形成均匀的分散体。b．分类①.非转化型成膜物质——大部分为热塑性树脂。②.转化型成膜物质——大部分为热固性树脂。天然树酯成膜物质热塑性树脂合成树脂热固性树脂8.1概述2）挥发性组分（溶剂）将成膜物质溶解或分散为流态，而便于制备和施工。而施工后不能从涂膜中挥发出去，使涂膜成为固态物质。•常用的溶剂有，脂肪烃、芳香烃、醇、酯、醚、酮等。•一种涂料可使用一个溶剂品种，也可以使用多个溶剂品种（混合溶剂）。避免或降低使用挥发性有机化合物（VOC，volatileorganiccompounds）是涂料发展的一个重要趋势。8.1概述3）颜料（次要成膜物质）a．作用它是色漆的主要组分之一，使涂膜呈现色彩，具有遮盖能力，以发挥其装饰和保护作用。有的还能增强涂膜的机械性能和耐久性能或给涂膜提供某种特殊功能（导电、阻热、示温、绝热等），降低成本。b．分类天然按来源合成无机按化学成分有机着色按作用体质（填料）8.1概述4）助剂（辅助成膜物质）a．作用对涂膜某方面的性能起改性作用。生产中根据涂料的性能要求来选择助剂。b．种类①对涂料生产过程发生作用的助剂。如：消泡剂、润湿剂、分散剂、乳化剂等。②对涂料贮存过程发生作用的助剂。如：防桔皮剂、防沉淀剂等。③对涂料施工成膜过程发生作用的助剂。如：催干剂、固化剂、流平剂、防流挂剂等。④对涂料性能发生作用的助剂。如：增塑剂、防霉剂、阻燃剂、防静电剂、紫外线、吸收剂。8.1概述5.涂料的分类及命名经原化工部1976年确定，1975年和1982年修改，涂料按成膜物质为基础分为17类，另加一辅助材料，共18类。见表8-1。序号代号（汉语拼音）成膜物质类别主要成膜物质1Y油性漆类天然动植物油、清油（熟油），合成油2T天然树脂漆类松香及其衍生物虫胶乳酪素动物胶大漆及其衍生物3F酚醛树脂漆类改性酚醛树脂、纯酚醛树脂、二甲苯树脂4L沥青漆类1天然沥青石油沥青媒焦沥青5C醇酸树脂漆类甘油醇酸树脂季戊四醇醇酸树脂其它改性醇酸树脂6A氨基树脂漆类1脲醛树脂三聚氰胺甲醛树脂8.1概述序号代号（汉语拼音）成膜物质类别主要成膜物质7Q硝基漆类改性硝基纤维素8M纤维素漆类乙基纤维、苄基纤维羟甲基纤维醋酸纤维醋酸丁脂纤维等9G过氯乙烯漆类过氯乙烯树脂、改性过氯乙烯树脂10X乙烯漆类氯乙烯共聚聚醋酸乙烯及其共聚物聚乙烯醇缩醛含氟树脂等11B丙烯酸漆类丙烯酸酯丙烯酸共聚物及其改性树脂12Z聚酯漆类保护聚酯不饱和聚酯树脂8.1概述序号代号（汉语拼音）成膜物质类别主要成膜物质13H环氧树脂漆类环氧树脂改性环氧树脂14S聚氨酯漆类聚氨基甲酸酯15W元素有机漆类有机硅有机钛有机铝等元素有机聚合物16J橡胶漆类天然橡胶及其衍生物合成橡胶及其衍生物17E其它漆类如无机高分子材料聚酰亚胺树脂等18辅助材料稀释剂防潮剂催干剂脱漆剂固化剂8.1概述A、按用途分类：建筑、车辆、船舶、家具、标志、导电、电绝缘、防蚀、耐热、防火、示温、发光、杀虫、等专用的系列涂料。B、按施工方法分为：刷用漆、喷漆、烘漆、电泳漆等。C、按涂料的作用可分为：打底漆、防锈漆、防火漆、防腐漆、头度漆、二度漆等。D、按涂膜外观可分为：有光漆、无光漆、半光漆、皱纹漆等。其他分类E、按形态可分为：溶剂型、水溶性、乳胶、粉末、固体、单组分、双组分涂料等。8.1概述涂料的命名•全名=颜料或颜色名称+成膜物质名称+基本名称例：锌黄酚醛防锈漆•全名=颜料或颜色名称+成膜物质名称（用途或特性）+基本名称例：醇酸导电磁漆，白硝基外用瓷漆8.1概述6.涂膜的固化机理由非转化型成膜物质组成的涂料的物理方式①溶剂或分散介质的挥发成膜，与挥发能力相关联，也与成膜时的条件（温度、通风条件）和漆膜的厚度有关。硝酸纤维素漆、过氯乙烯漆、沥青漆、热塑性乙烯树脂漆、热塑性丙稀酸树脂漆、橡胶漆都属于这类物理成膜方式。1）物理成膜8.1概述②聚合物粒子凝聚成膜方式分散介质挥发聚合物粒子接近、接触、挤压变形聚集起来由粒子状态聚集变为分子状态聚集成膜。水溶性涂料、塑性溶胶涂料（高聚物粒子溶胀、凝聚），固态的粉末涂料在受热条件下通过高聚物粒子热熔，凝聚成膜却属于这种成膜方式。8.1概述2）化学成膜由转化型成膜物质组成的涂料主要靠化学方式成膜——即涂膜中的成膜物质聚合成为高聚合物的过程。遵循高分子合成反应机理。涂料与空气中的水分或氧气发生反应的交联固化CHCH2+O2CHCHO2CHCHOCHCHO氧气能与干性植物油或其他不饱和化合物发生自由基交联8.1概述涂料之间发生反应的交联固化NCORHOHNCORHOH-CO2RNH2RNCORNHCONHR水分能与异腈酸酯发生缩聚胺固化环氧树脂涂料采用双组分储存，涂装前把两组分按一定配比均匀混合，在涂装过程中发生交联而固化。CH2CHOCH2+CH2CH2NH2NH2甲组分乙组分CH2CH2NHNHCH2CH2CHCH2OHCHCH2OH8.2着色涂料着色涂料生产的基本工艺过程：根据原料、聚合方法及使用要求采用不同基料制备方法颜料、填料等固体料在液体中的分散和研磨在调和设备中，加入各种组分，搅拌均匀8.2着色涂料使颜料在漆料中均匀地分散制成色漆的过程：混合、分散、调和。（1）混合把颜料或颜料的混合物投入漆料内，通过搅拌使之混合均匀的过程。漆料需要满足与颜料间的润湿性、分散性。（2）分散——研磨颜料在其制造过程中，最初形成的粒子称原级粒子。其粒度在5nm-1um之间，颜料的原级粒子很细，能轻易的分散到漆料中去，但是，原级粒子在加工的某些阶段，尤其是干燥时，会因种种原因相互粘结，成为聚集体，聚集体之间，聚集体与原级粒子之间还会形成附聚物，就聚集体来说由于分子间吸引力较大，粘结较牢固，较难分散。8.2着色涂料附聚物之间的吸引力要弱的多，粘结不那么牢固，比较容易分散。聚集体和附聚物统称二次粒子，是尺寸比原级粒子要大的多的过大粒子。这种过大的二次粒子(以下简称大粒子)的存在，会给漆膜质量带来不可弥补的损失。因此，分散操作的目的之一，就是要处理这些过大粒子。即施加足够的机械力，使之解聚集，使其能稳定而均匀的分散与漆料中。颜料在漆料中的分散过程是由三个阶段所组成的，这三个阶段几乎是同时发生的，但还是可按顺序大致分为：1.润湿:即由颜料—空气表面转换为颜料—漆料界面的阶段。2.机械解聚集:即借助于机械力使过大粒子解聚集的阶段。3.稳定化:即将已润湿的颜料分散到大量液体漆料中去，并使每个颜料粒子被连续的，不挥发的成膜物质永久的分割的阶段。8.2着色涂料研磨设备：沙磨机立式砂磨机内部结构（1）电机带动转轴和叶轮盘高速运转（800－1500r/min），从而使分散介质（玻璃珠、石英沙、刚玉瓷珠等）作剧烈运动；（2）从底部送进的预混漆浆和分散介质作上升运动的同时，回转于两个叶轮盘之间作高度湍流，颜料在剪切力作用下被分散成细小颗粒；（3）当漆浆和分散介质上升到顶筛时，漆浆溢出，完成一次分散过程。工作原理8.2着色涂料自转与公转形式小型球磨机实验室砂磨分散两用机液压三辊研磨机其他研磨机械8.2着色涂料（3）调和把漆浆、漆料及其他辅助成份按配方规定配成色漆，达到规定的颜色、粘度、细度、并实现全体系稳定化的过程。一般带有搅拌的设备都可以作为调和设备。8.2着色涂料备料→预混→研磨→调色制漆→过滤包装预混合罐高速分散机砂磨机调漆罐卧式砂磨机振动筛预混合罐移动式漆盆砂磨机的分散工艺流程球磨机投料斗调漆罐磅秤振动筛备料→配料及研磨分散→制漆（调漆）→过滤包装球磨机的分散工艺流程8.2着色涂料8.3乳液涂料以聚合物的微粒（0.1-1mm）分散在水中成稳定乳状液称之为聚合物乳液，这种乳液加入颜料、助剂，经研磨即成乳液涂料。烯烃类单体聚合为主，大多为热塑性乳液涂料。乙酸乙酯均聚物乳液、丙酸乙烯聚合物乳液、纯丙烯酸共聚物乳液、乙烯乙酸-丙烯酸酯共聚物乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液、乙酸乙烯-顺丁烯二酸酯共聚物乳液、氯乙烯-偏氯乙烯共聚乳液、乙酸乙酯-叔碳酸乙烯共