涂料化学复习(DOC)

涂料 1 2 5 10 章复习 第 1 章绪论 1 涂料定义 组成 功能 2 涂料基本组分 成膜物 颜料 溶剂 及其作用 3 涂料的分类 按成膜机理 是否伴有化学反应 热固性 or 热塑性 第 2 章 1 涂料成膜聚合物中的结晶作用对涂料性能有何影响 透明性 流平性 溶解加工性 2 黏度计及其测定流体类型 3 概念 良溶剂 溶剂 不良溶剂 4 冻胶与凝胶区别 5 自由体积与黏度的关系 WLF 方程 例如 配制某类聚合物涂料 要求在室温进行涂装 并达到实干程度 根据 WLF 方程计算 所制备涂料刷涂粘度值 6 调节涂料 Tg 的方法 共聚 内增塑 加增塑剂 外增塑 加溶剂 共聚 例如 一种外墙涂料用的苯丙乳液 已知聚苯乙烯 Tg 为 100 聚丙烯酸丁酯 Tg 为 56 要求 若共聚物乳液在 20 时可达到实干程度 采用 Fox 方程估算苯丙两种单体比例 7 成膜方式包括 溶剂挥发 热熔成膜 化学成膜 8 乳胶成膜的两个条件 表面张力引起的压力 自由体积 9 改善热固性涂料室温稳定性与提高固化速度 采取的解决办法 10 被涂物表面处理的的意义 除污 表面改造 第 5 章 1 触变性定义 触变性在涂料中所起作用 触变性的起因 2 流平 流挂概念 表 5 2 涂料对流变性能的要求 3 巴纳尔漩流窝定义 4 涂料施工常见漆膜弊病 5 流平剂作用 不易挥发溶剂 改善流动性 低表面能液体 改善润湿性 第 10 章 1 金属基材的力学特点 涂覆漆膜的工作区间及力学特点 金属材料受力特点 在成型加工时 表面涂料受多种力作用 发生很大形变 漆膜要求 不断裂 不过分减薄 涂料用聚合物要求 选用硬和韧材料 即软玻璃态材料 工作温度处于 Tb 与 Tg 之间 加工时膜不会脆断 发 生强迫高弹形变 外力撤去后 形变可保留下来 表现出展性 2 木器基材的的力学特点 涂覆漆膜的工作区间及力学特点 木器受力特点 吸水膨胀伸长 干燥收缩复原 漆膜要求 高弹性 随底材伸长而伸长 收缩而恢复 否 则出现裂纹或橘皮 选用高弹态材料 工作温度处于 Tg 以上 形变量大 外力撤消或受反向收缩作用时形变易 恢复 3 增加漆膜耐磨性采取措施 漆膜的耐磨性影响因素 分子间力有利于提高耐磨性 加入表面活性剂降低表面张力 降低摩擦系数 提高耐磨性 惰性颜料减少与漆膜接触面积提高耐磨性 4 影响聚合物材料强度的因素 形态影响 适量的不良溶剂作用 适量的不良溶剂作用 聚合物形态影响裂缝发展的速度 适量的不良溶剂适量的不良溶剂使形成的聚 合物膜中可形成大量极细小的空隙 大量空隙存在 吸收能量 使裂缝在较大的区域 内缓慢发展 而不使应力高度集中到少数部位 可避免局部断裂 设计抗冲击涂料配 方需予考虑的 微观多相性结构作用 微观多相性结构作用 无定形漆膜中的微观多相性也可使漆膜的韧性增加 用接技 嵌段共聚合 共混 使涂料漆膜形成微观多相结构以达到增韧目的 使涂料漆膜形成微观多相结构以达到增韧目的 涂料利用核壳结构的乳胶 形成微相分离 连续相硬而强 分散相软而韧 加入颜料也是形成多相体系的手段 它可提供大量使单个银纹发生分枝的位置 也 可使银纹的发展方向偏转 从而提高漆膜的强度 5 影响漆膜和基材之间实际附着力因素 1 相对挥发度 相对挥发度 在标准条件下 即一定的体积和表面积 常用滤纸做试验 标准气流和 气流温度 25 以及相对湿度为 0 的条件下 测得挥发失去 90 的溶剂 体积和重量均可 的 时间 以乙酸正丁酯的相对挥发度为 1 或 100 作为标准 于是得到 系列溶剂的相对挥发 度 2 内聚能密度 是将 内聚能密度 是将 1cm3 的液体或固体中的分子固定在的液体或固体中的分子固定在 起的能量 起的能量 对于聚合物溶解 有时会出现高浓度时溶解 稀释时反而出沉淀 为什么 对于聚合物溶解 有时会出现高浓度时溶解 稀释时反而出沉淀 为什么 答 低浓度时 低分子聚合物可以作为高分子聚合物的增塑剂 使其溶解 稀释时 低分答 低浓度时 低分子聚合物可以作为高分子聚合物的增塑剂 使其溶解 稀释时 低分 子聚合物首先进入溶剂溶解 使高分子聚合物剥离出来 从而出现沉淀 子聚合物首先进入溶剂溶解 使高分子聚合物剥离出来 从而出现沉淀 3 对于多羟基的预聚物 丁酮的溶解性能比甲醇更好 对于多羟基的预聚物 丁酮的溶解性能比甲醇更好 为什么 为什么 丁酮为给电子性溶剂 是氢键受体 多羟基预聚物是强亲电子性及氢键聚合物 丁酮与多 羟基预聚物可以形成强的电子之间相互作用以及氢键故溶解性能较佳 甲醇具有强亲电性 既是氢键受体又是氢键给体 与同样强亲电子性的多羟基预聚物之间的相互作用不如给电 子性溶剂丁酮与强亲电子性的多羟基预聚物之间的相互作用 故对于多羟基的预聚物 丁对于多羟基的预聚物 丁 酮的溶解性能比甲醇更好 酮的溶解性能比甲醇更好 4 溶 溶剂指数 用标准溶剂调稀的涂料粘度和用被测溶剂调稀的涂料粘度之比 称为溶剂 指数 溶剂指数可以表征被测溶剂的溶解能力 标准溶剂和被测溶剂是在等重条件下比较 的 溶剂指数大于 1 表示被测溶剂溶解能力强 5 聚氨酯很容易形成胶冻 加入酮类溶剂可使其恢复流动 为什么 答 聚氨酯分子间由于氢键的作用 很容易形成胶冻 加入酮类溶剂 由于酮类溶剂和聚 氨酯之间能够形成氢键 使聚氨酯分子溶解 从而恢复流动性 如 6 溶剂在涂料中有何作用 涂料中有何作用 答 答 1 降低粘度 调节流变性 降低粘度 调节流变性 2 控制涂料的电阻控制涂料的电阻 3 作为聚合反应溶剂 用来控制聚合物的分子量及分布作为聚合反应溶剂 用来控制聚合物的分子量及分布 4 改进涂料涂布和漆膜性能 7 颜料 颜料是一种微细粉末状的有色物质 一般不溶于水 油和溶剂 但能均匀的分散 颜料 颜料是一种微细粉末状的有色物质 一般不溶于水 油和溶剂 但能均匀的分散 在其中 在其中 8 染料 与颜料不同 染料能溶于水 醇 油或其它溶剂等液体中的有色物质 染料 与颜料不同 染料能溶于水 醇 油或其它溶剂等液体中的有色物质 9 颜料为什么可以使涂料强度增加 颜料为什么可以使涂料强度增加 答 答 颜料的活性表面可以和大分子链相结合 形成交联结构 当其中一条链受到应力时 可通过交联点将应力分散 从而使强度增加 10 什么是触变性 什么是触变性 触变性触变性 物体 如涂料 受到剪切时 稠度变小 停止剪切时 稠度又增加或受到剪切时 稠度 变大 停止剪切时 稠度又变小的性质 即 一触即变的性质 11 遮盖力 色漆 油墨等经均匀涂覆后 其涂膜遮盖被涂表面底色的能力 遮盖力 色漆 油墨等经均匀涂覆后 其涂膜遮盖被涂表面底色的能力 12 遮盖力是颜料对光线产生散射和吸收的结果 13 用作涂料颜料的 TiO2 主要是金红石型的 为什么 答 一方面 作为涂料的颜料 需要具有较好的遮盖力 遮盖力与颜料和聚合物折光率差 有关 折光率差越大 遮盖率越好 聚合物的折射率在 1 3 1 7 之间 金红石型和锐钛型 TiO2 的折射率分别为 2 76 和 2 55 金红石型 TiO2 与聚合物的折射率之差明显高于锐钛型 TiO2 与聚合物的折射率之差 因此金红石型 TiO2 的遮盖率较好 另一方面 锐钛型 TiO2 有很强的光催化活性 可以使聚合物涂膜粉化 因此用作涂料颜料的 TiO2 主要是金红石 型的 14 为什么聚合物空心胶囊遮盖率较佳 为什么聚合物空心胶囊遮盖率较佳 答 遮盖力与填料和聚合物之间折射率之差有关 差值越大 遮盖力越好 空气的折射率 最小 与聚合物折射率差值较大 因此聚合物空心胶囊遮盖率较佳 聚合物空心胶囊遮盖率较佳 15 遮盖力与着色力有何区别 遮盖力与着色力有何区别 答 色漆 油墨等经均匀涂覆后 其涂膜遮盖被涂表面底色的能力 答 色漆 油墨等经均匀涂覆后 其涂膜遮盖被涂表面底色的能力 颜料遮盖力的强弱主 要决定于下列性能 1 折射率 折射率相差越大 遮盖力愈强 2 吸收光线能力 吸收光 线能力愈大 遮盖力愈强 3 结晶度 晶形的遮盖力较强 无定形的遮盖力较弱 4 分散 度 分散度愈大 遮盖力愈强 着色力又称着色强度着色力又称着色强度 指颜料作为着色剂使用时 以其本身颜色使被着色物具有颜色的能 力 着色力不仅取决于颜料化学结构 也与多种影响因素有关 如粒径较小 0 05 0 1 m 分布均匀 即可显示高的着色力 16 什么是渗色 什么是渗色 答 底漆的颜色渗透到面漆上来 使面漆变色 称为渗色渗色 17 为什么氧化锌不能用于高酸值的树脂中 为什么氧化锌不能用于高酸值的树脂中 答 氧化锌用于高酸值的树脂中 会与树脂反应生成皂 并使树脂间交联 通过二价金属 锌 因而使树脂在贮存过程中粘度大增 这称为漆的 肝化 因此氧化锌不能用于高酸因此氧化锌不能用于高酸 值的树脂中 值的树脂中 18 按其作用颜料颜料可分为 活性颜料 和 体积颜料 活性颜料可分为 着色颜料 和 功能颜料 着色颜科 白色颜料 黑色颜料和彩色颜料 19 吸油量吸油量 OA OA 指在定量的粉状颜料中 逐步将油滴入其中 使其均匀调入颜料 直至 滴加的油脂能使全部颜料粘在一起的最低用油量就是吸油量 一般以 100g 颜料所吸收的精 制亚麻油的最低克数来表示 20 颜基比颜基比 涂料配方中颜料 包括填料 与粘结剂的质量比称为颜基比 21 临界颜料体积浓度 临界颜料体积浓度 CPVCCPVC 当基料逐渐加入到颜料中时 基料被颜料粒子表面吸附 同时颜料粒子表面空隙中的空气逐渐被基料所取代 随着基料的不断加入 颜料粒子空隙 不断减少 基料完全覆盖了颜料粒子表面且恰好填满全部空隙时的颜料体积浓度定义为临 界颜料体积浓度 并用 CPVC 表示 22 为什么乳胶漆临界颜料体积浓度 乳胶漆临界颜料体积浓度 LCPVC 小于溶剂型漆的临界颜料体积浓度临界颜料体积浓度 CPVCCPVC 答 答 溶剂型的漆料 外相 是一个连续相 成膜过程中颜料间的空隙可自然地被漆料所充满 乳胶是一种粒子 成膜前它可和颜料成混杂的排列 也可各自聚集在一起图 7 5b 这样在 最后成膜时 为使颜料间空隙被填满就需更多的乳胶粒子 因此 LCPVC 总是低于溶剂型 漆的 CPVC 23 当乳胶粒径减少时当乳胶粒径减少时 LCPVC 可以上升一点 因为这时 乳胶比较容易挤在颜料之 间 当体系温度升高 或加有助成膜剂时当体系温度升高 或加有助成膜剂时 LCPVC 也升高 24 颜料的分散有三个过程 润湿 分散和稳定颜料的分散有三个过程 润湿 分散和稳定 25 颜料的稳定方式稳定方式 电荷稳定 电荷稳定 立体保护作用立体保护作用 26 如果在分散颜料时使用良溶剂 在调稀时用不良溶剂可导致絮凝 但相反则可防絮凝 不良溶剂的聚合物成卷曲状 而在良溶剂中成舒展状 这使得他们在颜料上的吸 附情况不同 良溶剂中粒子吸附的聚合物量小 密度低 而不良溶剂中粒子上吸附的 聚合物密度高 吸附最大 如果在分散颜料时使用良溶剂 粒子表面吸附聚合物量小 在调稀时用不良溶剂 聚合物卷曲 从粒子表面脱落 从而使颜料粒子絮凝 如果在 分散颜料时使用不良溶剂 粒子表面吸附聚合物量大 在调稀时用良溶剂 聚合物伸 展 在聚合物表面吸附更加牢固 因此可防止絮凝 27 为什么贮存时粘度会上升 为什么贮存时粘度会上升 答 答 1 低分子量聚合物被提取 高分子量的聚合物脱附 因此介质粘度会明显提高 2 酸性介质和碱性颜料间的化学反应 3 金属颜料与酸性介质间的反应 4 多聚磷酸盐不但可作为水性涂料的分散剂 也可作为多价金属的螯合剂 但它易水解为正磷酸盐 失去螯合作用而变成絮凝剂 28 涂料的组成 基料 介质 填料 助剂 29 配方固定后 如何提高颜料和基料间的润湿效率 降低基料粘度和使用润湿剂来降低颜料和基料之间的界面张力以缩小接触角可以 提高润湿效率 30 防止沉降三因素 扩散双电层机理 空间位阻稳定机理 静电空间稳定机理 31 常用润湿分散剂 1 低分子量的润湿分散剂通常为表面活性剂 2 高分子量润湿分散剂是指分子量在数千乃至几万的具有表面活性的高分子 化合物 32 常用流平剂 3 溶剂类流平剂主要是高沸点溶剂混合物 4 相容性受限制的长链树脂常用的有聚丙烯酸类 醋丁纤维素类 5 相容性受限制的长链硅树脂常用的有聚二甲基硅氧烷 聚甲基苯基硅氧烷 有机基改性聚硅氧烷等 6 氟系表面活性剂 33 常用消泡剂 矿物油类 有机硅类 聚合物类 34 光泽是涂膜把投射光线向同一方向反射的能力 光泽越高 反射的光是越多 涂膜的光 泽用光泽仪测量 以光泽度表示 35 消光剂 金属皂 蜡 改性油消光剂 和 功能性填料 36 水性体系分散剂可分为三类 无机分散剂 聚合物型分散剂 和 超分散剂 三 简答题 本题共 6 小题 每题 4 分 共 24 分 1 涂料三大基本组分各自起什么作用 2 涂料成膜聚合物中的结晶作用对涂料性能有何影响 3 为改善热固性涂料室温稳定性与提高固化速度 请提出两种解决办法 4 利用涂料中的触变性可使涂层性能得到改善 简单分析触变性的起因 5 为使涂料漆膜形成微观多相结构以达到增韧目的 提出两种方法 四 分析与论述题 本题共 3 小题 每题 8 分 共 24 分 1 画出无定形聚合物温度 模量曲线 并分别阐述金属漆膜和木器漆膜的工作温度区间及其 漆膜力学性能 2 分析影响漆膜和基材之间实际附着力因素 3 阐述涂料中溶剂的挥发过程 并分析为避免涂膜的流挂 缩孔 起泡 发白如何平衡挥 发速度 五 计算并回答问题 本题共 2 小题 每题 8 分 共 16 分 得分 得分 1 一种外墙涂料用的苯丙乳液 已知聚苯乙烯 Tg 为 100 聚丙烯酸丁酯 Tg 为 56 要求 若 共聚物乳液在 20 时可达到实干程度 采用 Fox 方程估算苯丙两种单体比例 2 配制某类聚合物涂料 要求在室温进行涂装 并达到实干程度 根据 WLF 方程计算所制 备涂料刷涂粘度值 设计一种墙用苯丙乳胶涂料 设计内容 设计一种墙用苯丙乳胶涂料 设计内容 1 聚合物乳液配方 组分作用 计算 判断施工温度 聚合物乳液配方 组分作用 计算 判断施工温度 2 墙用建筑涂料主体配方 组分作用 涂料制备工艺路线 计算墙用建筑涂料主体配方 组分作用 涂料制备工艺路线 计算 PVC 值 判断实际值 判断实际 应用的合理性 应用的合理性 设计纯丙乳液共聚单体配比 要求 设计纯丙乳液共聚单体配比 要求 1 选定软硬共聚单体种类 并阐述各组分作用 选定软硬共聚单体种类 并阐述各组分作用 2 若共聚物乳液在 若共聚物乳液在 20 时可达到实干程度 计算软硬单体比例 时可达到实干程度 计算软硬单体比例 设计一种白色无光内墙涂料 要求 设计一种白色无光内墙涂料 要求 1 按其作用 确定选用颜料种类 并阐述其作用 按其作用 确定选用颜料种类 并阐述其作用 2 已知所选用总体颜料密度为已知所选用总体颜料密度为 77 47 吸油量为 吸油量为 387 35 亚麻油的密度为 亚麻油的密度为 93 5 计算临 计算临 界颜料体积浓度 并根据设计要求确定干漆膜中总体颜料加入体积比 界颜料体积浓度 并根据设计要求确定干漆膜中总体颜料加入体积比 涂料设计一 设计一种墙用苯丙乳胶涂料 设计内容 设计一种墙用苯丙乳胶涂料 设计内容 1 聚合物乳液配方 组分作用 计算 判断施工温度 聚合物乳液配方 组分作用 计算 判断施工温度 2 墙用建筑涂料主体配方 组分作用 涂料制备工艺路线 计算墙用建筑涂料主体配方 组分作用 涂料制备工艺路线 计算 PVC 值 判断实际值 判断实际 应用的合理性 应用的合理性 1 聚合物乳液设计 组分及作用如表 1 表 1 乳液配方及作用 组分作用 软单体 丙烯酸丁酯赋予涂抹柔韧性 硬单体 苯乙烯赋予涂膜硬度 水作为分散剂使用 引发剂引发单体聚合 乳化剂乳化单体 使胶乳具有稳定性 计算 g T 1 Tg W1 Tg1 W2 Tg2 判断室温成膜条件 T Tg 25 值 g T 备注 学生试卷答案要求配方组分具体到原料名称 并具体计算 备注 学生试卷答案要求配方组分具体到原料名称 并具体计算 2 墙用建筑涂料设计 涂料主体配方 组分作用如表 2 表 2 涂料主体配方 组分作用 组分作用 苯丙树脂乳胶将分散相粘结在一起成连续干燥膜 对涂膜 性质起主要作用 颜料遮盖 增强 降低成本 水作为分散介质使用 增稠剂控制粘度 并使颜料分散稳定防止絮凝 分散剂改善颜填料的润湿状况 助分散 消泡剂添加少量 消除泡沫 成膜助剂降低成膜温度 涂料制备工艺路线 2 分 将颜料 部分增稠剂 分散剂 水物料混合 高速分散 5 10min 研磨到一定细度 缓慢加 入丙烯酸树脂乳液 消泡剂 成膜助剂 剩余增稠剂 分散均匀 计算 PVC 值 0 5 分 PVC 颜料体积 涂料干膜体积 PVC 值与干漆膜性能有很大关系如遮盖力 光泽 透过性 强度等 墙壁用涂料要求 PVC CPVC 涂料设计二 设计纯丙乳液共聚单体配比 要求 设计纯丙乳液共聚单体配比 要求 1 选定软硬共聚单体种类 并阐述各组分作用 选定软硬共聚单体种类 并阐述各组分作用 2 若共聚物乳液在 若共聚物乳液在 20 时可达到实干程度 计算软硬单体比例 时可达到实干程度 计算软硬单体比例 1 纯丙乳液共聚单体选定 BA 为软单体 作用降低成膜物玻璃化转变温度 使漆膜具有 柔韧性 选定 MMA 为硬单体 使漆膜具有一定硬度 2 漆膜达到实干程度时 T Tg 25 由 T 20 得 Tg 5 据 FOX 方程 1 Tg W1 Tg1 W2 Tg2 W1 W2 1 Tg1 217k Tg2 378k Tg 268k 求得 W1 55 3 W2 44 7 涂料设计三 设计一种白色无光内墙涂料 要求 设计一种白色无光内墙涂料 要求 1 按其作用 确定选用颜料种类 并阐述其作用 按其作用 确定选用颜料种类 并阐述其作用 2 已知所选用总体颜料密度为已知所选用总体颜料密度为 77 47 吸油量为 吸油量为 387 35 亚麻油的密度为 亚麻油的密度为 93 5 计算临 计算临 界颜料体积浓度 并根据设计要求确定干漆膜中总体颜料加入体积比 界颜料体积浓度 并根据设计要求确定干漆膜中总体颜料加入体积比 1 颜料种类 4 分 白色颜料 主要为钛白粉 赋予涂装表面白色 遮盖基材 惰性颜料 主要为碳酸钙 滑石粉等 降低涂料成本