涂料生产和色漆的制备课件

第五章涂料生产和色漆的制备涂料生产是把树脂加入溶剂制成漆料，然后再用漆料配成清漆或色漆。色漆是把颜料稳定地分散于漆料中的涂料，是涂料中生产量最大、品种最多的产品。原材料名称配方组成，kg原材料名称配方组成，kg长油度豆油改性醇酸树脂液(50%)187.0环烷酸钙液(5%Ca)0.41钛白粉(金红石型)63.0环烷酸锌液(5%Zn)0.41环烷酸铅液(10%Pb)0.51防结皮剂液(25%)2.0环烷酸钴液(5%Co)0.41二甲苯适量标准配方涂料的标准配方如上表所示，列出实际生产的涂料中所含有的各个成分的配方就是涂料的标准配方。在投入生产时，还需根据所选色漆生产工艺的不同，再拟订一个生产配方。§5.2颜料的分散及稳定为什么颜料要分散？大多数颜料是从水中沉淀制备出来的。在干燥期间，颜料粒子凝集胶结在一起，形成聚集体粉末。颜料颗粒的粒径通常为5nm～1μm。聚集体是由几万或几十万这样的颗粒组成，粒径可达100μm以上。生产涂料时，需要把这些聚集体分散成其原有粒度，制成稳定的分散体。颜料分散的过程颜料的分散经过：润湿、分散和稳定。（1）润湿颜料表面的水分、空气被漆料置换，并在颜料表面形成新包覆膜的过程，称为润湿。润湿时首先要求溶剂渗入颜料聚集体中去，这需要时间。粘度大的漆料润湿聚集体内部需要时间越长。润湿需要的时间要长，漆料的粘度要低。润湿方法：预混合好的漆浆通常在搅拌下升温到50℃后，静置过夜。次日，再进行研磨分散，就能使颜料颗粒表面充分润湿。（2）研磨与分散颜料的颗粒大小是按规定要求生产的，但因形成聚集体，需重新分散开。涂料中主要使用剪切力来分散。剪切速度是由研磨设备的机械设计决定的。剪切速度一定时，剪切力和粘度成正比。粘度高高，剪剪切力力大，，对研研磨有有利的的。为了以以最快快速度度分离离聚集集体，，研磨磨料要要调整整到较较高的的黏度度，尽尽量达达到最最大剪剪切应应力。。润湿时时希望望漆料料的粘粘度低低，而而研磨磨时需需要高高粘度度。为满足足这两两个要要求，，可以以多加颜颜料、、少加加聚合合物。研磨时时对新新生表表面润润湿速速度须须大于于分离离速度度，否否则，，已分分离的的又重重新聚聚集。。研磨是是色漆漆生产产中能能量消消耗最最大的的工序序。每每吨磁磁漆需需要电电能100～500kWh。。高效研研磨设设备的的要求求：⑴研研磨磨时间间短；；⑵漆漆浆浆能达达到稳稳定的的分散散状态态，颜颜料能能发挥挥最佳佳性能能。2分散散体系系的稳稳定絮凝是是颜料料分散散后的的再聚聚集。。絮凝凝的涂涂料当当受弱弱的外外力作作用时时，颜颜料聚聚集体体破裂裂；外外力停停止作作用，，聚集集体立立即或或稍迟迟恢复复原状状。从兼顾顾涂料料各个个方面面性能能的角角度出出发，，希望望涂料料处于于轻微微的絮絮凝状状态。。分散稳稳定的的机理理颜料分分散以以后，，仍有有絮凝凝倾向向，为为此需需要将将已分分散了了的粒粒子保保护起起来，，使分分散体体稳定定。采用的机机理为电电荷相斥斥和熵相相斥。电荷相斥斥机理水作介质质时，聚聚合物颗颗粒表面面吸附阴阴离子表表面活性性剂。亲油的碳碳氢链端端在聚合合物上取取向，亲亲水的盐盐基团在在颗粒外外围，与与水缔合合。这样，颗颗粒的表表面就覆覆盖阴离离子。阴离子外外又缔合合着阳离离子。这些阳离离子的行行为犹如如颗粒的的一部分分，又吸吸引阴离离子，形形成扩散散层。当两个颗颗粒相互互接近，，阴离子子的扩散散层相互互排斥，，就稳定定了分散散体。一些表面面活性剂剂或无机机分散剂剂（多磷磷酸盐及及羟基胺胺等），，能使颜颜料表面面带上电电荷，来来稳定颜颜料颗粒粒。盐影响扩扩散层的的稳定性性，在乳乳液聚合合中用去去离子水水。水性分散散体系主主要靠电电荷的稳稳定作用用。熵相斥熵相斥又又称位阻阻相斥和和渗透相相斥。溶剂型涂涂料因为为有机溶溶剂的极极性较弱弱，分散散的颜料料颗粒主主要靠熵熵相斥来来稳定。。颜料表面面吸附树树脂和溶溶剂，形形成一个个树脂和和溶剂的的吸附层层。当吸附层层达到一一定厚度度(大大于8～～9nm)时，，它们相相互之间间的排斥斥力可保保护颜料料粒子不不聚集。。当两个颗颗粒相互互接近时时，吸附附层压缩缩使体系系的无规规性减少少。溶剂在吸吸附层中中本来是是平衡的的，将溶溶剂逐出出也导致致熵的降降低。抗拒熵的的降低就就导致两两个颗粒粒相斥，，故称之之为熵相相斥。压缩吸附附层时，，吸附层层中的溶溶剂减少少，而溶溶剂又有有回复到到平衡浓浓度的倾倾向，因因此，称称为渗透透相斥。。吸附层足足够厚，，吸附层层阻挡颗颗粒不能能相互接接近，以以防絮凝凝，故称称位阻相相斥。溶剂型涂涂料的稳稳定作用用树脂中的的极性基基团（如如—COOH、、—OH等）吸吸附在颜颜料表面面，形成成大于一一定厚度度的吸附附层时，，才起稳稳定作用用。树脂带大大量极性性基团，，吸附点点太多，，吸附层层就薄。。极性基团团少，极极性基团团间较长长的链段段可以被被溶剂溶溶胀，伸伸出颜料料表面，，吸附层层就厚。。极性基团团间的链链段与溶溶剂相互互作用越越强，吸吸附溶剂剂越多，，吸附层层就越厚厚。树脂分子子量增大大，吸附附层就厚厚。树脂脂中最高高分子量量组分是是会被选选择吸附附。双酚A环环氧树脂脂的MEK溶液液中分散散TiO2的吸吸附层厚厚度随着着环氧树树脂分子子量的增增大，可可从7nm增大大到25nm。。树脂和溶溶剂在颜颜料表面面吸附存存在竞争争。当树脂浓浓度足够够高时，，吸附的的是被溶溶剂溶胀胀的树脂脂。在较低浓浓度，树树脂和溶溶剂都吸吸附，所所以吸附附层平均均厚度不不足以防防止絮凝凝。硝基纤维维素、聚聚氨酯和和酚氧树树脂（高高分子量量环氧树树脂）在在磁性氧氧化铁颜颜料上的的吸附时时，用甲甲苯作溶溶剂比四四氢呋喃喃更有利利。四氢呋喃喃与颜料料表面相相互作用用强而甲甲苯与树树脂的作作用弱，，影响树树脂吸附附层的厚厚度。大多常规规溶剂型型涂料用用树脂（（常规醇醇酸、聚聚酯和热热固性丙丙烯酸树树脂）都都能稳定定颜料分分散体。。如果有稳稳定问题题，就要要使用高分子量量的树脂。。或在研磨磨料中使使用羟基基、酰氨氨基、羧羧酸基或或其他极性基团团数更多多的树脂。。高固体分分涂料因因为分子子量较小小，每个个树脂分分子上的的官能团团数目也也较少，，不能稳稳定颜料料，就需需要使用用有效的的颜料分分散剂。。最有效的的分散剂剂是极性性端有几几个官能能团，极极性小的的尾要足足够长，，使吸附附层至少少10nm厚。。水性介质质中颜料料的分散散无机颜料料有高度度的极性性表面，，水易润润湿，但但吸附的的水层不不抗絮凝凝。大多数有有机颜料料需要用用表面活活性剂来来润湿表表面。有些有机机颜料用用无机氧氧化物包包覆。水性介质质中分散散稳定的的机理是是电荷相相斥。分散体的的稳定性性决定于于pH值，因为pH值影影响颜料料表面的的电荷。。任何颜料料、分散散剂和水水的组合合都有一一个表面面电荷为为零的pH，这这pH值值称为等电点(iep)。在等电点点上无电电荷相斥斥。pH高于于等电点点，表面面带负电电荷。pH低于于等电点点，带正正电荷。。分散体的的稳定性性在iep±1个pH单位内内因表面面带电荷荷量太少少而最差差。各种颜料料的iep值不不同。高高岭土为为4.8，CaCO3为9，，金红石石TiO2为5.7～～5.8。大多数乳乳胶漆配配方中含含有几种种颜料和和表面活活性剂，，而且各各种颜料料的iep不同同。采取的措措施是：：①几种非非离子表表面活性性剂常与与阴离子子表面活活性剂配配合使用用，目的的是形成成吸附层层，并且且带上电电荷。聚合型阴阴离子表表面活性性剂可强强劲地吸吸附在颜颜料的极极性表面面。非极性表表面活性性剂的中中间部分分可提高高吸附层层的厚度度。②常加三三聚磷酸酸钾，可可保证pH值处处于所有有颜料的的iep以上。。工艺配方方颜料分散散机械是是涂料厂厂中最昂昂贵的机机械，运运转成本本也最高高。单位时间间内要分分散尽可可能多的的颜料。。溶剂的粘粘度低、、润湿快快，但不不能稳定定分散体体，不能能防止颜颜料絮凝凝。研磨料中中必须含含有树脂脂(或超超分散剂剂)。为了能有有最大的的颜料含含量，在在稳定的的前提下下，希望望采用最最稀的树树脂溶液液浓度，，即研磨磨漆浆的的树脂浓浓度。⑴制制研磨磨漆浆首先要确确定研磨磨漆浆的的组成把颜料、部分漆料料、需要在在研磨漆漆浆中加加入的助剂(如分散散剂、湿湿润剂、、防沉剂剂等)进进行预混混合。研磨分散散制成研研磨漆浆浆。色漆制备备过程⑵调调漆向研磨漆漆浆中加加入余下下的漆料、溶剂和助剂，混合均均匀后即即色漆产产品。标准配方方决定色色漆产品品的最终终组成，，但却不不能直接接用它配配制研磨磨漆浆。。只有工艺艺配方才才是直接接用于色色漆生产产的指令令性技术术文件。。§5.3分散设设备和工工艺现在研磨磨分散设设备以砂砂磨机为为主，与与其配套套的预混混合设备备为高速速分散机机。预混合以以混合为为主，并并起到粗粗分散的的作用。。高速分散散机的主主轴下端端装有分分散叶轮轮。叶轮是锯锯齿圆盘盘式。叶轮高速速旋转，，进行混混合和分分散。叶轮的高高速旋转转使搅拌拌槽内的的漆浆呈呈现滚动动的环流流，并产产生很大大的旋涡涡。在叶轮边边缘2.5～5cm处处，形成成一个湍湍流区。。在这个区区域中，，颜料粒粒子受到到较强的的剪切和和冲击作作用，使使其很快快分散到到漆浆中中。在此区域域之外，，形成上上、下两两个流束束，使漆漆浆得到到充分的的循环和和翻动。。叶轮下部部区域要要达到层流状态态：叶轮不能能转得太太快，叶叶轮离底底部应有有一定的的距离。。要适当提提高漆浆浆的粘度度（>3Pa··s）。粘度越高高，施加加在聚集集体上的的剪切应应力越大大，分散散就越快快。初始阶段段，颜料料还堆在在漆料上上面，采采用低速速进行混混合，然然后再提提高转速速。分散阶段段大约需需15分分钟。降低速度度后投入入剩下的的配方组组分而调调稀成漆漆。高速分散散机：不需另行行预混合合，调稀稀成漆可可在同一一槽内完完成。换色清洗洗也比较较方便。。缺点是施施加在颜颜料聚集集体上的的剪切应应力较低低，只能能用于容容易分离离的颜料料。砂磨机最初研磨磨介质用用的是直直径约0.7mm的砂砂，故称称为砂磨磨机。现在仍有有用砂的的，但常常用的是是粒径1～3mm的玻玻璃珠。。经预分散散的漆浆浆从底部部输入。。启动砂磨磨机，分分散盘高高速旋转转。靠近分散散盘面的的漆浆和和玻璃珠珠随着分分散盘运运转，抛抛向筒壁壁，又返返回到中中心区。。这时形成成的湍流流大体为为双环形形滚动方方式，能能产生良良好的分分散效果果。漆浆在上上升过程程中，多多次回转转于两个个分散盘盘之间作作高度湍湍流。颜料粒子子还受到到高速玻玻璃珠的的剪切和和冲击作作用，分分散在漆漆料中。。分散后的的漆浆通通过筛网网从出口口溢出，，玻璃珠珠则被筛筛网截留留。漆浆在砂砂磨机中中受到分分散盘和和砂子的的激烈搅搅拌会引引起温度度升高，，需用冷冷却水夹夹套冷却却。砂磨机的的效率高高的原因因：研磨介质质速度很很高，相相互之间间的碰撞撞、摩擦擦，能够够产生很很强的冲冲击和剪剪切作用用。研磨介质质直径很很小(常常用1～～3mm)，数数量多，，它们互互相碰撞撞的接触触点很多多。分散程度度评估评价分散散程度是是用于建立标准准配方、最佳操作作方法和品质控制制的关键。。评估分散散程度要要看聚集体分分离是否否完全，分离后后是否絮凝凝。①比较着色色力—白色和和有色颜颜料比较较分散程程度的方方法。方法：对对白色分散散体。称出少量量待测样样品分散散体与少少量标准准有色分分散体，，如蓝色色，进行行混合，，同时，以以相同比比例把标标准白色色分散体体和该标准蓝混混合。把这两个个着色样样品相邻邻放置在在白纸上上。用刮刀一一起下刮刮，比较较二者的的颜色。。待测样品品混合后后比标准准白色混混合后的的颜色深深，则待待测样品品的着色色力低，，意味着着分散程程度不好好。待测的为有色分散体体，只是与标标准白混合合比较。金属色涂料料是在玻璃板板上并排刮刮。目测或仪器器测评估雾雾影，或与与要求标准准的差别。。②检验絮凝将待测的着着色浆流涂涂在铁板上上，用食指指轻刮。颜色有变化化，表明分分散体己絮絮凝。一个白蓝颜颜料的混合合物，被刮刮处变得更更蓝，则蓝蓝颜料已絮絮凝；变得更浅，，则白颜料料已絮凝。。絮凝也可从从分散体的的流动来检检测。良好稳定的的分散体，，流动是牛牛顿型的。。涂料中不含含触变性成成分，如果果剪切变稀稀，则发生生絮凝。③离心沉降法法—评估颜料料分散沉降速度决决定于颜料料颗粒大小小、分散相相与分散介介质的密度度差。分散好、稳稳定好的体体系—沉降降慢；完全全沉降后，，沉降物量量少。分散好而稳稳定差的分分散体—沉沉降快；沉沉降物庞大大。絮凝物沉降降较快，包包着连续相相，形成庞庞大的沉降降物。絮凝沉降物物搅拌后，，与未絮凝凝的相比，，更易恢复复到均匀的的悬浮状态态。颜料沉降速速度较快，，或离心成成结实的一一层沉淀，，是分离未未完全。聚集体大，，沉降更快快。产品开发和和产品品质质控制，离离心沉降能能够给出定定性或半定定量的信息息。研究时，需需测定量数数据，从离离心速度计计算絮凝程程度。用显微镜也也可检验分分散体，但需注意意样品的制制备过程。。使用溶剂稀稀释样品时时，有可能能发生絮凝凝，不一定定是颜料造造成的絮凝凝。④絮凝梯度技技术液态和干漆漆膜中颜料料分散程度度定量研究究的方法。。颗粒对长波波光的散射射比可见光光更强。用2500nm红外外光测定干干漆膜的散射程度与膜厚的关系。散射对漆膜膜厚度作图图，给出一一直线。直直线斜率随随絮凝的增增大而增大大。红外反射测测定法也可可用于测定定液态分散散体样品的的絮凝程度度。⑤刮板细度计计涂料工业中中最广泛应应用。将分散体样样品放在板板的零读数数之前，用用刮刀往下下刮。举起板，然然后观察沟沟槽中出现现显著斑点点的位置，，最先出现现斑点的沟沟槽深度表表示涂料细细度。据称读数越越大，分散散“越好””。无法测测定分散程程度。首先，完全全