涂料配方基本原理

关于涂料配方基本原理4.1涂料的基本组成成膜物质、颜料、溶剂、助剂。4.1.1颜料和体质颜料

不含颜料和体质颜料的透明体称为清漆；

含有颜料和体质颜料的不透明体称为色漆；

加有大量体质颜料的稠厚浆状体称为腻子。

定义：颜料是一种微奶粉末状的有色物质，它不溶于水或油的介质中，而能均匀的分散在介质中，涂于物体表面形成色层，呈现一定的色彩。

第2页,共37页，2024年2月25日，星期天颜料和染料的区别：颜料是不溶于水、溶剂和油类的微细粉末。染料是能溶于水、醇、油或其它溶剂等液体中的有色物质。染料可溶于介质中，而使被染物品全部染色，而颜料不溶于介质中，仅能使物品表面着色。第3页,共37页，2024年2月25日，星期天分类（一）无机着色颜料1、白色颜料

A、钛白粉（TiO2）是应用最广泛的白色颜料，有两种晶型，金红石型和锐钛矿型。金红石型用于户外高档涂料；锐钛矿型主要用于制备室内涂料。

B、锌钡白（ZnS+BaSO4）多用于室内涂料。

C、氧化锌（ZnO）是碱性颜料，能与脂肪酸形成锌皂，使酸性基料配成的涂料变稠，影响施工性和使涂膜细裂。

D、锑白（Sb2O3）遮盖力接近于锌钡白，有良好的耐火耐热性，但需配以少量氧化锌改善干燥慢、涂膜软的缺陷。第4页,共37页，2024年2月25日，星期天2、黄色颜料

A、铅铬黄（PbCrO4）又称铬黄，该颜料有毒性，颜色由浅黄至深黄，分别为柠檬黄（PbCrO4·PbO/PbCrO4）、橘铬黄（PbCrO4·PbO）等五种。它是底漆、面漆应用较多的一种黄色颜料。

B、锌铬黄（ZnCrO4）又称锌黄，有良好的耐光性，但遮盖力较差。

C、铁黄（Fe2O3·H2O）有良好的耐光、耐碱性，但不耐酸和高温，在150℃转变为铁红。可用于户外烘漆中。3、绿色颜料铬绿（Cr2O3）由铁蓝和铬黄混合而成，有良好的遮盖力和着色力，不耐酸碱，在工业气氛中易发暗，在涂料中易发花和浮色。

第5页,共37页，2024年2月25日，星期天4、蓝色颜料

A、铁蓝{KFe[Fe(CN)6]}

铁氰化铁钾，因含有氧化铁，带红光，又称普鲁士蓝。它的着色力高，遮盖力较差，有较好的耐光、耐酸性，但不耐碱，不耐高温。该颜料颗粒坚硬，难研磨。涂料用铁蓝常选用青光铁蓝，尤其是在配淡蓝、天蓝、湖蓝等浅蓝色时。

B、群青（3Na2O·3Al2O3·6SiO2·2Na2S）它粒粗质硬易沉淀，有良好的耐光、耐热和耐碱性，但不耐酸，着色力和遮盖力均较差，但它是无机颜料中最鲜艳的。5、红色颜料铁红（Fe2O3）天然氧化铁红色相在橘红至深棕色，多用于廉价涂料作着色剂。合成氧化铁红因纯度高，色调较正，着色力变强，应用广泛。铁红的耐热、耐碱性好，不耐强酸。它能吸收紫外线，赋予涂膜良好的耐光性，遮盖力仅次于炭黑。

第6页,共37页，2024年2月25日，星期天6、黑色颜料

A、炭黑是用量最大的黑色颜料。炭黑耐热、耐光、耐酸碱、耐化学品，是最细、着色力和遮盖力最好的颜料。

B、松烟由松枝在缺氧条件下燃烧而收集到松烟。它带蓝色相，粒子比炭黑粗，黑度、着色力和遮盖力均劣于炭黑，多用于配制带蓝色调的灰色漆。

C、石黑耐光、耐热、耐酸碱，常用于耐热涂料。但单独用于底漆会促进腐蚀。

D、氧化铁黑（FeO·Fe2O3）它带有永久磁性，遮盖力和着色力均良好，可部分替代炭黑增加涂膜机械强度。第7页,共37页，2024年2月25日，星期天7、有机颜料

A、汉沙黄（耐晒黄）是一种偶氮颜料。着色力优于铅铬黄，遮盖力较差，良好的光稳定性，即使在冲淡体系中任有良好的耐光和和耐候性。因无毒、廉价，比铬黄应用广。

B、联苯胺黄是偶氮颜料。遮盖力优于耐晒黄，不溶于大多数溶剂，适用于室内烘漆等。

C、颜料绿良好的遮盖力、耐溶剂性、耐热性和耐碱性，不耐酸，多用于烘漆和碱性基料中，但粒子硬，难分散，光泽也低。

D、酞菁蓝着色力强，遮盖力高，耐光耐热性好，耐溶剂和耐化学介质（强酸除外），色彩鲜明，是最佳的蓝颜料，由于其经济廉价和性能优良而应用广泛。

E、甲苯胺红（耐晒红）色泽鲜艳，遮盖力好，耐光、耐水、耐油性好，耐酸碱，耐热短期可达180℃。

F、芳酰胺红颜色有橘红至紫红，包括大红粉。

第8页,共37页，2024年2月25日，星期天（二）防腐颜料

A、红丹（PbO2·2PbO）红丹为橘红色的碱性合成颜料，是钢铁表面最优良的防锈颜料，其分子结构可看作是铅酸铅。红丹往往含有一定量的黄丹（PbO），黄丹的皂化活性比红丹强，防锈性也更好，但涂料稳定性变差。此类防锈颜料易使高酸性漆料迅速变稠，另外它的毒性较大，现代涂料已很少使用。

B、碱式硅铬酸铅（PbO·CrO3·SiO2）是一种暗淡橘黄色的低着色力防腐颜料，常与其他颜料一起使用，给予良好的防锈性能。

C、磷酸锌[Zn3(PO4)2]白色不溶性防腐蚀颜料，适用于各种涂料介质，防腐性一般，并且无毒、无污染。第9页,共37页，2024年2月25日，星期天（三）体质颜料体质颜料是不溶于胶黏剂和溶剂的涂料助剂，它对漆膜几乎没有遮盖力和着色力，但能提高漆膜的厚度，故又称填料。

1、重晶石（BaSO4）天然重晶石粉坚硬致密、密度大，有良好的耐酸耐碱性，吸油量低，对各种基料适用，并使涂膜坚硬，不透紫外线。该填料的最大缺点是沉降性大。

2、瓷土（Al2O3·2SiO2·2H2O）又称高岭土、白土。少量的这种微细粉末便使涂料流动性产生很大影响，可防止颜料的沉降。多用于底漆、半光面漆、高黏度低颜料分漆及乳胶漆中。

3、云母粉（K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O）良好的阻光阻水性，特别适合于保护、装饰性单涂层中。第10页,共37页，2024年2月25日，星期天4、滑石粉（3MgO·4SiO2·H2O）为天然水合硅酸镁矿粉，可用在底漆和面漆中增加防护性、耐洗性、耐磨性。

5、碳酸钙（CaCO3）有重质碳酸钙和轻质碳酸钙之分。该填料的耐酸性差，一般用于配制中间涂层涂料和乳胶漆。4.1.2溶剂涂料溶剂分为真溶剂、非溶剂和助溶剂三类。

真溶剂是指能溶解树脂成为均匀透明溶液的挥发性液体。不溶解树脂的挥发性液体叫非溶剂，它与溶剂配合能降低涂料黏度。不溶解树脂但有潜在溶剂化作用能力的挥发性液体叫助溶剂。第11页,共37页，2024年2月25日，星期天（一）溶度参数

1959年，Hildebran首先提出“溶度参数”，定义溶度参数等于内聚能密度的平方根。δ1=（△E1/V）1/2δ2=（△E2/V）1/2式中△E1——溶剂的内聚力；

△E2——高聚物的内聚能；

V——溶液的总体积。当δ1=δ2，有很好的溶解性。

第12页,共37页，2024年2月25日，星期天（二）溶剂的挥发性涂料中溶剂挥发速度对涂膜干燥过程和干膜外观质量有很大的影响。溶剂的相对挥发速度如下表示：E=t90（乙酸正丁酯）/t90（试验溶剂）式中E——试验溶剂的相对蒸发速度；

t90——规定条件下，蒸发溶剂总量的90%所需的时间。极性溶剂较难挥发，醇类溶剂挥发慢。为了改善性能并降低成本，涂料用溶剂都采用混合溶剂，并且约50%左右是稀释剂，其余为良溶剂和少量助溶剂。第13页,共37页，2024年2月25日，星期天（三）涂料常用溶剂种类

1、烃类溶剂烃类溶剂分脂肪烃和芳香烃两大类。脂肪烃主要是200﹟溶剂汽油，亦称松香水或白酒精，沸程在150~190℃。它的毒性较小，常用作油性漆、油基漆和长油度醇酸树脂漆的溶剂，不溶于合成树脂。

芳烃溶剂有二甲苯、甲苯、苯、200﹟煤焦油及重质苯等，溶解性比脂肪烃大。甲苯和二甲苯则广泛用作合成树脂漆的稀释剂。

200﹟煤焦油或重质苯属萘溶剂，亦称石脑油。它们主要用在厚浆型煤焦沥青重防腐蚀涂料中，但萘的毒性较大。

第14页,共37页，2024年2月25日，星期天2、醇类溶剂主要有乙醇和丁醇。醇类溶剂对含有亲核基团的树脂有溶剂化作用，即氢键作用。3、酯类和酮类溶剂酯类溶剂溶解力较强，主要有醋酸乙酯、醋酸丁酯、乳酸乙酯等。酮类溶剂主要有丙酮、甲乙酮、环己酮、甲基异丁基酮等，溶解力强。第15页,共37页，2024年2月25日，星期天4.1.3辅助材料（一）催干剂

催干剂是指能提高氧化交联型涂膜固化速度的物质，俗称干料。1、钴、铅催干剂钴、铅干料的催干能力最强，但作用机理不同。钴干料是表干催干剂，若单独使用，易造成涂膜表面很快结膜封闭，使内层长期不干，造成涂膜起皱。铅干料是促进氧穿透涂膜的干料，称内催干剂。第16页,共37页，2024年2月25日，星期天2、锰催干剂锰盐也是表面催干剂，但作用较弱，可用于调整干燥速度的均一性。3、锆催干剂锆盐是配位聚合型催干剂，并能有效地提高钴和铅干料的催干剂。具有表面和底催干的多功能性，在气干型涂料和烘干型涂料中使用，能提高涂膜的整体性能，如光泽和硬度等。第17页,共37页，2024年2月25日，星期天（二）增塑剂用于增加脆性涂膜柔韧性的有机添加剂叫增塑剂。脆性树脂可通过共聚改性的这种内增塑方法来赋予长期韧性。涂料生产中，都采用方便的外增塑方法。外增塑就是采用与脆性树脂相容的非挥发液体来增塑，或拼混柔性树脂，如醇酸树脂改性氯化橡胶。

1、氯化石蜡主要用于氯化橡胶和乙烯基漆中，对涂膜的耐化学性无不利影响。最大用量可达50%。

2、邻苯二甲酸二丁酯这是一种应用广泛的增塑剂，与许多树脂相容，中等抗泛黄性，但有一定的挥发性。第18页,共37页，2024年2月25日，星期天（三）颜料分散剂颜料分散是把固体颜料微细粉碎并均匀分布在液体漆料溶液中，得到能长期稳定的悬浮体。

颜料分散的操作可被看作是润湿、分散和稳定这三个相关过程。

1、润湿是树脂溶液渗透进入颜料附聚体空间的过程，使颜料表面吸附的空气和水汽被树脂溶液所逐出，将固/气界面转变为固/液界面；

2、分散是施加机械能于体系，靠强大的冲击和剪切力将颜料附聚体破碎成接近一次粒子的微细颗粒，构成悬浮分散粒；

3、稳定是悬浮分散体在无外力作用下，仍处于悬浮分散状态，即防止不受控制的絮凝形成。

第19页,共37页，2024年2月25日，星期天颜料润湿分散剂的分类：

1）润湿分散剂按化学结构分类润湿分散剂按化学结构分为阴离子型、阳离子型、两性或电中性及非离子型的润湿分散剂，根据颜料表面的电荷性质分别选用。

2）润湿分散剂按稳定形态分类润湿分散剂按分散颜料的稳定形态又分为解絮凝型和受控絮凝型两种。

A、解絮凝型润湿型分散剂它具有色相稳定、着色力高、透明性好和遮盖力强，涂料为牛顿型流动，流动性好及涂膜光泽高等特点。主要用于面漆。

B、受控絮凝型润湿分散剂它具有防颜料沉淀和防浮色发花的能力，其实质是防沉剂。主要用于底漆和中间涂料，并提高防护性能。

第20页,共37页，2024年2月25日，星期天（四）流变性改进剂流变性改进剂也称黏度改进剂，其主要目的是改进涂料的流动性能。

1、有机膨润土有机膨润土可用于工业涂料、乳胶漆、底漆中，用量0.2%~1.0%。它会降低涂膜光泽，对聚氨酯和环氧-聚酰胺的使用期、附着力亦产生不良影响。

2、气相二氧化硅为平均原始粒径7~40nm的球形，在其表面有硅醇基团，通过氢键作用能形成三维结构。

3、氢化蓖麻油衍生物在非极性溶剂中，溶胀的微粒分子在极性基团的氢键作用下，构成触变作用的凝胶体，主要用于厚浆型涂料，用量为0.5%~1.5%。第21页,共37页，2024年2月25日，星期天（五）流平剂涂料施工后，有一个流动及干燥成膜过程，然后逐步形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。涂膜能否达到平整光滑的特性，称为流平性。

1）溶剂类都是高沸点良溶剂，如高沸点的酯、酮、芳烃及其混合物，用于溶剂性涂料中，延长涂膜的开放时间，对调整流动控制有效，提高涂料的流平性或防止因树脂溶解性变差产生的缩孔现象。

2）醋丁纤维素用作流平剂选用高丁酰基含量的醋丁纤维素。作用机理是由于溶剂挥发时，低分子量的醋丁纤维素于基料渗出润湿底材表面，降低了界面能力，或于表面形成单分子层。第22页,共37页，2024年2月25日，星期天3）聚丙烯酸酯类采用分子量分布窄的较低相对分子质量的丙烯酸酯共聚物，与合成树脂有限相容，用量1%左右。多用于粉末涂料。

4）有机硅树脂类有机硅树脂类助剂能有效地降低表面张力和改善润湿性能，属表面流动控制助剂，并具有多功能性，除了防缩孔和流平剂外，还有消泡剂和抗浮色发花剂。（六）消泡剂

1、消泡原理泡沫是在外力的作用下，不溶性气体进入液体，形成被液体所隔离的非均相体系。泡沫的消除要经过三个过程：气泡的再分布、气泡膜的减薄及膜的破裂。

第23页,共37页，2024年2月25日，星期天2、消泡剂分类

1）有机硅类消泡剂有机硅类消泡剂在溶剂性涂料中主要用于面漆。

2）聚合物类消泡剂聚合物类消泡剂主要用于溶剂性底漆和中漆，不影响重涂性。

3）有机硅与聚合物混合型消泡剂特别适合于环氧树脂的防护涂料及工业漆等高黏度体系，有显著的脱泡和消泡作用。

4）乳胶漆专用消泡剂的主要成分是脂肪烃、高级脂肪醇、高级脂肪酸酯，或与聚醚，或与二氧化硅和少量有机硅的混合物。第24页,共37页，2024年2月25日，星期天（七）光稳定剂

1、光降解作用在日光中，紫外线（290~400nm）的能量约4.2×105J/mol，与有机材料的化学键能相当，当有机材料长期曝露于日光中时，会发生光氧化降解而老化。

2、光氧稳定剂

1）紫外线吸收剂

这类光稳定剂有二苯甲酮衍生物、邻羟基苯基苯并三唑衍生物、水杨酸苯酯等。

2）猝灭剂猝灭剂主要是有机镍化合物。由于有着色性，适用于深色涂料。

3）自由基捕获剂

4）氢过氧化物分解剂第25页,共37页，2024年2月25日，星期天

选用光稳定剂需要考虑以下几个方面：①用量少，效率高；廉价无毒。②吸收紫外线的波长范围宽，但不吸收可见光，以免着色。③自身有良好的光稳定性、热氧稳定性和化学稳定性及低挥发性。例如大多数耐候性要求高的涂料，都要经过140℃的烘烤，光稳定剂不得有挥发和分解。对于聚氨酯漆要考虑异氰酸酯基团与稳定剂中羧基的反应性。④与涂料树脂和溶剂有良好的相容性。第26页,共37页，2024年2月25日，星期天4.2涂料配方的基本原理

4.2.1颜料体积浓度一、颜基比涂料配方中颜料(包括填料)与固体基料的质量比称为颜基比（Pig/B）。面漆的颜基比约为（0.25～0.9）：1.0；底漆的颜基比大多为(2.0～4.0)：1.0；室外乳胶漆颜基比为(2．0～4.0)：1.0；室内乳胶漆颜基比为(4.0～7.0)：1.0

。第27页,共37页，2024年2月25日，星期天二、颜料体积浓度与临界颜料体积浓度

在颜料和基料的总体积中即干膜体积中，颜料所占的体积分数称为颜料体积浓度，用PVC表示。即：

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，并用临界颜料体积浓度（CPVC）表示。第28页,共37页，2024年2月25日，星期天三、颜料体积浓度对涂料性质的影响1、对漆膜的物理力学性质的影响（1）涂膜密度往纯树脂膜添加颜料，涂膜密度增加，到CPVC点时，由于孔隙产生，涂膜密度开始下降。（2）拉伸强度和黏结强度在CPVC处，漆膜的拉伸强度和黏结强度达到最大值。第29页,共37页，2024年2月25日，星期天2、对漆膜的渗透性质的影响（1）生锈当PVC>CPVC时，易造成腐蚀。（2）起泡随着PVC的增加，漆膜会出现严重起泡到不起泡的突变。（3）抗湿擦性随着PVC的增加，抗湿擦性明显下降。（4）抗污性PVC增加时，漆膜的反射率的差值增加，抗污性下降，污染趋于严重。（5）光泽维持性底漆的PVC<CPVC，则面漆