涂料生产和色漆的制备培训教材(PPT 60页).ppt

1、第5章 涂料生产和色漆的制备,树脂（成膜物）+溶剂漆料； 漆料+助剂清漆； 清漆+颜料色漆；,5.1 涂料的生产概述,漆料制备化学合成、溶解、炼制； 颜料分散润湿、研磨、稳定； 色漆配制添加助剂、混合完成。,漆料生产,直接作为漆料：醇酸树脂、乳胶乳液等。 需要溶解：环氧树脂、硝基纤维素等。 需要炼制：酯胶漆料、酚醛树脂漆料等。,醇酸树脂生产,醇解、酯化,加溶剂稀释,脱水,氨基树脂生产,反应釜,标准釜式反应器,锥底釜式反应器,色漆配方设计程序,颜料用量：依据漆膜的光泽和颜料的CPVC确定； 计算颜料的PVC： 散光遮盖的最佳PVC：颜料粒子的空隙等于可见光的半倍波长。 确定工艺：研磨、分散、混合

2、等。,白色酯胶磁漆的配方计算实例：,钛白粉颜料体积=2210.32=70.72 轻重碳酸钙颜料体积=440.373=16.41 颜料总体积=70.72+16.41=87.13 涂料的PVC=87.13/（87.13+337.42）=20.52%,示例：常见色漆的PVC,注意防锈颜料,白色磁漆配方实例,成膜物,颜料,催干助剂,溶剂,配方设计需要考虑的问题,涂料的使用环境：户外、室内； 干燥环境、潮湿环境； 温暖气候、温差变化较大的气候； 被涂物种类：木器（是否防水）、金属（需要防腐）。 被涂物加工性能：是否金属加工。 被涂物外观要求：光泽、颜色（透明性） 成本：市场可接受程度。,配方设计内容,成

3、膜物的结构：硬度、柔软性、干燥速度 颜料PVC：漆膜外观要求、力学性能要求 溶剂选择和固体物含量：涂料施工粘度要求 涂料生产工艺确定：漆料合成、颜料分散研磨、配漆,5.2 颜料分散及稳定,根据德国标准协会（German Standard Organization）命名法，认为颜料颗粒状态可分为：原生颗粒（原始形态）、凝聚体和团聚体。 一般商品颜料颗粒是指比团聚体还大的粒子，粒径在250m至750m（相当于通过60至200目筛）。色漆最终性能的好坏很大程度上取决于颜料均匀分散，持久稳定、无凝聚、无沉降的效果。,颜料形态,原生颗粒（原始形态）,凝聚体,团聚体,5nm1m,100m,250750 m

4、,一、颜料的分散过程,颜料的分散过程分为相互影响、相互制约的三个过程 润湿、 研磨与分散（分离）、 稳定,润湿的效果和速度取决于颜漆料的表面张力差与漆料的黏度。漆料的表面张力与黏度越小越容易润湿。,1、润湿,2、研磨与分散（分离）,将颜料原生颗粒从团聚体分里开来的过程，该分离过程是通过施加在颜料上的剪切力或撞击力来实现的。,提高剪切力可通过提高体系黏度和剪切速率来实现，在涂料工业上常用提高体系的内相黏度来提高剪切力。内相粘度来源于颜料。 =D,剪切力,剪切速率：决定于设备,内相粘度：决定于颜料分散,润湿过程需低黏度，分散过程需高黏度，如何平衡他们的要求。由门尼公式：,在体系中多加颜料少加成膜物

5、来平衡润湿与分散对黏度的要求。,3 、稳定,颜料经分散细分后，粒径减小，表面积增大，颜料表面自由能也增加，造成细化的颜料不稳定性。 当机械研磨能去除以后，颜料粒子会再凝集起来。为此需要对分散后的颜料进行稳定。,所谓的稳定就是使颜料颗粒处于准稳定态，即使颜料团聚体经分散、润湿后获得的粒径和粒径分布应该在涂料规定的储存期内保持不变。,稳定化是提高分散效率的关键之一，它要求润湿速度要大于或等于分散速度。如果小于分散速度，那就是部分已分离的初级粒子又聚集了，还需要再次分离，从而降低了研磨效率，延长了研磨时间。,（1）电荷稳定（水分散体系如：乳胶漆） ： 使粒子表面带电，形成双电层，相互排斥，减少碰撞。

6、,稳定的类型,（2）立体保护稳定（熵排斥）,电荷排斥机理在水性分散体系中比较重要 ，含钙和锌离子的肥皂能作为有效的颜料分散剂，通过金属离子吸附在颜料表面，使其表面带有离子电荷以达到稳定的分散体系。 然而，大多数情况下，在有机分散体系中熵排斥是更加重要的稳定机理。,熵 排 斥,形成较厚的吸附层，相互排斥。吸附层厚度达到89nm以上。 只有溶剂存在时，吸附层太薄，可以添加表面活性剂可以增加厚度，但是单纯使用表面活性剂(SAA:surface active agent) 容易脱落，再添加聚合物使其形成厚度达50nm的吸附层，起到保护作用。,二、颜料分散体的稳定机理,颜料分散体不稳定的现象: 沉降、絮

7、凝、粘度升高 1 、 颜料的沉降 沉降：是指在某种力场（重力、离心力）中利用分散相与连续相之间的密度差异使之发生相对运动实现分离的过程。,相关知识：沉降的利用,沉降是化工分离工程中分离非均相混合物常用的一种方法。,（1）收集分散物质 （2）净化分散介质 （3）环境保护,沉降对涂料的储存、寿命是不利的，颜料在涂料中的沉降主要是重力沉降。可以利用斯托克斯沉降速度公式解释涂料中的颜料沉降现象。,从式中可看出： r（粒子半径）， ，（1- 2 ） v ,粒子表面吸附低聚物和SAA，r增加， 1也减少。,增加介质的黏度 如添加触变剂和增稠剂,2 、颜料的絮凝,絮凝会严重影响涂料的性能： （1）降低遮盖力

8、。 （2）降低 CPVC 值，从而影响涂料的机械性能。 （3）影响涂料的光泽。 （4）絮凝会增加涂料的黏度，不利于流平。 颜料颗粒间存在两种作用力：一是吸引作用(范德华力）；二是排斥力，当吸引力大于排斥力时，则颗粒发生絮凝或聚集。,粒子数半衰期：粒子数减半需要的时间,式中k是常数，T是温度，n0是初始粒子数。 由颜料粒子的半衰期公式可见： ，t1/2 ，但是单提高黏度不足以稳定涂料。能否使颜料颗粒稳定关键是如何提高颜料颗粒间的斥力。增加双电层厚度，使粒子排斥力大，不让高能粒子碰撞进入吸引区。,立体保护作用中，吸附层越厚，分散体系越 稳定，所吸附的聚合物的结构对立体保护效果有重要的影响。 （1）

9、分子量愈大，吸附层愈厚。 （2）聚合物中的极性基团不要连续排列，而要有一定的间隔。如：高醇解度聚乙烯醇平铺在粒子表面，吸附层较薄。,（3）溶剂：选择不良溶剂，吸附聚合物密度高，吸附量大，稳定性好。,3 、贮存时黏度的上升,针对颜料颗粒的“返粗”，在色漆的制备中必须采取“后稳定化”措施。 （1）低分子聚合物聚集，高分子脱附，使介质粘度升高。 （2）酸碱颜料的化学反应，导致凝胶。 （3）金属颜料与酸反应导致凝胶。 （4）多聚磷酸盐水解，失去螯合作用。,4 、表面活性剂的作用,（1）润湿作用：降低介质表面张力。 （2）稳定作用：产生吸附双电层，阴离子和非离子活性剂配合形成的双电层更加稳定。 （3）挤

10、水颜料：直接将湿研磨的颜料加入油溶剂中，用表面活性剂处理使颜料进入油相。,三、聚合物的保护作用与丹尼尔流动点,分析： （1）聚合物浓度低，没有足够的保护作用，吸附层薄。聚合物浓度高，低聚物吸附占有颜料表面，吸附层更薄。选择合适的聚合物浓度。 （2）粘度：增加体系粘度，剪切力大，有利于颜料分散。但颜料量多，外相粘度高，设备负荷大，而且聚合物浓度小不利于保护作用；颜料少，剪切力小，分散效果不好。 （3）如何决定聚合物浓度和颜料量：丹尼尔点。,V-研磨浆中颜料体积分数； U-终极颜料体积分数；,丹尼尔流动点 配制一系列不同浓度的成膜物溶液，取一定的颜料，然后滴加配好的溶液，同时进行研磨，达到同一规定

11、的黏度，测出该黏度下溶液与颜料体积之比值做图，所得曲线的最低点为丹尼尔点，该点的浓度为最佳树脂浓度。,在丹尼尔点的右侧，溶剂含量少，树脂浓度高，粘度大不利于润湿和分散；在该点的左侧，虽然外相黏度降低了，但聚合物吸附的少，容易发生絮凝。,等粘度曲线,最佳浓度点,丹尼尔点测定中不出现最低点原因可能是该聚合物和溶剂的组合对该颜料不能获得稳定的颜料分散体系。解决的方案： （1）改变溶剂： （2）改变聚合物：增加分子质量或增加极性基团。 （3）添加稳定剂（分散剂）：DC分散剂等。 其它方法： （1）塑性流变仪； （2）Red Devil振动器法； （3）迫近法,5.3 颜料的分散设备和工艺,颜料要实现较

12、好的分散必须选择合适的分散设备并配以合适的研磨料黏度。利用研磨设备进行分散时，颜料聚集体的分离主要取决于三个因素：有效的分离区，作用于聚集体上的能量及研磨时间。,常用涂料分散设备,1 、三辊机 三辊机是典型的利用剪切力作用来分散颜料的，利用三辊机时要注意 溶剂应为低挥发性的 冷却降温 在研磨料配方上应考虑黏度受热而下降。,三辊机运转示意图,2 、球磨机,球磨机利用剪切力和撞击力来实现分离。,3 、砂磨机,4 、高速盘式分散机,工作原理,5.4 色漆的制备,组成：成膜材料（基料）、溶剂、颜料、助剂。 基料： 转化型：油脂、油基树脂、醇酸树脂、氨基树脂、三聚氰胺甲醛树脂、热固性丙烯酸树脂。 非转化

13、型：纤维素改性聚合物、氯化橡胶、乙烯树脂、丙烯酸酯类。,色漆的制备步骤,研磨终点的判断及注意问题,(1)细度扳测定法 涂料细度测定法 GB/T 1724-1979,测定方法： 1.将符合产品试样，取出数滴，滴入沟槽最深部位，即刻度值最大部位。 2.以双手持刮刀，横置于刻度值最大部位(在试样边缘处)使刮刀与刮板表面垂直接触。在3秒钟内，将刮刀由最大刻度部位向刻度最小部位拉过。 3.立即(不得超过5秒钟)使视线与沟槽平面成1530角，对光观察沟槽中断痕处，并记下相应的刻度值。,（2）通过遮盖力和着色强度来反映,（3）调稀中的问题：用纯溶剂容易产生絮聚。 （4）配色工序：使用计算机配色调制。,附：液

14、体及涂膜的一般性能检测标准,1、涂料的分类与命名 GB-T2705-1992 涂料产品分类命名和型号 2、液体涂料的黏度 GB-T1723-1993 涂料粘度测定法 GB-T9269-1988 建筑涂料粘度的测定斯托 默粘度计法 3、贮存稳定性 GB-T6753.3-1986 涂料贮存稳定性试验方法,4、遮盖力 GB/T 1726-1979(1989) 涂料遮盖力测定法 5、干燥时间 GB/T 1733-1993 漆膜干燥时间的测定法 6、漆膜厚度 GB/T 1764-1979 漆膜厚度测定法 7、漆膜硬度 GB-T6739-1996 涂膜硬度铅笔测定法 GB/T1730-93 摆杆阻尼漆膜硬度测定法 GB/T9279-88 克利曼硬度法 GB-T9286-1998 色漆和清漆漆膜的划格试验 8、漆膜耐冲击性 GB-T1732-1993 漆膜耐冲击测定法,9、漆膜的柔韧性 GB-T1731-1993 漆膜柔韧性测定法 10、涂层附着力 GB-T5210-1985 涂层附着力的测定法拉开法 11、漆膜耐磨性 GB/T 17691979 漆膜耐磨性测定法 12、色漆流挂性的测定 GB-T9264-1988 色漆流挂性的