第六章 涂料.ppt

1、第六章 涂料,Coatings,Paints,木材工业基本工艺特征: 先分后合,胶黏剂,胶合,“合”？,涂饰,涂料,6.1 涂料的发展史,2003年世界十大涂料生产企业,中国大陆地区涂料公司年销售额前十强,1.立邦涂料公司（大陆地区） 2.广州珠江化工集团有限公司 3.卜内门太古油漆有限公司 4.山东乐化集团有限公司 5.上海国际油漆有限公司 6.PPG涂料（天津）有限公司 7.广东华润涂料有限公司 8.上海涂料有限公司 9.海虹老人牌涂料（昆山）有限公司 10.湖南湘江涂料集团有限公司,6.2 涂料的定义,传统称油漆（最早指桐油和大漆）亚麻仁油、苏籽油虫胶漆、硝基漆合成树脂：酚醛、醇酸、环氧

2、、聚酯、氨基等 改称为有机涂料，简称涂料。,使用特定的施工方法，涂覆在物体（被保护和装饰对象）表面上 ，同时在物体表面上能够形成牢固附着的连续薄膜的配套性工程材料。,6.3 涂料的功能/作用,赋予被涂物颜色和色彩，可美化环境，还 可形成锤纹、皱纹、桔纹、斑纹等富于立 体感的涂膜。,如黑色为压缩空气瓶，蓝色为氧化瓶，还有航空、航海的标牌等,6.4 涂料的组成,主要由主要成膜物质、次要成膜物质和辅助成 膜物质组成。,在涂料的生产和施工中，合理地选择溶剂十分重要，它直接影响涂料的贮存稳定性、施工性和涂膜质量。 溶剂的主要作用：溶解或稀释固体或高粘度的成膜物质，使其成为有适宜粘度的液体，便于施工。溶剂

3、在液体涂料中占有很大比例，一般在50%以上。,选用原则,（1）赋予涂料适当的黏度； （2）有一定的挥发速度，与涂膜的干燥性相适宜； （3）能增加涂料对物体表面的润湿性，赋予涂膜良好的附着力； （4）考虑安全性和经济性。,溶 剂,衡量相容性或溶解性能最普遍的方法是测定两者的溶解度参数。溶解度参数等于内聚能密度的平方根。,式中 E内聚能； V摩尔体积；HV摩尔汽化热； R气体常数；T绝对温度。,高分子之间的相容或发生扩散作用的必要热力学条件是自由能的降低，即,G越趋向负值，越有利于相容。 如两种物质的溶解度参数分别为1和2 ，当1=2时， H= 0，表明两者混合时并不吸收热量，相容性很好；,当1-

4、 2值很大时，H必然很大，若令二者相 容，就要吸收很大热量，只有温度T在很高时才有可能； 1- 2或H大到一定程度，以致即使T很高， G还是正值，表明两种高分子不相容。,溶剂对聚合物的溶解，有以下判断标准， 即 =1- 2 = 2.0作为聚合物耐溶剂性的划分界限。一般分为三个等级： 2.5，耐溶剂； = 1.7 2.5，有轻微溶胀作用； 1.7，不耐溶剂。 作为涂料用溶剂， 常以 1作为良溶剂判断标准。,例1：聚氯乙烯p = 9.7，环己酮1 = 9.9， 甲醇2 =14.5，辛烷3 = 7.6，试问哪种溶剂可作聚氯 乙烯的良溶剂？,混合溶剂,现代涂料用合成树脂的溶度参数多数在 = 9 11范

5、围内，酯、酮类溶剂是它们的良溶剂，但价格较贵。 醇类溶剂 12，有一定的助溶作用，为溶剂。 非极性烃类溶剂 9，为不良溶剂，但成本较低。,若将多种溶剂混合，混合溶剂的溶度参数可按下式计算：,浑 = ii（i =1 n） 式中：i 第 i 种溶剂的溶度参数； i 第 i 种溶剂的体积分数。,利用这个加和公式，可以将值很大的助溶剂与值 较小的廉价烃类溶剂混合，使混合溶剂的溶度参数落在 = 911范围内。该混合溶剂是合成树脂的良好稀释剂。,例2：已知聚氨酯的p = 10.3，试问能否用二甲苯和 -内丁酯来溶解它？,溶剂挥发性,溶剂挥发速度决定着涂层的干燥速度。影响涂膜的形成质量。挥发速度太快，涂料流

6、平性差；挥发速度太慢，易产生流挂。 E =,t90 （醋酸丁酯）,t90 （试验溶剂）,t90 一定量醋酸丁酯或试验溶剂挥发90%所需时间。,相对挥发速率也可以用一定时间内挥发的体积（Ev）或质量（Ew）相对比率表示。 以醋酸丁酯的Ev等于100作为参考标准，常用溶剂的挥发速率如下表所示。,常用溶剂的挥发速率（25 ）,溶剂挥发速率受溶剂分子本身特性及环境条件的影响。 沸点低的溶剂挥发性高。 溶剂挥发难易程度与分子间作用力有关，分子小的易挥发；极性溶剂较难挥发；醇类溶剂挥发慢。 提高环境空气流速，将提高溶剂的挥发速率。,溶剂品种,（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2

7、00号溶剂汽油，俗称松香水 。毒性较小，不溶于合成树脂。,芳烃溶剂有二甲苯、甲苯、苯等。 溶解性比脂肪烃大。苯的闪点低，挥发快，安全性差，使用较少。 甲苯和二甲苯广泛用作合成树脂漆的稀释剂，甲苯的溶解力、挥发性及毒性均大于二甲苯。 在挥发性涂料中，要求有较快的挥发性和较好的溶解力，甲苯用量较多；在热喷涂用热塑性漆和烘漆中，多选用挥发速度适中的二甲苯。,（2）萜烯溶剂,此类溶剂为松节油，沸点140200，挥发性适中，对天然树脂和油类的溶解力大于松香水，小于苯类 。 该类溶剂含有双键，能促进涂膜干燥。 沸点在195220的叫松油，含大量萜烯醇，溶解力强，挥发慢，有流平作用。,主要有乙醇和丁醇。 乙

8、醇多用作乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛及醇溶性酚醛树脂的溶剂。 丁醇挥发性较慢，溶解力不如乙醇，是氨基树脂的良溶剂。,（3）醇类溶剂,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。它们对大多数合成树脂没有单独溶解性，但具有潜在溶解力，称为助溶剂。,各类溶剂中溶解力较强的一类，常用的为醋酸酯类。 醋酸乙酯溶解力强，挥发快，为高极性溶剂； 醋酸丁酯溶解力强，挥发速度适中 ； 醋酸戊酯溶解力强，挥发速度较慢 。,（4）酯类溶剂,对合成树脂的溶解力很强，与酯类溶剂常合称为强溶剂，常用的有丙酮、甲乙酮、环己酮等。 丙酮、甲乙酮挥发性大；环己酮挥发性最慢，常用于改善流平性。,（5）酮类溶剂,助剂,助剂

9、是涂料的一个组成部分，它不能单独自己形成涂膜，在涂料成膜后可作为涂膜中的一个组分而在涂膜中存在，在涂料配方中用量很少。,1. 流平剂,（1）流平问题 获得一个光滑、平整的表面，是涂料装饰性的最基本要求。 但在涂膜表面常常会出现缩孔、气孔、刷痕等与界面张力相 关的表面缺陷，必须添加流平剂改善流平性，提高装饰性。,涂料施工时表面平整，但在涂料干燥时，因树脂的表 面张力大于溶剂的表面张力，随着溶剂蒸发，涂膜表面 形成较高的表面张力，并伴随着黏度增大和温度下降， 造成涂膜内外层产生温差和黏度的不同及表面张力差。,由于表面张力差将产生一种驱动力，使底层含溶剂较 多的涂料向表层流动散开，流动的涂料又在重力

10、作用下 向下沉，使这种散开、下沉的流动周而复始，产生局部 涡流，直到黏度增长到足以阻止其流动为止。 这种流动在表面产生不规则的六边形网格，称为贝纳 德旋涡（Benard Cell）。,贝纳德旋涡,高表面张力,低表面张力,涂料施工时表面不平整，干燥过程中也不能使其平整 的情况属于流平问题。 如果涂料对底材润湿性不好，或者涂料表面张力大于 底材表面张力，涂料无法铺展润湿，表面所吸附的气体 不能被涂膜所取代，涂膜易产生缩孔或气孔。,缩 孔,各种底材和树脂的表面张力,由表可知：醇酸树脂漆对金属底材铺展润湿，流平性好； 环氧树脂和氨基树脂漆的流平性差，易产生缩孔。,对于溶剂型涂料，黏度随溶剂挥发不断增加

11、，如果涂 膜干燥时黏度增加过快，流平时间太短，涂膜流平性不 好。可调整溶剂挥发速度，降低黏度，延长流平时间。 可使用高沸点溶剂，使涂膜开放、流平时间延长。 溶剂型涂料涂膜表面易存在表面张力梯度，可添加流 平剂来降低涂料与底材间的界面张力。,乳胶涂料的黏度不随水分的挥发而增加，靠成膜助剂 来增加乳胶颗粒的融合作用。 粉末涂料在干燥过程中没有溶剂挥发，粗糙的颗粒是 通过熔融成膜，不存在表面张力差，主要是粉末涂料熔 体的高黏度和对底材的润湿性问题，降低熔体黏度和表 面张力有利于改善对底材的润湿性，可添加流平剂来降 低涂料与底材间的界面张力。,（2）流平剂种类与应用,溶剂类： 都是高沸点良溶剂，如高沸

12、点的酯、酮、芳烃及其 混合物，用于溶剂型涂料中，延长涂膜开放时间，提 高涂料的流平性或防止树脂溶解性变差产生的缩孔现 象。对颜料也有良好的润湿作用。,有机硅树脂类：,有机硅树脂类助剂能有效降低表面张力和改善润湿 性能。它的性能与分子结构、分子量大小及黏度有密切 关系。一般采用0.10.4 Pa s低分子量有机硅树脂，它 与合成树脂有一定的相容性，并降低表面张力，促进表 面流动，增加对底材的润湿性，还有良好的消泡性。, 聚二甲基硅氧烷： 俗称硅油，主要用于溶剂型涂料中。 低黏度硅油，0.0010.1 Pa s作流平剂，60 Pa s作消泡剂。, 改性有机硅助剂： 有较好的混溶性，采用芳基、聚酯、

13、聚醚改性。 芳基改性，使相容性增加，耐热性提高； 聚酯提高耐热性，降低表面张力； 聚醚用于调节极性，品种多，使用较普遍。,2. 光稳定剂,在日光中，紫外线（290400nm）的能量与有机材料的 化学键能相当，当有机材料长期暴露于日光中时，会发生 光氧化降解而老化。不同的有机材料，因分子结构不同， 光氧稳定性有很大差别。,有机硅和有机氟材料有良好的抗老化性；丙烯酸树脂 长期曝晒仅透明性降低；芳香族聚氨酯除了黄变外，还 有物理力学性能的下降；聚酯有一定的光泽下降和光降 解；环氧树脂发生严重的粉化降解。 分子中含有不饱和基团、羰基、醚键时，光敏感作用 更强，提高材料的光稳定性更为重要。,有机硅和有机

14、氟材料有良好的抗老化性；丙烯酸树脂 长期曝晒仅透明性降低；芳香族聚氨酯除了黄变外，还 有物理力学性能的下降；聚酯有一定的光泽下降和光降 解；环氧树脂发生严重的粉化降解。 分子中含有不饱和基团、羰基、醚键时，光敏感作用 更强，提高材料的光稳定性更为重要。,光老化的重要因素是光引发，所以，光敏基团或光敏物质是光引发降解的内在根源。 因此，吸收紫外线的能量，添加光稳定剂和抗氧剂是有机材料稳定的重要手段。,3. 增塑剂 用于增加涂膜柔韧性的助剂。 常用的有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯及氯化石蜡等。,4. 催干剂 是指能提高氧化交联型涂膜固化速度的物质，起加速固 化的作用，俗称干料。 主要是油溶性

15、的有机酸金属盐类，常用的有铅、钴、 锰的环烷酸盐、辛酸盐、松香酸盐和亚油酸盐。,5. 其他助剂 触变剂加入涂料中，在没有剪切力的情况下会形成胶 冻状的结构，受到较高剪切力时则有较好的流动性，剪 切力取消又会恢复成胶冻状态。这种现象称为触变，加 入触变剂的涂料，在施工时能避免发生流挂和流淌现 象，贮存时可减少或消除颜料沉淀现象。,防霉剂，用于防止常用涂料特别是水性乳胶涂料受细 菌或霉菌生长的添加剂。常用的防霉剂有有机汞化合物，有 机锡化合物，偏硼酸钡，氧化锌等。 增稠剂可增加涂料的粘度，降低流动性。,四、涂料与胶黏剂比较 涂料的粘附是指涂料涂装于被涂底材表面成膜固化之后，涂膜与底材结合在一起的坚

16、牢程度。这和胶黏剂的胶接粗看起来似乎很相近，但实际上则各有特点，现在将涂料与胶黏剂加以比较如下：,（1）目的 涂料的主要目的是对被涂物体表面起保护和装饰作用。 保护包括耐磨、耐腐蚀、防潮、防氧化、防锈蚀等方面；装饰包括对被涂物体表面增加色彩、光泽以及各种图案花纹。 胶黏剂的主要目的是将两种或两种以上同质或异质的材料连接在一起，固化后具有足够强度的物质。除了彩色或印花、印字胶粘带或胶粘膜有装饰要求或效果以外，一般的胶黏剂没有装饰的要求，也没有耐磨的要求。,（2）配方组分 涂料主成分大多是以高分子树脂为基础的成膜物质；其次是起装饰效果的颜料；大多数涂料是溶剂型和水基型；助剂包括固化剂、催干剂、流平

17、剂及表面活性剂。但也有不需溶剂和水的固体粉末涂料。,胶黏剂的主成分大多是以高分子树脂为基础的胶接力强大的粘合物质。它基本不含颜料；也有溶剂或水；助剂以固化剂、偶联剂为主而不需要催干剂、流平剂等，也用固体的热熔胶。,（3）性能 涂料性能主要要求粘附力好、成膜均匀并有一定的韧 性和硬度，其次还要求有流变性、贮存稳定性、流平 性、遮盖力、透明度、光泽、颜色、耐磨性、耐老化、 耐霉菌等性能的要求。 胶黏剂则以胶合强度、韧性、固化速度、耐热性、耐 寒性、耐水性、耐溶剂性及可靠性等性能要求为主。,（4） 表面处理 为提高涂膜的粘附力和胶黏剂的粘合力，均需要对被涂底 材或被粘物表面进行表面处理，处理方法亦大

18、致相同。,6.5 涂料的分类,按形态分为固体（粉末）和液体（油性和水性）涂料 按施工方法可分为：刷涂涂料、辊涂涂料、喷涂涂料、浸涂涂料、淋涂涂料、电泳涂料 按干燥方式分为：常温、加热、湿固化、光固化等 按使用层次分为：底漆、腻子、中层漆和面漆 按涂膜外观分为：清漆、色漆、哑光漆、亮光漆、锤纹漆、浮雕漆等,按底材类型为：金属漆、皮革漆、塑胶漆、木器漆等 按使用对象分为：汽车漆、船舶漆、飞机漆、罐头漆等 按功能分为：绝缘、导电、防锈、耐高温、防腐等 按成膜物质分为：a. 油脂； b.天然树脂；c.酚醛树脂；d.沥青； e.醇酸树脂； f.氨基树脂；g.硝酸纤维等；h.纤维素酯；i.过氯乙烯树脂；j

19、.烯类树脂； k.丙烯酸树脂；l.聚酯树脂； m.环氧树脂； n.聚氨酯树脂； o.元素有机聚合物（有机硅、钛铝）,6.6 涂料的命名,1. 硝基漆 2. 醇酸树脂漆 3. 聚氨酯树脂漆 4. 环氧树脂漆 5. 聚酯树脂漆 6. 氨基树脂漆 7. 水性涂料,6.7 涂料的品种与特性,1. 硝基漆,硝基漆(硝酸纤维素漆)是以硝酸纤维素(硝化棉)为 主要成膜物、并加入不干性醇酸树脂和改性松香甘油 酯以及增韧剂、溶剂、颜料等混合调配而成。 美国杜邦公司的产品曾为世界第一条汽车车身涂装流水线采用。,由于硝基漆具有其它涂料产品难以替代的特殊优点, 目前仍被广泛地应用于木器家具、室内装修的涂饰, 受到市场

20、及广大消费者的青睐。 硝基漆具有快干、涂膜剑英、耐磨、光亮、打磨抛光 性好等优点；缺点是固体分低，稀释剂用量大，易燃， 潮湿时施工易发白。,2. 醇酸树脂漆,醇酸树脂漆是以醇酸树脂为成膜物质的一类涂料。醇酸树脂是由多元醇、多元酸与一元酸经酯化缩聚反应制得的涂料用树脂。 醇酸树脂漆涂膜的附着力强，光亮，力学性能好，耐候性较好，并以中油度醇酸树脂漆综合性最佳。,醇酸树脂中残留较多-OH、-COOH基团，涂膜耐水性差，树脂分子链上的酯基也使涂膜不耐酸、碱水解作用。采用相容性硬树脂改性，如松香、纯酚醛树脂，能提高漆膜硬度及耐水、耐化学性，也进一步提高了涂膜的附着力和防腐蚀性能。,酚醛树脂改性的醇酸树脂

21、底漆比醇酸树脂底漆有更好 的耐水性和耐化学性； 苯乙烯改性的醇酸树脂漆有良好的干燥性和耐水性； 属快干醇酸树脂面漆，但耐溶剂性较差； 丙烯酸改性的醇酸树脂漆是较好的耐候性快干面漆； 有机硅改性的醇酸树脂漆有更好的耐候性，可用作户 外金属结构件的耐候性面漆。,3. 聚氨酯漆,聚氨酯涂料由于树脂分子链含有氨基甲酸酯基，分子 间存在很强的氢键作用力，涂膜的坚韧和耐磨性特别优 异，并有良好的附着力、耐热性、耐溶剂性、耐化学 性，漆膜丰满光亮，是一类各方面性能都很优异的涂 料。,聚氨酯涂料一般分成五大类： 湿气固化型，有突出的耐磨性，广泛用作地板漆； 聚氨酯油，性能优于醇酸漆； 封闭型聚氨酯，为单包装烘

22、漆； 催化固化型，用作地板漆或防腐清漆； 羟基树脂固化型，为双包装涂料，羟基树脂有聚酯、环氧、聚醚、羟基丙烯酸等，可分别用作优异的防护漆、装饰漆及高档维护涂料。,4 . 环氧树脂漆,环氧树脂漆分常温和高温固化两种，都具有极强的附 着力，突出的防腐蚀性，良好的耐水、耐化学性和热稳 定性，涂膜坚韧耐磨。但漆膜外观和耐候性差，户外使 用易粉化，主要用作防腐蚀底漆。 双组分环氧树脂漆中，胺固化的具有良好耐化学性， 多用于化工防腐蚀。,胺固化环氧树脂漆配方,甲组分： TiO2 ： 10，填料： 44，634环氧树脂：40 邻苯二甲酸二丁酯：3，二甲苯：3； 乙组分： 己二胺：50，乙醇：50。 甲：乙

23、= 10：1,用高环氧值环氧树脂配漆时，涂膜交联度高，需采用 增塑剂； 用较高分子质量环氧树脂配漆，需采用二甲苯/丁醇 （7：3）混合溶剂增强溶解性。 由于胺的挥发性，胺配比量比化学计量略多些，但过量 太多耐水性下降。,5. 聚酯树脂漆,聚酯树脂的合成远早于醇酸树脂，醇酸树脂是植物油 /脂肪酸改性的聚酯，因此聚酯树脂的合成方法同醇酸树 脂，但早期合成的聚酯树脂硬脆，由于极性、表面张力 大，流平性差，容易产生缩孔，一直没有在涂料中获得 应用。直到20世纪70年代以后，采用长链二元醇/二元 酸，才得到溶解性好、柔韧性强的聚酯树脂，用于生产汽 车中涂和底色漆、卷材涂料等。,聚酯树脂是由二元醇、三元醇

24、和二元酸缩聚得到的线 形树脂，主要品种为羟基过量的端羟基树脂，羧基过量 的聚酯用于制备粉末涂料。 端羟基聚酯树脂可用氨基树脂或多异氰酸酯交联固 化，是最早实现高固体分的涂料树脂，也是现在高档汽 车和工业涂料的重要树脂。,合成聚酯树脂的长链和支链多元醇/酸主要为： 新戊二醇、1,6-己二醇、1,4环己烷二甲醇、三羟甲基 丙烷； 1,6-己二酸、间苯二甲酸、苯酐。 长链单体改善树脂在溶剂中的溶解性；主链中的环基 赋予树脂刚性；支链的空间位阻提高了酯基抗水解稳定 性。,聚酯树脂漆的漆膜丰满光亮，附着力强，物理力学性能好，尤其是坚韧、耐磨、抗冲击力优良和良好的抗划伤性。 但由于分子链中含有酯基，涂膜耐水性稍差，并影响耐久性。,氨基漆的主要由两部分组成， 其一是氨基树脂组分，主要有丁醚化三聚氰氨甲醛树脂、甲醚化三聚氰氨甲醛树脂、丁醚化脲醛树脂等树脂。 其二是羟基树脂部分，主要有中短油度醇酸树脂、含羟丙烯酸树脂、环氧树脂等树脂。、 氨基漆除了用于木器涂料的脲醛树脂漆（俗称酸固化漆）外，主要品种都需要加热固化，一般固化温度都在100以上，固化时间都在20分钟以上。固化后的漆膜性能极佳，漆膜坚硬丰满，光亮艳丽，牢固耐久，具有很好的装饰作用及保护作用。缺点是对涂装设备的要求较高，能耗高，不适