高分子科学导论-高分子涂料与粘合剂ppt课件.ppt

INTRODUCTIONTOPOLYMERSCIENCE Coatingandadhesive涂料与粘合剂 Substrate2 FoundationofCoatingandAdhesive 粘接 adhesion Adhesionisthetendencyofcertaindissimilarmoleculestoclingtogetherduetoattractiveforces Incontrast cohesiontakesplacebetweensimilarmolecules Mechanicaladhesion AdhesivematerialsfillthevoidsorporesofthesurfacesandholdsurfacestogetherbyinterlockingChemicaladhesion Twomaterialsmayformacompoundatthejoin Dispersiveadhesion alsoknownasphysisorption twomaterialsareheldtogetherbyvanderWaalsforces Electrostaticadhesion Someconductingmaterialsmaypasselectronstoformadifferenceinelectricalchargeatthejoin Diffusiveadhesion Somematerialsmaymergeatthejointbydiffusion Substrate Substrate1 Adhesive Coating Functionofthecoating Decoration制品鲜艳美观的涂装可使物品显得更加美观 起到美化环境和美化生活的作用 Functionofthecoating Protection物质暴露在大气中 受湿气 氧气 CO2 CO NH3 NO2 NO等酸碱气体和溶剂的侵蚀 从而造成金属锈蚀 木材腐朽 水泥风化等破坏现象 Functionofthecoating Remark涂覆绘制在制品表面 通过图案 色彩等表示各种特殊信息 Principleofthecoating 涂料在使用前通常是具有反应活性官能团的液态低分子或线形高分子化合物 溶液或熔融物 将具有流动性的涂料涂布在所保护物体表面 通过涂料活性官能团的反应进行聚合和交联 也可以是溶剂挥发后聚合物析出或熔融聚合物冷却后在物体表面形成一层薄膜 最后通过低沸点溶剂的流延和挥发或熔融聚合物的冷却就形成了一层均匀 致密和美观的涂料保护层 Historyofthecoating 天然树脂 naturalresin 阶段即主要以天然油脂 大漆 虫胶等天然树脂或改性的天然树脂为原料制成的溶剂性涂料和天然树脂涂料 天然树脂的特点是原料易得 制备工艺简单 但涂料的性能和用途都很有限 用于涂料的天然树脂俗称大漆 是我国著名特产 又有 国漆 之称 从漆树上采割下来的汁液称为毛生漆或原桶漆 用白布滤去杂质称为生漆 即可直接涂饰家具及其他制品 也可将生漆进行精制或改性处理制得具有多种性能的天然漆 Historyofthecoating ChineseLacquer 生漆含有多种化学成分 其主要成分及含量一般为 漆酚40 70 漆酶含氮物10 树胶汁约为10 水分15 40 Naturalresinusingforcoating pitch beeswax gumarabic Grease pigmentcoatingsystem 来源于天然动植物油脂中的不饱和脂肪酸在氧气存在下可发生聚合和交联反应 可用于涂料的天然动植物油包括 亚麻籽油 大豆油 红花油 桐油以及鲱鱼油等 这类涂料包括清漆 不饱和脂肪酸 稀释剂 溶剂 无机颜料 金属氧化物或盐 Syntheticresin 上世纪50年代后 随着石油化工业的飞速发展 特别是高分子科学的发展 以石油化工产品为原料的合成树脂品种日渐增多和成熟 涂料的发展也进入了以合成树脂为主要原料的发展阶段 这个阶段的特点是原料来源丰富 价格低廉 性能也有很大提高 基本上可以满足各种不同用途的需要 但这时的涂料仍以溶剂性涂料为主 Classifyofthecoating 涂料品种繁多 仅目前在我国市面上销售的品种就超过了1000种 按有无颜料可分为 清漆 Varnishpaint 和色漆 pigmentedpaint 按形态可分为 水性涂料 waterpaint 溶剂型涂料 solventcoating 粉末涂料 powdercoating 高固体分涂料 highsolidcoating 无溶剂涂料 solventlesscoating 按用途可分为 汽车漆 automobilepaint 建筑漆 constructionpaint 木器漆 carpentrypaint 等按施工方法可分为 喷漆 spraypaint 浸漆 soakingpaint 烘漆 bakingpaint 等按效果可分为 绝缘漆 insulatedpaint 防锈漆 antirustpaint 防污漆 antifoulingpaint 等等 即使对同一类涂料品种 其性能和用途也各不相同 CompositionoftheCoating 涂料 成膜物 油脂 天然或合成的树脂 不挥发活性稀释剂 溶剂 有机溶剂或水 颜料 填料 助剂 Filmformingmaterial 成膜物又称为粘接剂或基料 它是涂料中的连续相 也是最主要的成分 成膜物一般为有机物 可以是单体 低聚物也可以是高聚物 但涂布成膜后均形成聚合物膜 早期涂料的成膜物质以油脂为主 目前在涂料领域常用的成膜物质为合成树脂 主要包括 醇酸树脂 alkydresin 和聚酯树脂 polyesterresin 酚醛树脂 phenolicresin 氨基树脂 aminoresin 环氧树脂 epoxyresin 聚氨酯树脂 polyurethaneresin 丙烯酸树脂 acrylicresin 其它用作涂料的合成树脂还包括 有机硅 organosilicon 氯化橡胶 chlorinatedrubber 烃类树脂 hydrocarbonresin 氟树脂 fluororesin 等等 Mechanismoffilmforming 具有流动性的液体涂料 涂布在物体表面后形成湿膜 物理成膜 溶剂或分散介质挥发 纤维素漆 丙烯酸漆 沥青漆等 分散型涂料 粉末涂料 化学成膜 聚合物粒子凝聚 氧化反应 自由基聚合 天然树脂 醇酸树脂酚醛树脂 环氧树脂 引发剂 不饱和聚酯 能量引发 烯类和炔类单体 逐步聚合 缩聚 氨基树脂 醇酸树脂 聚氨酯 环氧树脂 氢转移 交联剂 催化型聚氨酯 ProceedingofCoating 使用前 腻子 底漆 面漆 使用后 EnvironmentalbenignCoating 随着世界经济的发展和人们生活品质的不断提高 保护环境和节约能源越来越受到重视 环保涂料的4E原则 Economy Efficiency Environment Energyconservation 对于传统合成树脂型涂料 通常采用易挥发的有机溶剂 因此对于环境和人身健康都带来很大的潜在危害 世界各国也纷纷出台相应法规 限制涂料 VOC 值也就是挥发性有机物的排放量 这也使得环保型涂料得到了长足发展 Waterpaint 水性涂料指以水为主要溶剂或分散介质 其最大优点在于大大降低了有机溶剂的用量或消除了有机溶剂的存在水性涂料更加复合环保要求 施工安全 不可燃 无毒性 无异味 是传统涂料最好的替代品之一 水稀释型 水分散型 乳液聚合 水挥发 涂装 固化剂 交联剂 H2O Organicsolvent emulsion Filmformingmaterial Latex water paint 乳胶漆实际上就是颜料和聚合物的水分散体系 乳液 的混合物 为了便于成膜和加工 乳胶漆中通常还加入了分散剂 增稠剂等助剂 乳胶漆目前已广泛应用于建筑内外的装饰中 High solidcoating 高固体分涂料实际就是低挥发分涂料 这种涂料与粉末涂料等不同的是仍含有少量溶剂 固体分比例一般高于70 高固体分涂料具有涂膜丰满 一次涂装可得到厚涂层 溶剂少 储存运输方便 环境污染小 高固体涂料的涂装技术相对较为简便 与溶剂分散型涂料类似 因此不必对设备进行专门的改造 在性能上也与溶剂分散型涂料接近甚至更好 加热 Powdercoating 粉末涂料作为无溶剂涂料 在涂装过程中没有溶剂的挥发 适合于环境保护的要求 不使用有机溶剂 在生产和施工时较为安全 粉末涂料 粘合剂 树脂 颜料 助剂 热固性 热塑性 粉化 固化 冷却 涂覆 涂装 Powdercoating Radiationcurablecoating 辐射固化涂料是通过辐射能量引发液态的不饱和低聚物或单体的聚合与交联 从而得到高分子涂装 辐射固化体系主要包括 紫外光固化 电子束固化 射频固化 红外光固化 射线固化和微波固化 其中最主要的是紫外光固化技术 这是因为这一技术操作简便易行 易于控制 为了促使涂料的辐射固化通常还需加入光敏剂和光引发剂 以便在聚合过程中产生自由基 Specialfunctionalcoating 传统意义的涂料是保护和装饰物体的材料 能提高被涂物的使用寿命和功效 而在科学技术迅速发展的今天 涂料的意义和应用范围已被极大地丰富和演绎 涂料的功能已从装饰 保护逐步向具有各种特殊功能的方向发展 特种功能涂料成为用途最广而且不可或缺的表面材料 特种功能涂料按功能组分的不同可分为本体型和复合型两大类 前者是由树脂本体发挥功能作用 而后者是通过添加小分子的有机或无机功能材料实现 按照特种功能的种类包括 阻尼涂料 防污涂料 防结蜡涂料 示温涂料 导电涂料 吸波涂料 烧蚀涂料 防辐射涂料等等 Specialfunctionalcoating electronicfunctionalcoating 电功能涂料包括导电涂料 绝缘涂料 印刷电路涂料 防静电涂料等 Magneticfunctionalcoating Opticalfunctionalcoating 光功能涂料包括发光涂料 荧光涂料 变色涂料等 Thermalfunctionalcoating 热功能涂料包括耐热涂料 阻燃涂料 热吸收涂料 耐低温涂料等 Biologicfunctionalcoating 生物功能涂料包括防污涂料 防霉涂料 杀菌涂料等 Foundationoftheadhesive 胶粘剂在用料 作用等方面与涂料有很高的相似之处 胶粘剂在使用前也是液态 溶液或熔融 涂覆在物体表面后 胶粘剂中的聚合物或单体发生聚合或交联 随着胶粘剂中的溶剂挥发或熔融聚合物冷却后达到粘合的效果 按胶的成分可分为 有机物胶与无机物胶 按胶的状态可分为 溶液 膏糊 粉末状 按固化方式可分为 溶剂挥发型 化学反应型和热熔型 Foundationoftheadhesive 胶粘剂一般由基料 固化剂 稀释剂 增塑剂 填料 偶联剂 引发剂 阻聚剂 增稠剂 稳定剂等其中的几种或多种构成 基料即主体高分子 是赋予胶粘剂粘性的主要成分 可分为树脂型和橡胶型 固化剂是促使基料从小分子化合物聚合为高分子或从线形高分子交联为网络状高分子的反应试剂 溶剂是胶粘剂中常用的试剂 通常为低粘度 易挥发有机溶剂 Developmentoftheadhesive 6000年前的古埃及人就开始采用树脂粘合陶器 常用的天然胶粘剂还包括来源于牛奶蛋白的干酪 来源于淀粉的浆糊以及糖浆等 Naturaladhesive 皮胶 骨胶 虫胶 Developmentoftheadhesive Developmentoftheadhesive 法国化学家EdouardBenedictus偶然发现装过硝酸纤维素溶液的瓶子摔到地上后并没有散开 由此利用硝酸纤维素为粘合剂制备了第一块安全玻璃 Severalimportantadhesive 环氧树脂胶粘剂是应用最广泛的一种胶粘剂 俗称 万能胶 对金属和非金属都有很好的粘合效果 环氧树脂主要通过固化剂与环氧基团发生化学反应形成三维网络结构 聚氨酯胶粘剂是合成粘胶剂的重要品种 具有反应活性高 常温能固化 耐冲击等优异性能 丙烯酸酯胶粘剂聚合方式多样 在多种条件下均能作用具有耐水性 耐候性 耐腐蚀性 臭味小 与颜料粘合性好等优点 醋酸乙烯酯粘合剂又称热熔胶 具有粘附力强 胶层有韧性 耐候性好等优点 其作用方式是聚合物的熔融后冷却 Severalimportantadhesive 酚醛树脂胶粘剂有良好的耐热 耐化学腐蚀等性能 但固化后胶层是脆性的 需加温加压固化 常用其他高分子化合物来改善性能 方可扩大应用 氯丁橡胶胶粘剂具有极性大 分子内聚力大 粘接性好等优点 有机硅胶粘剂指