精细化学品化学作业ch7

1、7.1概述 7.1.1定义 涂料是指用特定的施工方法涂覆到物体表涂料是指用特定的施工方法涂覆到物体表面后，经固化使物体表面形成美观而有一面后，经固化使物体表面形成美观而有一定强度的连续性保护膜、或者形成具有某定强度的连续性保护膜、或者形成具有某种特殊功能涂膜的一种精细化工产品。种特殊功能涂膜的一种精细化工产品。 作用 保护作用保护作用 保护作用保护作用 装饰作用装饰作用 保护作用保护作用 装饰作用装饰作用 色彩标志作用色彩标志作用马路标志漆马路标志漆 保护作用保护作用 装饰作用装饰作用 色彩标志作用色彩标志作用 特殊功能作用特殊功能作用发光涂料20世纪涂料和涂装技术的发展过程世纪涂料和涂装技术

2、的发展过程年年 代代 主要涂料品种主要涂料品种涂漆方法涂漆方法特点特点50年代年代硝基、醇酸、沥青硝基、醇酸、沥青手工空气喷涂、手工空气喷涂、浸涂浸涂效率低、危险、效率低、危险、环境污染大环境污染大6070年年代代氨基、丙烯酸、粉氨基、丙烯酸、粉末涂料末涂料静电喷涂阳极电静电喷涂阳极电泳、粉末涂装泳、粉末涂装高效安全高效安全、低污低污染染80年代年代无溶剂涂料无溶剂涂料、高固高固体分面漆、体分面漆、自动涂漆自动涂漆、光固光固化化优质优质、高效、安高效、安全、低污染全、低污染90年代年代水性底漆、水性闪水性底漆、水性闪光漆、高固体分罩光漆、高固体分罩光漆光漆水性漆静电喷涂水性漆静电喷涂满足满足V

3、OC排放规排放规定定7.2涂料的分类和命名 7.2.1涂料的分类（1）按涂料形态分类：溶剂型涂料、高固体分涂料、无溶）按涂料形态分类：溶剂型涂料、高固体分涂料、无溶剂型涂料、水性涂料、粉末涂料等剂型涂料、水性涂料、粉末涂料等（2）按涂料用途分类：建筑涂料、工业涂料和维护涂料）按涂料用途分类：建筑涂料、工业涂料和维护涂料（3）按成膜工序分类：底漆、腻子、中涂、面漆、罩光漆）按成膜工序分类：底漆、腻子、中涂、面漆、罩光漆等等（4）按涂膜功能分类：防锈漆、防腐漆、绝缘漆、耐高温）按涂膜功能分类：防锈漆、防腐漆、绝缘漆、耐高温涂料、导电涂料等涂料、导电涂料等（5）按成膜机理分类：转化型涂料和非转化型涂

4、料）按成膜机理分类：转化型涂料和非转化型涂料非转化型涂料是热塑性涂料，包括挥发性涂料、热塑性粉末非转化型涂料是热塑性涂料，包括挥发性涂料、热塑性粉末涂料、乳胶漆等；涂料、乳胶漆等；转化型涂料包括气干性涂料、固化剂固化涂料、辐射固化涂转化型涂料包括气干性涂料、固化剂固化涂料、辐射固化涂料等。料等。涂料类别与代号辅助材料分类7.2.2涂料的命名涂料的命名7.2.2.1涂料命名的原则涂料命名的原则全名全名= 颜料或颜色名称颜料或颜色名称+成膜物质名称成膜物质名称+基基本名称本名称例：锌黄酚醛防锈漆例：锌黄酚醛防锈漆全名全名=颜料或颜色名称颜料或颜色名称+成膜物质名称（用成膜物质名称（用途或特性）途或

5、特性）+基本名称基本名称例：醇酸导电磁漆，例：醇酸导电磁漆， 白硝基外用瓷漆白硝基外用瓷漆7.2.2.2涂料的编号原则A.涂料型号分为三部分，第一部分是成膜物质用汉语拼音字母表示；第二部分是基本名称，用两位数字表示；第三部分是序号，表示同类品种间的组成、配比或用途的不同B.辅助材料型号分两部分，第一部分是辅助材料种类，第二部分是序号。F-2,：辅助材料种类，2为序号。C.基本名称编号原则。采用00-99两位数字表示7.3涂料的组成7.3.1成膜物质包括：包括： 油脂和树脂油脂和树脂7.3.2. 7.3.2. 颜料颜料7.3.3 7.3.3 有机溶剂或水有机溶剂或水7.3.47.3.4填料填料7

6、.3.57.3.5助剂助剂常见涂料品种的应用范围常见涂料品种的应用范围 品种品种主要用途主要用途醇酸漆醇酸漆一般金属、木器、家庭装修、农机、汽车、建筑等一般金属、木器、家庭装修、农机、汽车、建筑等的涂装的涂装丙烯酸乳丙烯酸乳胶漆胶漆内外墙涂装、皮革涂装、木器家具涂装，地坪涂装内外墙涂装、皮革涂装、木器家具涂装，地坪涂装 溶剂型溶剂型丙烯酸漆丙烯酸漆汽车、家具、电器、塑料、电子、建筑、地坪涂装汽车、家具、电器、塑料、电子、建筑、地坪涂装环氧漆金属防腐、地坪、汽车底漆、化学防腐环氧漆金属防腐、地坪、汽车底漆、化学防腐聚氨酯漆聚氨酯漆汽车、木器家具、装修、金属防腐、化学防腐、绝汽车、木器家具、装修、

7、金属防腐、化学防腐、绝缘涂料、仪器仪表的涂装缘涂料、仪器仪表的涂装硝基漆硝基漆木器家具、装修、金属装饰木器家具、装修、金属装饰氨基漆氨基漆汽车、电器、仪器仪表、木器家具、金属防护汽车、电器、仪器仪表、木器家具、金属防护不饱和聚不饱和聚酯漆酯漆木器家具、化学防腐、金属防护、地坪木器家具、化学防腐、金属防护、地坪 酚醛漆绝酚醛漆绝缘、金属防腐、化学防腐、一般装饰缘、金属防腐、化学防腐、一般装饰乙烯基漆乙烯基漆化学防腐、金属防腐、绝缘、金属底漆、外用涂料化学防腐、金属防腐、绝缘、金属底漆、外用涂料 （1）发展速度快目前产量）发展速度快目前产量200万吨万吨/年年,年增长速度年增长速度3.4%，生产企

8、业约，生产企业约8000家家（2）普通型为主，高性能、环保型与国外）普通型为主，高性能、环保型与国外发达国家有较大差距发达国家有较大差距（3）水溶性涂料、高固体粉未涂料、光固）水溶性涂料、高固体粉未涂料、光固化涂料是发展方向化涂料是发展方向7.3.6 7.3.6 我国涂料工业的现状和发展趋向我国涂料工业的现状和发展趋向7.4.1.1基本结构及合成方法 原料：多元醇、多元酸和单元酸（油）。其中多元醇常用甘油和季戊四醇；多元酸常用苯酐，其次是间苯二甲酸、对苯二甲酸和顺酐；单元酸常用植物油脂肪酸（如蓖麻油、松香油等）、合成脂肪酸或芳香酸等。7.4.1 醇酸树脂涂料合成反应：A. 主链：由多元酸与多元

9、醇缩聚（以苯酐和甘油反应为例）OOOn+nH2CHC OHOHH2COHOHOOOH2CCHOHH2COHnB .侧链：由单元羧酸与主链上羟基酯化主链是强极性的，侧链的脂肪酸基和要由CC，CC键构成的非极性链。可以通过改变原料的组成来调节极性。OHOOOH2CCHOHH2COHn+nRCOOHOHOOOH2CCHOH2COHnCOR7.4.1 醇酸树脂涂料7.4.1.2 油度及其对醇酸树脂性能的影响a.油度的定义：醇酸树脂组分中油所占的质量百分数称为油度（OL），其表示式如下：OL（%）（油的质量/树脂理论产量）100油的质量/（多元醇质量多元酸质量油的质量生成水的质量） 100醇酸树脂按油度

10、来分为：短、中、长三种油度短：3545%; 中：4660%; 长：60%以上b. 油度概念的扩展：扩展为醇酸树脂侧链所占的质量百分数。7.4.1 醇酸树脂涂料c.油度对醇酸树脂性能的影响： 1.溶解度与极性：随油度增大，非极性增大，在非极性溶剂中溶解度增大；反之，在极性溶剂中溶解度增大。2.硬度：随油度减小，硬度增大。3.干率：中等油度的干率性好。4.耐久性：中等油度的室外耐久性好。5.刷涂性：长油度，柔性增大，刷涂性好。6.耐水性：中等油度的耐水性好，极性大易吸水。7.保光保色性：随油度减小其保光保色性得到改善。7.4.1 醇酸树脂涂料a.羟值定义：100克树脂中含有的羟基的当量数，称为羟值

11、。7.4.1.3 羟值及其对醇酸树脂性能的影响： b.羟值对树脂性能的影响：1.超量的羟基值对树脂分子链长短起调节作用。过量的端羟基值将对分子链起终止作用。醇酸树脂分子链的重复结构单元（链节）数与羟基超量成函数关系： 11UrU：链节数；rn(多元醇)/n（二元酸），n为摩尔数7.4.1 醇酸树脂涂料 c.羟值对醇酸树脂涂膜性能的影响：粘度随羟值增加而增大。羟基与自动氧化过程中形成的过氧化氢能形成较稳定的络合物，阻止过氧化氢基分解，降低膜干燥速度。随羟值增加，涂膜的保光性下降。游离羟基的存在，对涂膜的耐水性、硬度、抗张强度、耐候性均有不利影响。7.4.1 醇酸树脂涂料7.4.1.4 水性醇酸树

12、脂涂料的应用和发展前景水性涂料的优点：水无毒、无味、不燃烧，既降低成本，又大大降低VOC（挥发性有机物）含量，是绿色环保型涂料。7.4.1 醇酸树脂涂料水性涂料面临的问题： 水挥发比有机溶剂难；水的表面张力大，对颜料的分散和涂料的涂布不利对金属基本的腐蚀，需加入助溶剂、表面活性剂、还原剂等，而为些助剂又会带来不同的负面影响；配制比溶剂型复杂。7.4.1 醇酸树脂涂料A. 有机硅改性的水性醇酸树脂涂料：制备方法：（1）制备反应性的有机硅低聚物，再和醇酸树脂上的羟基反应。（2）将有机硅低聚物作为多元醇与醇酯树脂进行共缩聚。OSiCH3CH3OSiCH3OCH3SiCH3OHCH3nH7.4.1 醇

13、酸树脂涂料优点：既保留了醇酸树脂涂料涂刷性好、室温固化和涂膜物理、机械性能好的优点，又具有有机硅树脂耐热、耐紫外线老化及耐水性好的特点，是一种综合性能优良的涂料。B. 丙烯酸树脂改性的水性醇酸树脂涂料制备方法：将（甲基）丙烯酸（酯）单体与脂肪酸上有不饱和双键的醇酸树脂共聚生成水性树脂。优点：具有丙烯酸树脂优良的保色保光性、耐候性、耐腐蚀性及快干、高硬度的特点，又具有醇酸树脂的特性7.4.1 醇酸树脂涂料 C.氨基树脂改性的水性醇酸树脂涂料制备方法：氨基甲酸酯树脂中含有的氨基与醇酸树脂中的羧基反应交联。优点：漆膜的硬度得到明显的改善，耐水、耐酸碱性、耐溶剂性、耐污染性优良，附着力强。配方举例：1

14、）聚醚聚氨酯：由甲苯二异氰酸酯与聚乙二醇、聚丙二醇聚合而成。2）改性醇酸树脂：组分组分亚麻油脂亚麻油脂肪酸肪酸间苯二甲酸间苯二甲酸三羟甲基三羟甲基丙烷丙烷聚醚聚聚醚聚氨酯氨酯重量份重量份402124103）水性醇酸树脂涂料：100份上述改性醇酸树脂15份丁基溶纤素25份乙基溶纤素，充分搅拌，4.4份三乙胺79份水，充分混合。7.4.1 醇酸树脂涂料7.4.2环氧树脂涂料 环氧树脂涂料是以环氧树脂、环氧酯树脂和环氧醇酸树脂为基料的涂料。环氧树脂涂料耐化学性强，粘附力强，稳定性好。 环氧树脂涂料主要用于：防腐蚀涂料，舰船涂料，电气绝缘涂料，家具装饰涂料，食品罐头内壁涂料，水泥地坪涂料，还有特种涂料

15、等。7.4.2.1 环氧树脂的合成及主要化学性质环氧树脂的合成及主要化学性质7.4.27.4.2环氧树脂涂料环氧树脂涂料目前产量最大的环氧树脂是环氧氯丙烷和双酚A（二酚基丙烷）合成的：HOCH3CH3OHClH2C CH CH2O(n+1)+ (n+2)NaOHOCH3CH3OH2CH2COCH3CH3OCHH2COHOH2CCH2OnH2C 环氧树脂中有相当活泼的官能团环氧基。氧环氧树脂中有相当活泼的官能团环氧基。氧上带有负电荷，碳上带有正电荷，形成两个反上带有负电荷，碳上带有正电荷，形成两个反应活性中心。亲电试剂向氧原子进攻，亲核试应活性中心。亲电试剂向氧原子进攻，亲核试剂向碳原子进攻，结

16、果引起剂向碳原子进攻，结果引起CO键断裂。环键断裂。环氧基可以和胺、酰胺、酚、羟基、羧基等起反氧基可以和胺、酰胺、酚、羟基、羧基等起反应，这是环氧树脂涂料固化交联反应的根据。应，这是环氧树脂涂料固化交联反应的根据。环氧树脂中含有仲醇基，可以和羟甲基、有机环氧树脂中含有仲醇基，可以和羟甲基、有机硅、有机钛、脂肪酸反应，这是环氧树脂固化硅、有机钛、脂肪酸反应，这是环氧树脂固化和改性的前提。和改性的前提。7.4.27.4.2环氧树脂涂料环氧树脂涂料7.4.2.2环氧树脂的固化环氧树脂的固化7.4.27.4.2环氧树脂涂料环氧树脂涂料固化剂的种类很多，如脂肪族多元胺类，芳香族多元胺类，各种胺改性剂，各

17、种有机酸及酸酐，咪唑，一些合成树脂如脲醛树脂、酚醛树脂等。（1）与胺类固化剂交联）与胺类固化剂交联 脂肪族胺类固化剂在目前使用得比较多。常用的胺类固化剂有乙二胺、多乙撑多胺、氨基乙醇胺等。7.4.27.4.2环氧树脂涂料环氧树脂涂料NH2+ONHH2CHCOHONOHOHONOOHOH（2）与酸酐和羧酸固化剂交联）与酸酐和羧酸固化剂交联() 酸酐与环氧树脂中的羟基反应生成单酯7.4.27.4.2环氧树脂涂料环氧树脂涂料CHHOOOO+OOOHOCH() 单酯中的羧基与环氧基酯化生成二酯7.4.27.4.2环氧树脂涂料环氧树脂涂料+OOOHOCHOOOOOCHOH() 在酸存在下，环氧基与羟基起

18、醚化反应CHHO+OOOOOCHOHOOOOCHOCH2() 单酯与羟基反应生成二酯7.4.27.4.2环氧树脂涂料环氧树脂涂料CH+OOOHOCHOOOOCHHOCH+H2O（3）与其他树脂交联 和含有羟基的树脂如酚醛树脂交联；和含有胺基的树脂如脲醛树脂交联；和含有羧基的树脂交联，如丙烯酸树脂中加入少量环氧树脂，进行环氧基酯化，可提高耐用性，常用于家具涂层。7.4.2.3 水性环氧树脂涂料水性环氧树脂涂料7.4.27.4.2环氧树脂涂料环氧树脂涂料环氧树脂水性化是指将环氧树脂以微粒、液滴或胶体形式分散在水中而配得稳定的分散体系。其中最常用的是将环氧树脂制成乳液。根据所用环氧树脂物理状态的不同

19、可将水性环氧树脂涂料分成以下两类：7.4.2.3 水性环氧树脂涂料水性环氧树脂涂料7.4.27.4.2环氧树脂涂料环氧树脂涂料（1）型水性环氧树脂体系该体系由低分子液体环氧树脂和水性环氧固化剂组成。（2）II型水性环氧树脂体系该体系采用高分子量固体双酚A型环氧树脂。 在其分子中引入具有表面活性作用的分子链段水性环氧树脂涂料制备方法水性环氧树脂涂料制备方法7.4.27.4.2环氧树脂涂料环氧树脂涂料根据制备方法的不同，环氧树脂水性化有以下四种方法：机械法、化学改性法（可分为离子型和非离子型）、相反转法和固化剂乳化法等。在聚氨酯分子链中含有相当量的氨基甲酸酯键：7.4.3 聚氨酯树脂涂料COOHN

20、R凡是用异氰酸酯或其反应产物为原料的涂料都统称为聚氨酯涂料。性能：（1）物理机械性能好，涂膜坚硬、柔韧、光亮、丰满、耐磨，附着力强。（2）耐腐蚀性能优异，耐酸，耐石油。（3）电性能好，宜作漆包线漆和其他电绝缘漆。（4）施工适应范围广，可室温固化或加热固化。（5）能和多种树脂混溶，可在广泛的范围内调整配方，配制成多品种、多性能的涂料产品。应用：木器、地板、电器、仪表、机械、飞机、车辆塑料、皮革、纸张、织物等涂装。7.4.3.1制备聚氨酯涂料的基本反应聚氨酯预聚体通常是由端羟基预聚体（包括二羟基聚醚、二羟基聚酯及多羟基聚醚等）与二元或多异氰酸酯进行重键加成聚合而成：(n+1) HOOH + (n+

21、2) OCN-R-NCOC OO C NHOR NHONHROCNCOOO CONH R-NCO()n7.4.3聚氨酯树脂涂料与水反应：潮（湿）气固化型涂料RNCO + H2ORNHCOOHRNH2+CO2RNCO+ RNH2CONHHNRR7.4.3.2聚氨酯涂料的制备方法聚氨酯涂料主要分为单组分湿固化涂料和双组分涂料。单组分：是含异氰酸酯基的预聚物，涂布后与空气中的湿气反应而交联固化。常用的有以聚醚或蓖麻油（含有羟基）醇解物为基础的预聚物。双组分：包括多羟基组分和多异氰酸酯两组分，在使用前将两组分混合，羟基与异氰酸根反应而交联成膜。7.4.3 聚氨酯树脂涂料（2）常用多异氰酸酯单体：CH3

22、NCONCO甲苯二异氰酸酯（TDA）H2COCNNCO二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）（ ）芳香族二异氰酸酯（1）多羟基化合物：聚醚、聚酯、环氧树脂和多羟基醇类。7.4.3 聚氨酯树脂涂料（ ）脂肪族二异氰酸酯CH3NCO3-二异氰酸酯（IMIC）H2COCNNCO二二异氰酸酯（HMDI）NCOOCNOCNNCOHDINCONCO异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）7.4.3 聚氨酯树脂涂料（ ）多功能异氰酸酯单体，如：分子结构中含有NCO和以CC双键。H2CCCH3COOCH2CH2NCO甲基丙烯酸异氰酸乙基酯（IEM）催化剂：胺类化合物，如三乙胺改性剂：如增塑剂（苯二甲酸酯）稳定剂：如光稳定剂（二

23、苯甲酮）（3）制备聚氨酯的其它助剂：7.4.3 聚氨酯树脂涂料水性双组分聚氨酯防腐涂料配方：7.4.3 聚氨酯树脂涂料原料名称原料名称质量分数质量分数/原料名称原料名称质量分数质量分数/主漆主漆A（含羟基组分）（含羟基组分）9 三聚磷酸铝（防锈颜料）三聚磷酸铝（防锈颜料） 501001 Luhydran S937T(BASF羟基丙烯酸乳液羟基丙烯酸乳液) 40010 改性磷酸锌（防锈颜料）改性磷酸锌（防锈颜料）11 TEGO 822（消泡剂）（消泡剂）501000.82二甲基乙胺二甲基乙胺(DMEA)（1:1在水中）在水中）812 二乙二醇丁醚乙酸酯二乙二醇丁醚乙酸酯（DB Acetate）(

24、成膜助成膜助剂剂)153 FuC 2030(分散剂分散剂)313 水水604 DC 65（消泡剂）（消泡剂）0.5总计总计约约8005 润湿剂润湿剂5固化剂固化剂B（NCO组分）组分）6 防沉剂防沉剂1 水性自乳化水性自乳化HDI型固化剂型固化剂(Basonat HW160PC)7 金红石钛白粉金红石钛白粉52.58 硫酸钡硫酸钡87.57.4.3.3聚氨酯涂料的发展趋势（1）水性聚氨酯涂料：（2）聚氨酯粉末涂料7.4.3 聚氨酯树脂涂料 丙烯酸树脂涂料以丙烯酸树脂为主要成膜物质的涂料。 特点:涂膜外观装饰性好，有优良的耐光性和户外耐候性，保色保光，是现代装饰性涂料的主要品种。包括热塑型丙烯酸

25、树脂和热固型丙烯酸树脂两类。 最主要的用途:汽车工业，还广泛用于轻工、家用电器、卷钢材料、仪器仪表以及木材、塑料、织物、皮革和纸张等制品。丙烯酸乳胶漆是建筑涂料的主要品种。 目前正向高固体分含量、水性化、无溶剂化等的方向发展。7.4.4 丙烯酸树脂涂料7.4.4 丙烯酸树脂涂料7.4.4.1 丙烯酸树脂的原料和合成方法： 以（甲基）丙烯酸酯及苯乙烯为主的丙烯酸酯类单体为原料，一般用自由基加聚反应聚合。 常用引发剂主要有两类：1.过氧化物类：过氧化苯甲酰，过氧化叔丁基苯甲酰，过氧化二叔丁基，叔丁基过氧化氢。2.偶氮二异丁腈。7.4.4 丙烯酸树脂涂料甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚，反应式如下： CHH2CH2C CCH3COOCH3n+m引发剂溶剂H2CCCH3CHCH2C（OOCH3）mn