涂料与涂装复习1

1、湖北大学湖北大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室第一至四、六章第一至四、六章 涂料内容总结与串讲涂料内容总结与串讲1-1. 涂料的定义涂料的定义o涂料：又称油漆，是一类流体状或粉末状的物质，能涂覆在物件表面形成连续薄膜的材料；o涂料由主要成膜物质、溶剂、颜料和助剂四部分组成，利用成膜物质加入溶剂中配成粘稠的溶液形成基料，再将颜料颗粒加入基料中充分分散(不溶解)，制备出各种颜色不透明的涂料(称色漆)。主要成膜物质主要成膜物质o定义：又称漆基，是使涂料附着于物件表面形成连续薄膜的主要物质(粘接剂)，是构成涂料的基础，

2、决定着涂料的基本性质；o有机涂料中，主要成膜物质是植物油和树脂（天然树脂、人造树脂和合成树脂）颜料颜料o颜 料 ： 是 分 散 在 漆 料 中 不 溶 的 微 细 固 体 颗 粒(0.210m)。主要赋予涂料以颜色和遮盖力(不透明)，同时还可提高涂料力学性能、改善涂料流变性、降低涂料成本以及增强涂料保护效果(防锈、防腐蚀、导电、绝缘、阻燃等)。 o着色颜料：通常为金属或其氧化物，如红色(铁红)、白色(二氧化钛、氧化锌)、金黄色(铜粉)、黄色(锌铬黄)o防护颜料：防锈(缓蚀剂)、阻腐蚀o体质颜料：填充料，惰性物质，降低成本几类重要品种几类重要品种o没有颜料的涂料是黏性透明流体，主要成膜物质是树脂

3、，称为清漆，主要用于物件表面或色漆外层罩光，并可分为：a）油基清漆（油脂和树脂熬炼后，加入溶剂和助剂而成，俗名凡立水）；b）树脂清漆（只有树脂/增韧剂为成膜物质）o没有颜料，将精漂干性油（碱洗除去油脂中的脂肪酸，大部分蛋白质和磷脂等，并用白土将油脂中的色素吸附除去）加工聚合到一定黏度，并加入催干剂，以此为成膜物质的涂料，称为清油，又称熟油，俗名鱼油。o加有大量颜料的稠厚浆状体涂料，称为腻子，用来填补被涂物体的不平整部位（洞眼、砂眼、纹路、凹坑），以提高底漆膜的平整性，通常在底漆之上使用。o不含溶剂且成粉末状的涂料，称粉末涂料，由固体树脂、颜料、固化剂和流平剂等混合；o厚漆：俗名沿油，是用着色颜

4、料、大量体质颜料和1020%精制干性油或炼豆油，加入润湿剂研磨而成的稠厚浆状物。厚漆使用时必须加入清漆或清油、溶剂、催干剂等调和均匀。o调和漆：已经调和好可直接是用的涂料（调合漆），是以干性由为基料，加入颜料、溶剂、催干剂等配制而成。基料中可不加树脂，称油性调和漆（漆膜柔韧，易涂刷，耐候性好，但光泽和硬度差，干燥慢）；也可加入树脂，称磁性调合漆（树脂与干性油的比列一般在1/3以上）。o磁漆：当磁性调和漆中树脂与干性油之比值大于1/2，且使用鲜艳的着色颜料，漆膜坚硬耐磨，光亮美观，磁漆主要指面漆（光面漆）。1-2 涂料的发展涂料的发展o天然树脂阶段（50年代之前）：主要是以天然油脂、大漆、虫胶等

5、天然树脂或改性天然树脂为原料的溶剂性涂料和天然涂料。 o合成树脂阶段（5090年代间）：石油与化学工业的发展促进高分子科学的发展，以石化产品为原料的合成树脂原料丰富，性能得到明显提高，但仍以溶剂性涂料为主。o“节约型”阶段（90年代之后）：4E原则（economy, efficiency, environment, energy）2-1. 挥发型涂料挥发型涂料o定义：简言之，依靠溶剂挥发干燥成膜的涂料，其成膜物质是分子量相对较高的热塑性聚合物，在涂料成膜过程中化学组成与结构不发生变化，加热软化，冷却硬化。o纤维素聚合物、卤化聚合物、聚丙烯酸涂料纤维素聚合物（纤维素聚合物（cellulose p

6、olymers）o cellulose化学结构：(C6H10O5)n or C6H7O2(OH)3n纤维素是D-葡萄糖以-1,4糖苷键组成的大分子多糖分子量约50,0002500,000，相当于30015,000个葡萄糖基Chemical structure of Cellulose showing string intra and intermolecular H-bonding cotton分子间氢键分子间氢键分子内氢键分子内氢键wood1）硝酸纤维素（纤维素硝酸酯）硝酸纤维素（纤维素硝酸酯）1）硝化反应：C6H7O2(OH)3n + 3HNO3（HO-NO2） C6H7O2(ONO2)3

7、n + 3H2OC6H7O2(OH)2ONO2n，N% 6.76C6H7O2OH(ONO2)2n，N% 11.11C6H7O2(ONO2)3n，N% 14.14N% 10%）的树脂。o聚氨酯不是由异氰酸酷单体聚合而成的，是由异氰酸酯和羟基化合物逐步缩合而成。聚氨酯反应机理聚氨酯反应机理oNCO基的N、C、O原子中，C电负性最小，带部分正电荷，O、N电负性大而带部分负电荷；oC易被亲核试剂（ROH）进攻，O、N易被亲电试剂进攻，从而发生亲核加成反应；o电正性的活泼H和NCO中的氧原子结合成OH，但不饱和碳原子上的羟基不稳定，重排成为氨基甲酸酯。聚氨酯结构与性能聚氨酯结构与性能1）氢键作用o氢键在

8、外力作用下可吸收能量避免化学键断裂，外力消除又重新形成氢键，可逆的氢键作用使得聚氨酯树脂具有更高断裂伸长率、耐磨性和韧性。2）NCO活性：聚氨酯中NCO反应活性高，低温或室温可正常固化，可施工季节长。3）异氰酸酯结构影响o芳香族氨酯键经紫外作用后分解产生芳胺，其苯核经氧化后重排成醌结构的发色基团。因此，芳香族异氰酸酯制备的聚氨酯涂料易泛黄，脂肪族不能形成苯环生色团而不会泛黄。4）多元醇结构）多元醇结构o聚酯多元醇制备的聚氨酯涂料，具有很高的拉伸强度、弯曲强度以及耐磨性和耐油性。缺点是由于含有酯基，易水解。o聚醚多元醇制备的聚氨酯涂料，因醚键比酯键更易旋转，是相当柔韧的基团且不水解，故其聚氨酯涂

9、膜弹性高、耐水性好、粘度低。5）调节组成控制聚氨酯涂料性能o对于弹性涂料，其低温柔韧性要求高，耐化学药品性相对可以较低，用线性或低支链聚酯；o对于硬性涂料，要求具有极好的耐化学药品性、耐热性、高硬度和低伸长率，用高支链化聚酯；o在聚氨酯多元醇中引进芳环组成，如邻苯二甲酸酐和间苯二甲酸，可以提高聚氨酯涂料的耐温性和硬度；聚氨酯涂料分类聚氨酯涂料分类1）氨酯油涂料（干性油与多元醇反应而得，分子中不含NCO，主要靠干性油中的不饱和双键干燥固化成膜）2）湿固化涂料（利用NCO封端的聚醚或聚酯预聚物在环境温度下与空气中的水反应生成胺，胺再进一步与另一个NCO基因反应生成脲键而固化成膜）hard segm

10、entsoft segment3）封闭型涂料（添加封闭剂）4）双组分涂料：一组分为含NCO的异氰酸酯和无水溶剂组分（A组分）；另一组分为含OH的化合物或树脂、颜填料、溶剂、催化剂和其他添加剂（B组分）。A/B选择与性能关系5）催化固化涂料（施工前必须加催化剂）2-7. 环氧树脂涂料（缩合固化）环氧树脂涂料（缩合固化）o环氧值A：每100g环氧树脂中含有环氧基的物质的量o环氧指数B：每1kg环氧树脂中含环氧基的物质的量o环氧当量C：含有1mol环氧基的树脂的质量(g/mol)B=10A；C = 100/A = 1000/Bo羟基值F：指每100g环氧树脂中含有羟基的量o羟基当量H：含有1mol羟

11、基的树脂的质量(g/mol) H = 100/Fo酯化当量E：酯化1mol单羧酸所需环氧树脂的质量称酯化当量，单位为g/mol。环氧树脂中羧基和环氧基都能与羧酸进行酯化反应，并且酯化反应时1个环氧基相当于2个羟基。即由化当量可表示为：E = 100/(2A+F)环氧树脂涂料的性能环氧树脂涂料的性能o环氧树脂固化后体积收缩率小（2 vol%）（不饱和聚酯涂料体积收缩率达11%）o原因：含双键单体未聚合时的间距较长，聚合生成共价键，间距缩短，体积收缩，导致不饱和聚酯的收缩率高；开环聚合则不同，聚合的原子间原先已由共价键联接，聚合后体积变化不大。与脆性酚醛树脂相比，环氧树脂涂料具有更与脆性酚醛树脂相

12、比，环氧树脂涂料具有更好的韧性？好的韧性？交联间距交联间距交联间距交联间距交联间距交联间距酚醛树脂酚醛树脂2-8. 丙烯酸涂料丙烯酸涂料o定义：是指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的均聚物和与其它烯类单体的共聚物。丙烯酸树脂结构与性能的关系丙烯酸树脂结构与性能的关系o稳定性：丙烯酸树脂类存在-H，甲基丙烯酸树脂类无-H，后者耐UV性和耐氧化性比前者强； 丙烯酸树脂主链为C-C键，耐水解性、酸碱性、耐氧化性和耐化学品腐蚀性；o机械性能：硬度、柔软性、延伸性、拉伸强度和韧性酯基结构对聚合物性能的影响酯基结构对聚合物性能的影响侧链长度对聚合物机械性能的影响侧链长度对聚合物机械性能的影响-甲基限制甲基限制C-C

13、主链内旋转主链内旋转o玻璃化温度（Tg）：丙烯酸树脂的玻璃化温度与其软化点、脆化点、发粘温度以及分散体系的最低成膜温度均有直接关系。甲基丙烯酸酯甲基丙烯酸酯丙烯酸酯丙烯酸酯玻璃化温度回升因为：玻璃化温度回升因为：酯基碳原子数目增加，酯基碳原子数目增加，侧链碳原子产生结晶。侧链碳原子产生结晶。Fox方程方程o分子量：涂膜的韧性取决于聚合物的分子量，分子量越大，韧性和耐磨性越好，但当分子超过100,000，韧性和耐磨性变化不大。o交联：影响丙烯酸树脂性能主要因素 分子量、单体用量比、交联。交联可大大提高膜硬度、耐溶剂性、耐化学药品性和耐洗涤剂性，通常在合成丙烯酸树脂时，加入一些含功能团单体的共聚，

14、以使其在升温或催化条件下自交联或与外交联剂反应固化成膜。课程内容补充：涂料成膜理论课程内容补充：涂料成膜理论o涂料成膜包括两个过程：液态涂料施工到被涂物件表面后形成可流动的液态薄层，成为“湿膜”；按照不同的机理，通过不同的方式，变成固态的连续的“干膜”。o由“湿膜”变为“干膜”的过程通常称为“干燥”或“固化”，干燥或固化过程是涂料成膜过程的核心阶段。形态与粘度的变化形态与粘度的变化o液态涂料通常施工粘度约在0.051Pas之间，要成为具有一定机械性能的“干膜”时，其粘度至少要达到107 Pas以上。o从流动的液态逐步变为不能流动的固态，导致涂料流动性或粘度变化。o固态涂料施工粘附在物件表面不能形成连续的薄膜，也需要发生形态的变化即从分散的粒子凝聚为连续涂膜。o液态或固态