涂料和涂装工艺学概述

1、涂料和涂装工艺学概述内容第一章 绪论 第二章 天然树脂第三章 非转化型溶剂涂料第四章 醇酸树脂第五章 成膜物质2第六章 溶剂第七章 颜料 颜色和配色内容第八章 助剂第九章涂装与表面前处理第十章 环保及特种涂料第一章 绪论涂料的基本概念涂料的定义 涂料是一种保护、装饰物体表面的涂装材料。具体讲，涂料是涂布于物体表面后，经干燥可以形成一层薄膜，赋予物体以保护、美化或其它功能的材料。 涂饰物体表面而能结成坚韧保护膜的各种材料统称为涂料 涂料是一种涂覆在物体（被保护和装饰的对象）表面并能形成牢固附着的连续薄膜的配套性工程材料。（涂料应用科学与工艺学刘国杰 耿耀宗）涂料coating 漆Paints二者

2、差别不大，可相互使用， 涂料已经渗透到科学技术各个领域和日常生活的各个角落1.1.2 涂料的作用涂料的作用保护作用装饰作用标志作用特殊作用涂料作用保护作用：主要是防腐（金属腐蚀、木材腐烂、水泥风化），另外还可以增加物体的表面硬度，提高其耐磨性装饰作用： 在涂料中加入不同的颜料，可使涂膜具有各种颜色，增加物体表面的色彩和光泽，还可以修饰和平整物体表面的粗糙和缺陷，改善外观质量，提高商品价值1.1.2 涂料作用标志作用： 涂料可作色彩广告标志，利用不同色彩来表示警告、危险、安全、前进、停止等信号。各种危险品、化工管道、机械设备等涂上不同颜色的涂料后，容易识别、便于淮确操作；公路划线、铁道标志等也需

3、要不同色彩的涂料以保证安全行车 特殊功能：阻燃、导电、隐身（吸收电磁波）、阻尼（吸收声波）、防污、示温等。装饰作用装饰作用标志作用特殊作用力学功能：耐磨涂料、润滑涂料等；热功能：耐高温涂料、阻燃涂料等；电磁学功能：导电涂料、防静电涂料等；光学功能：发光涂料、荧光涂料等；生物功能：防污涂料、防霉涂料等；化学功能：耐酸、碱等化学介质涂料。保护作用特殊作用山西神池荒山绿化陕西华县荒山绿化（云南、山西）(greenth,其他作用）1.1.3 涂料的组成涂料 成膜物质 油脂 天然或者合成树脂不挥发的活性稀释剂 溶剂颜料、填料 助剂涂料中的用量比例油脂2030%树脂1020%颜料、填料425%溶剂3347

4、%助剂25%1.1.4 成膜物质成膜物质一般为低（预）聚物成膜物，将其涂布在物体表面后，经过聚合形成坚韧的膜层，如环氧、氨基、醇酸树脂等由溶解或分散在液体介质中的线性聚合物构成，成膜过程没有化学反应，仅仅是溶剂的挥发，如乙烯基聚合物和热塑性丙烯酸树脂等。反应型成膜物质挥发性成膜物质成膜物质有机溶剂 溶剂是用于溶解成膜物质的易挥发液体 溶剂对成膜物质的溶解能力决定所形成树脂溶液的均匀性及粘度 溶剂的挥发性极大影响涂膜的干燥速度、涂膜的结构和涂膜的外观的完美性 常用溶剂：甲苯、二甲苯、丁醇、丁酮和乙酸乙酯、120汽油1.1.6 颜料和填料颜料主要起遮盖、赋色和装饰的作用。填料增强涂膜性能、降低产品

5、成本无机颜料：铅铬黄、镉黄、铁红、钛白粉、氧化锌和铁黄等有机颜料：炭黑、酞青蓝、耐黄粉和大红粉等。填料：主要用来增加涂层厚度，提高耐磨性和机械强度 。轻质碳酸钙 重质碳酸钙 硫酸钡 1.1.7 助剂在涂料中的用量很少，约2-5但作用很大，不可或缺。现代涂料助剂主要有四大类：（1）对涂料生产过程发生作用的助剂，如消泡剂、润湿剂、分散剂、乳化剂等；（2）对涂料储存过程发生作用的助剂，如防沉剂、稳定剂，防结皮剂等；（3）对涂料施工过程起作用的助剂，如流平剂、消泡剂、催干剂、防流挂剂等；（4）对涂膜性能产生作用的助剂，如增塑剂、消光剂、阻燃剂、防霉剂等。涂料的基本组成及应用主要由四个组分构成成膜物质、

6、颜料、溶剂和助剂成膜物质基料是涂料中的连续相，起粘接和成膜作用。主要是各种合成高聚物和天然高聚物，对涂料的性能有重要的影响。颜料般是0.210um的无机或有机 粉末 作用： 遮盖和赋色， 增强作用， 赋于特殊性能， 改善流变性能， 降低成本的作用溶剂又称为稀释剂 是一种既能溶解树脂、油料，又易于挥发的物质。由溶剂型涂料沿用下来，在水性涂料中，溶剂就是水。作用 : 将树脂、油料稀释并将颜料、填料均匀分散。对涂膜性质有影响助剂用来改善涂膜的性能，如 干燥时间、耐老化、柔韧性、硬度、抗紫外线等 性能有增塑剂、固化剂、增稠剂、分散剂、成膜助剂、流平剂等。已经发展成为涂料的重要方面涂料的分类和命名涂料的

7、分类一、按涂料的形态分类 固态涂料：即粉末涂料 液态涂料：溶剂型涂料、水溶性涂料、水乳型涂料 二、按涂料的光泽分类 高光型或有光型涂料、丝光型或半定型涂料、无光型或亚光型涂料 三、按涂刷部位分类 内墙涂料、外墙涂料、地坪涂料、屋顶涂料、顶棚涂料等1.2.2 涂料的分类四、按涂料涂层状态分类平涂涂料、砂壁状涂料、含石英砂的装饰涂料、仿石涂料等五、按涂料的特殊性能分类建筑涂料、防腐涂料、汽车涂料、防露涂料、防锈涂料、 防水涂料、保湿涂料、弹性涂料等传统分类（1）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。（2）按涂料用途分类：建筑涂料、工业涂料和维护涂料。（3）按

8、成膜工序分类：底漆、腻子、中涂、面漆、罩光漆等。传统分类（4）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。（5）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、辐射固化涂料等。传统分类（6）按成膜物质分类：根据原化工部颁布的涂料按主要成膜物质分类的方法，共分成18类，其中第18类为涂料用辅助材料。1.2.3 涂料的命名不含颜料的透明涂料称为清漆；含有颜料的不透明涂料称为色漆（如磁漆、调和漆、底漆）；加有大量体质颜料的稠厚浆状涂料称为腻子。无挥发性稀释剂的涂料称为无溶剂涂料

9、；呈粉末状的称粉末涂料；以有机溶剂作为稀释剂的称溶剂型涂料；以水作为稀释剂的则称为水性涂料。1.2.4 涂料的类别与代号序号代号涂料类别序号代号涂料类别序号代号涂料类别1Y油性树脂7Q硝基纤维素13H环氧树脂2T天然树脂8M纤维素14S聚氨酯3F酚醛树脂9G过氧乙烯树脂15W元素有机聚合物4L沥青10X乙烯基树脂16J橡胶5C醇酸树脂11B丙烯酸树脂17E其他6A氨基树脂12Z聚酯树脂18辅助材料1.2.5 辅助材料分类序 号代 号名 称序 号代 号名 称1X稀释剂4T脱漆剂2F防潮剂5H固化剂3G催干剂涂料分类表序号代号（汉语拼音）涂料类别主要成膜物质1Y油性漆类天然动植物油，鱼油，合成油2

10、T天然树脂漆类松香及其衍生物、虫胶、酪素、动物胶，大漆及其衍生物3F酚醛树脂漆类酚醛树脂、改性酚醛树脂、二甲苯树脂4L沥青漆类天然沥青、石油沥青、煤焦沥青、硬脂酸沥青5C醇酸树脂漆类甘油醇酸树脂、季戊四醇醇酸树脂、其它改性醇酸树脂6A氨基树脂漆类脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂7Q硝基漆类硝基纤维素、改性硝基纤维素8M纤维素漆类乙基纤维、苄基纤维，羟甲基纤维，醋酸纤维，醋酸丁酸纤维等9G过氯乙烯漆类过氯乙烯树脂、改性过氯乙烯树脂10X乙烯漆类氯乙烯共聚物，聚醋酸乙烯及其共聚物，聚乙烯醇缩醛，氟树脂11B丙烯酸漆类丙烯酸酯共聚物及其改性树脂12Z聚酯漆类饱和聚酯及不饱和聚酯13H环氧树脂漆类环氧树脂及

11、改性环氧树脂14S聚氨酯漆类即聚氨基甲酸酯15W元素有机漆类有机硅、有机钛等元素有机化合物16J橡胶漆类天然橡胶、合成橡胶及其改性树脂17E其它漆类如无机高分子（硅酸锂），聚苯胺，聚酰亚胺等按照中国的国家标准GB2705-92涂料基本名称代号代号基本名称代号基本名称00清油45饮水舱漆01清漆46油舱漆02厚漆47车间（预涂）底漆03调合漆50耐酸漆04磁漆51耐碱漆05粉末涂料52防腐漆06底漆60耐火漆07腻子61耐热漆08水溶漆、乳胶漆62示温漆09大漆63涂布漆11电泳漆64可剥漆12乳胶漆65卷材涂料13水溶（性）漆66光固化涂料14透明漆67隔热涂料15斑纹漆、裂纹漆、桔纹漆71工

12、程机械用漆16锤纹漆72农机用漆17皱纹漆73发电、输配电设备用漆18金属（效应）漆、闪光漆77内墙涂料20铅笔漆78外墙涂料续表22木器漆79屋面防水涂料23罐头漆80地板漆24家电用漆82锅炉漆26自行车漆83烟囱漆27玩具漆86标志漆、路标漆、马路划线漆28塑料用漆87汽车漆（车身）30（浸渍）绝缘漆88汽车漆（底盘）32（绝缘）磁漆89其他汽车漆34漆包线漆90汽车修补漆35硅钢片漆93汽车漆（底盘）36电容器漆89其他汽车漆37电阻漆、电位器漆93集装箱漆38半导体漆94铁路车辆用漆40防污漆95桥梁漆、输电塔漆及其他（大型露天）钢结构漆41水线漆96航空、航天用漆42甲板漆、甲板防

13、滑漆98胶液43船壳漆99其他44船底漆1.2.7 涂料命名涂料全名=颜料或颜色名称+成膜物质名称+基本名称。若颜料对漆膜性能起显著作用，则用颜料名称代替颜色名称。产品型号产品名称产品型号产品名称Q01-17硝基清漆H36-51中绿环氧烘干电容器漆A05-19铝粉氨基烘漆S07-1浅灰聚氨酯腻子（分装）C04-2红醇酸磁漆H-1环氧漆固化剂1.3 涂料的发展历史涂料的发展史一般可分为三个阶段： （1）天然成膜物质的使用； （2）涂料工业的形成； （3）合成树脂涂料的生产 开始于史前时代，至少有4000年以上的历史。 在很长一个时期都使用天然的油性、半油性物质 作为原料，如生漆、桐油、松香、虫胶

14、等，埃及也早已知道用阿拉伯胶、蛋白等来制各色漆，用于装饰 此阶段，涂料所用原料主要是天然的油和树脂，因此 被称为油漆。油漆的制备主要还是作为一种技艺，没有科学的含义。何时具有了科学涵意？与科学接触二十世纪20年代杜邦公司开始使用硝基纤维素作为喷漆，用于汽车涂料30年代高分子科学的发展为现代涂料的发展奠定了基础。开始有了醇酸树脂，40年代发展了环氧树脂涂料，使防腐蚀涂料有了飞速发展。50年代随着石油化工的发展，各种合成树脂、溶剂和助剂相继出现。聚丙烯酸酯涂料-耐候，高光泽 静电喷涂技术 阳极电泳漆 PPG公司又发展了阴极电泳漆汽车金属闪光漆 60年代聚氨酯涂料得到发展，优良的抗石击性成为高档汽车

15、涂料，汽车的涂装工艺也在发生变化。 各种人工合成有机稀释剂和表面活性剂的出现，以水为稀释剂的乳液型涂膜材料得到广泛的应用。 所谓的油漆已经不光是油了 涂料与高分子科学紧密相连了1.4 涂料的困惑尽管涂料的应用与生产有漫长的历史， 尽管涂料已经为人们所利用和熟悉 但它只能以一种技艺的形式相传， 而不能进入科学的领域 这种情况至今还影响着不少人对涂料的看法认为涂料仅仅是靠经验传授的工艺影响它的发展。理论研究匮乏，不如塑料、橡胶 长期以来对涂料的研究主要停留在工艺的层面上，没有从基本理论、基本知识的角度深入探讨涂料的内部规律。（“漆糊涂”） 有幸的是 随着涂料作用和质量的提高，涂料本身的科技含量也越

16、来越高， 更需要多学科交叉基础理论来指导， 更需要高层次人才去参与。上世纪九十年代末，出现一些理论书籍涂料化学涂料技术基础现代水性涂料涂料基础耐磨涂料耐腐蚀涂料特种功能涂料涂料的相关科学涂料涉及多门学科: 高化、高物、无机、分析、物化高分子科学是涂料的重要基础， (各种聚合反应)还涉及物理化学的胶体化学 、表面化学、物理学的流变学、界面学和光学、机械学。 涂料不仅是一种工艺， 而是具有本身特点的独立学科 ， 成膜理论、表面结构和性质、分散理论等。20世纪涂料和涂装技术的发展过程年 代 主要涂料品种涂漆方法特点50年代硝基、醇酸、沥青手工空气喷涂、浸涂效率低、危险、环境污染大6070年代氨基、丙

17、烯酸、粉末涂料静电喷涂阳极电泳、粉末涂装高效安全、低污染80年代无溶剂涂料、高固体分面漆、自动涂漆、光固化优质、高效、安全、低污染90年代水性底漆、水性闪光漆、高固体分罩光漆水性漆静电喷涂满足VOC排放规定20世纪涂料和涂装技术的发展过程年 代 主要涂料品种涂漆方法特点50年代硝基、醇酸、沥青手工空气喷涂、浸涂效率低、危险、环境污染大6070年代氨基、丙烯酸、粉末涂料静电喷涂阳极电泳、粉末涂装高效安全、低污染80年代无溶剂涂料、高固体分面漆、自动涂漆、光固化优质、高效、安全、低污染90年代水性底漆、水性闪光漆、高固体分罩光漆水性漆静电喷涂满足VOC排放规定涂料的发展历史天然成膜物质的使用 ：中

18、国是世界上使用天然成膜物质涂料最早的国家之一。春秋时代（公元前770年公元前476年）就掌握了熬炼桐油制造涂料的技术。战国时代（公元前 475公元前221年）能用桐油和大漆复配涂料。此后，该项技术陆续传入朝鲜、日本及东南亚各国,并得到发展。到了明代(13681644年),中国漆器技术达到高峰。 17世纪以后，中国的漆器技术和印度的虫胶（紫胶）涂料逐渐传入欧洲。20世纪涂料和涂装技术的发展过程年 代 主要涂料品种涂漆方法特点50年代硝基、醇酸、沥青手工空气喷涂、浸涂效率低、危险、环境污染大6070年代氨基、丙烯酸、粉末涂料静电喷涂阳极电泳、粉末涂装高效安全、低污染80年代无溶剂涂料、高固体分面漆

19、、自动涂漆、光固化优质、高效、安全、低污染90年代水性底漆、水性闪光漆、高固体分罩光漆水性漆静电喷涂满足VOC排放规定1.5 涂料工业的发展涂料工业的形成：18世纪涂料工业开始形成。亚麻仁油熟油的大量生产和应用，促使清漆和色漆的品种迅速发展。1773年英国韦廷公司搜集出版干性油炼制清漆的工艺配方。1790年，英国创立了第一家涂料厂。法国在1820年、 德国在1830年、 奥地利在1843年、日本在1881年都相继建立了涂料厂。19世纪中叶，涂料生产厂家直接配制适合施工要求的涂料，即调合漆。从此，涂料配制和生产技术才完全掌握在涂料厂中，1915年开办的上海开林颜料油漆厂是中国第一个涂料生产厂。1

20、.4 涂料工业的发展合成树脂涂料时期：1855年，英国人A.帕克斯取得了用硝酸纤维素（硝化棉）制造涂料的专利权，建立了第一个生产合成树脂涂料的工厂。1909年，美国化学家L.H.贝克兰试制成功醇溶性酚醛树脂。1925年硝酸纤维素涂料的生产达到高潮。与此同时，酚醛树脂涂料也广泛应用于木器家具行业。1927年，美国通用电气公司的R.H.基恩尔突破了植物油醇解技术，发明了用干性油脂肪酸制备醇酸树脂的工艺，醇酸树脂涂料迅速发展为主流的涂料品种，摆脱了以干性油和天然树脂混合炼制涂料的传统方法，开创了涂料工业的新纪元。 1.4 涂料工业的发展40年代后期首先生产环氧树脂，50年代初，性能广泛的聚氨酯涂料在

21、联邦德国拜耳公司投入工业化生产。1950年，丙烯酸树脂涂料，逐渐成为汽车涂料的主要品种，第二次世界大战后,丁苯胶乳过剩,美国积极研究用丁苯胶乳制造水乳胶涂料。20世纪5060年代，发了聚醋酸乙烯酯胶乳和丙烯酸酯胶乳涂料，这些都是建筑涂料的最大品种。1952年乙烯类树脂热塑粉末涂料。壳牌化学公司开发了环氧粉末涂料。美国福特汽车1.4.1 涂料工业的发展1961年开发了电沉积涂料，并实现工业化生产。此外，1968年联邦德国拜耳公司首先在市场出售光固化木器漆。无溶剂涂料：乳胶涂料、水溶性涂料、粉末涂料和光固化涂料，使涂料产品中的有机溶剂用量大幅度下降,甚至不使用有机溶剂,开辟了低污染涂料的新领域。随

22、着电子技术和航天技术的发展,以有机硅树脂为主的元素有机树脂涂料,在5060年代发展迅速，在耐高温涂料领域占据重要地位。这一时期开发并实现工业化生产的还有杂环树脂涂料、橡胶类涂料、乙烯基树脂涂料、聚酯涂料、无机高分子涂料等品种。 今后发展方向今后十年，涂料工业的技术发展将主要体现在“四化”水性化、粉末化、高固体份化和光固化。世界涂料工业发展，正在本着力求符合“4E”原则的方向发展，即Economy Efficiency Energy Ecology1.5 涂料发展历程涂料工业的形成：18世纪涂料工业开始形成，亚麻仁油熟油的大量生产和应用， 1790年，英国创立了第一家涂料厂。 1915年上海开林

23、颜料油漆厂中国第一个厂。合成树脂涂料时期：19世纪中期 1855年，英国人A.帕克斯取得了用硝酸纤维素（硝化棉）制造涂料的专利权；1909年，美国化学家L.H.贝克兰试制成功醇溶性酚醛树脂。1.5 涂料发展历程（续） 1925年硝酸纤维素涂料的生产达到高潮。酚醛树脂涂料也广泛应用于木器家具行业。40年代后期: 环氧树脂50年代初，性能广泛的聚氨酯涂料1950年，美国杜邦公司开发了丙烯酸树脂涂料，逐渐成为汽车涂料的主要品种20世纪5060年代:胶乳涂料1950年代: 粉末涂料1.5 涂料发展历程1961年开发了电沉积涂料1968年联邦德国拜耳：乳胶涂料、水溶性涂料、粉末涂料和光固化涂料元素有机树

24、脂涂料,在5060年代发展迅速（特种涂料）1.6 涂料与涂装共同发展为配合合成树脂涂料的推广应用，涂装技术也发生了根本性变化。20世纪50年代，高压无空气喷涂在造船工业和钢铁桥梁建筑中推广，大大提高了涂装的工作效率。静电喷涂是60年代发展起来的，它适用于大规模流水线涂装，促进了粉末涂料的进一步推广。电沉积涂装技术是60年代适应于水溶性涂料的出现而发展的，尤其在超过滤技术解决了电沉积涂装的废水问题后，进一步扩大了应用领域。 七十年代以来，由于石油危机的冲击，涂料工业向节省资源、能源，减少污染、有利于生态平衡和提高经济效益的方向发展。高固体涂料、水型涂料、粉末涂料和辐射固化涂料的开发，是其具体表现

25、。 九十年代初，世界发达国家进行了“绿色革命”，对涂料工业是个挑战，促进了涂料工业向“绿色”涂料方向大步迈进。以工业涂料为例，在北美和欧洲，1992年常规溶剂型涂料占49%，到2000年降为26%；水性涂料、高固体份涂料、光固化涂料和粉末涂料由1992年的51%增加到2002年的74%。1.6 涂料与涂装共同发展（续）今后十年，涂料工业的技术发展将主要体现在“四化”水性化、粉末化、高固体份化和光固化。 （1）涂料的水性化 在水性涂料中，乳胶涂料占绝对优势，此外，水分散体涂料在木器、金属涂料领域的技术、市场发展很快。水性涂料重要的研究方向有以下几个方面： 成膜机理的研究。这方面的研究主要是改善涂膜的性能； 施工应用的研究。 水性聚氨酯涂料。这是近年来迅速发展的一类水性涂料。它除具有一般聚氨酯涂料所固有的高强度、耐磨等