涂料与涂装课件

湖北大学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第一至四、六章

涂料内容总结与串讲9/13/2023湖北大学材料科学与工程学院第一至四、六章

涂料内§3溶剂高分子本体解缠结高分子溶剂高分子溶液溶剂§3溶剂高分子本体解缠结高分子溶剂高分子溶液溶剂2§3-1主要成膜物质(树脂)的溶解特点①溶解分两步溶胀：溶剂分子渗入到缠结的高分子链内部，即溶剂分子和高分子的某些链段混合，使高分子体积膨胀；溶解：解缠结高分子分散到溶剂中，形成完全溶解的均相体系；②溶解度与分子量有关：分子量大，溶解度小；分子量小，溶解度大。对交联高聚物，交联度大，溶胀度小；交联度小，溶胀度大。§3-1主要成膜物质(树脂)的溶解特点①溶解分两步3§3-1主要成膜物质(树脂)的溶解特点③溶解与聚集态有关非晶态聚合物较易溶解（分子堆砌较松散，分子间力较小）结晶态聚合物难溶解（分子排列规整，堆砌紧密）④结晶高聚物溶解与高聚物的极性、结晶度有关

结晶度↑，溶解度↓§3-1主要成膜物质(树脂)的溶解特点③溶解与聚集态4非晶高聚物的溶解与溶胀①无限溶胀（溶解）：线型聚合物溶于良溶剂中，能无限制吸收溶剂，直到溶解成均相溶液为止。②有限溶胀：对于交联聚合物以及在不良溶剂中的线性聚合物来讲，溶胀只能进行到一定程度为止，以后无论与溶剂接触多久，吸入溶剂的量不再增加，而达到平衡，体系始终保持两相状态。非晶高聚物的溶解与溶胀①无限溶胀（溶解）：线型聚合物溶于良5结晶高聚物的溶解1）结晶高聚物溶解的特点①热力学稳定相态，分子链排列紧密、规整，分子间作用力大，溶解要比非晶聚合物困难得多；②溶解有两个过程：首先吸热，分子链开始运动，晶格被破坏；然后被破坏晶格的聚合物与溶剂发生作用，同非晶聚合物一样，先发生溶胀，再溶解。2）非极性结晶聚合物的溶解分子间没有极性基团相互作用力，溶解时加热到接近Tm时，使晶格被破坏，再与溶剂作用。非极性聚合物溶解过程吸热HM>0，只有在HM<TSM才能溶解，故需要提高T结晶高聚物的溶解1）结晶高聚物溶解的特点63）极性结晶高聚物的溶解分子间有很强的作用力，除用加热方法使其溶解之外，也可在常温下加强极性溶剂使之溶解（？）原因：其一，结晶聚合物中含有部分非晶相（极性的）成分，它与强极性溶剂接触时，产生放热效应，放出的热使结晶部分晶格被破坏，然后被破坏的晶相部分就可与溶剂作用而逐步溶解；其二，极性高聚物在极性溶剂中，高分子链与溶剂间相互作用大，溶解时放热

HM<0，使得GM<0，溶解过程自发进行3）极性结晶高聚物的溶解7线形聚合物先溶胀，后溶解交联聚合物只溶胀，不溶解结晶聚合物先熔融，后溶解交联度越大溶解度越小相对摩尔质量大溶解度小提高温度可增加其溶解度线形聚合物交联聚合物结晶聚合物交联度越大相对摩尔质量大提高温8§3-2涂料用溶剂的选择原则Hansen溶度参数相近液体的内聚能密度由三种力组成：色散力（非极性分子间作用力）、极性力和氢键力，相应地，溶度参数由色散力溶度参数δd，极性溶度参数δp和氢键溶度参数δh组成：§3-2涂料用溶剂的选择原则Hansen溶度参数相近9§3-2涂料用溶剂的选择原则溶度参数相近氢键力等级极性相似溶剂化作用（相互作用参数

1小于1/2）弱氢键溶剂：烃类和卤代烃，氢键力0.3；中氢键型溶剂：接受型，酮类和酯类，氢键力1.0；强氢键型溶剂：授受性，醇类，氢键力1.7§3-2涂料用溶剂的选择原则溶度参数相近氢键力等级10§3-3溶剂的挥发表面控制：溶剂大量从涂膜表面挥发，溶剂分子的挥发受分子穿过漆膜气-液边界层表面扩散阻力的制约，主要受温度、蒸气压、表面积/体积比以及表面空气的流动速度的影响；扩散控制：树脂Tg，自由体积，溶剂分子大小，外加增塑剂基材表面漆膜空气§3-3溶剂的挥发基材表面漆膜空气11§4-1.颜料的定义定义：是分散在漆料中不溶的微细固体颗粒(0.2~10μm)，其物理和化学性质不因分散介质而改变，在漆膜中颜料依靠树脂粘接在一起。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。无机颜料：钛白、锌白、锌钡白、硫化锌、铁系颜料、镉系颜料、体质颜料有机颜料：偶氮、酞菁、喹吖啶酮§4-1.颜料的定义定义：是分散在漆料中不溶的微细固体颗12§4-2.无机颜料性能的影响因素化学组成粒子形状粒子尺寸尺寸分布粒子表面积表面处理§4-2.无机颜料性能的影响因素化学组成13§4-3.颜料体积浓度颜料体积浓度：干燥漆膜中颜料所占体积分数PVC=颜料体积/漆膜总体积临界颜料体积浓度（CPVC）比体积浓度：⊿=PVC/CPVC§4-3.颜料体积浓度颜料体积浓度：干燥漆膜中颜料所占体14CPVC的影响因素颜料表面亲溶剂性或易吸附树脂（易被润湿），抑或加入分散剂，都会降低CPVC；颜料组成相同时，粒径越小（表面积对体积比就大），吸附树脂多，CPVC越低；粒径分布越宽，小颗粒可以填充到大颗粒形成的间隙中，间隙体积越小，CPVC越高；用含絮凝颜料的涂料制成的涂膜，其CPVC值低于不含絮凝颜料的涂膜。CPVC的影响因素颜料表面亲溶剂性或易吸附树脂（易被润湿），15比体积浓度与漆膜性能关系PVC增加，漆膜光泽下降（颜料颗粒间没有完全被树脂填充，导致漆膜内有空气，增加光的漫散射，减少定向反射光）；PVC达到CPVC时，⊿=1，高分子树脂恰好填满颜料紧密堆积所形成的空隙；当⊿>1，漆膜内开始出现空隙，此时高分子树脂量太少，部分颜料颗粒没被粘住，漆膜透过性增加，防护性降低，相应机械性能降低，当遮盖力和着色力增加。比体积浓度与漆膜性能关系PVC增加，漆膜光泽下降（颜料颗粒间16§4-4.影响漆膜光泽的主要因素漆膜表面粗糙度：

a.颜料的作用，浮在表面的颜料影响漆膜的平滑度，并随比体积浓度变化。在刚涂的湿膜中，树脂和颜料粒子能够自由移动，随溶剂挥发或固化，湿膜粘度增加，颜料粒子移动变慢，但树脂溶液可随溶剂继续移动，导致表面含有少量颜料。大粒子在小粒子前停止移动；絮凝粒子先停止移动，稳定性好的粒子最后停止移动。§4-4.影响漆膜光泽的主要因素漆膜表面粗糙度：17影响漆膜光泽的主要因素b）PVC增加，漆膜表面层的颜料增加，表面粗糙度增加，光泽减小；

c）涂料流平性差导致表面不平整，粗糙度增加，光泽下降；

d）漆膜暴露在外，挥发性成分导致漆膜收缩，同时粉化的漆膜表面粗糙度增加，降低其光泽。漆膜在应用期间光泽发生变化影响漆膜光泽的主要因素b）PVC增加，漆膜表面层的18树脂分子结构影响漆膜光泽漆膜在相同平滑度时，其光泽的大小与主要成膜物质的摩尔折光度（R）密切相关。R越大，光泽越大；含不饱和键的分子具有较大R值，具有共轭结构的分子R值更高。M为树脂分子量d为密度n为折射率树脂分子结构影响漆膜光泽漆膜在相同平滑度时，其光泽的大小与主19漆膜光泽比较丙烯酸酯和苯乙烯共聚涂料的光泽高于丙烯酸酯和乙酸乙酯共聚涂料；氨基树脂涂料的光泽，三聚氰胺甲醛树脂（？）脲醛树脂；醚化三聚氰胺甲醛树脂（醚化程度）酚醛树脂？脲醛树脂醇酸树脂？聚酯树脂聚氨酯涂料？聚酯涂料环氧树脂？酚醛树脂课题自学(P99)：鲜映性，雾影，消光漆膜光泽比较丙烯酸酯和苯乙烯共聚涂料的光泽高于丙烯酸酯和乙酸20§6-1.水性涂料定义定义：水性涂料是以水作主要溶剂或分散介质。与溶剂性涂料相比，水性涂料的最大优点是大大降低了有机溶剂的用量或基本上消除了有机溶剂的存在，因而符合环保要求，水性涂料另外的特点是生产施工安全，不可燃、无(或降低)毒性、无(或降低)异味。存在问题：1）水挥发比有机溶剂慢，且受环境湿度影响，施工工业控制要求高；2）水加速设备腐蚀；3）水能导电，不利于静电喷涂。§6-1.水性涂料定义定义：水性涂料是以水作主要溶剂或分21乳胶漆乳胶漆：主要成分是乳液和颜料，在配制乳胶漆时，先将颜料高速搅拌预分散后，加入分散剂通过研磨设配制成颜料浆，再与乳液调配成涂料。不能直接将乳液与颜料混合研磨，会导致混合不均，且颜料、填料会吸收水分造成破乳、絮凝。乳液聚合：将不溶或微溶于水的单体在强烈的机械搅拌及乳化剂的作用下与水形成乳状液，在水溶性引发剂的引发下进行的聚合反应。乳胶漆乳胶漆：主要成分是乳液和颜料，在配制乳胶漆时，先将颜料22表面活性剂在乳液聚合过程中的作用降低表面张力，分散单体成细小液滴（分散单体）；单体液滴表面形成保护层，防止凝聚，使乳液稳定；增溶作用：当乳化剂浓度超过一定值时，就会形成胶束（micelles)，胶束呈球状或棒状，胶束中乳化剂分子的极性基团朝向水相，亲油基指向油相，能使单体微溶于胶束内。表面活性剂在乳液聚合过程中的作用降低表面张力，分散单体成细小23§6-2.乳液聚合机理（Harkins理论）未反应增速期恒速期降速期胶束消失单体液滴消失单体反应完两种平衡移动单体液滴

水相

乳胶粒乳化剂胶束

水相

乳胶粒§6-2.乳液聚合机理（Harkins理论）未反应增速期恒24“死乳胶粒”与“活乳胶粒”当一个自由基在一个乳胶粒中引发聚合以后，所形成的活性单体就在这个乳胶粒中进行链增长。当第二个自由基扩散进入这个乳胶粒中以后，就会和乳胶粒中原来的自由基链发生碰撞而进行双基终止，使这个乳胶粒不含自由基，称为“死乳胶粒”；含有自由基且正在进行链增长的乳胶粒，叫作“活乳胶粒”，若向死乳胶粒中再扩散进去一个自由基，就在这个乳胶粒中又一次引发聚合，重新开始一个新的链增长过程，直至下一个自由基进入为止；在整个乳液聚合过程中，此两类乳胶粒不断相互转化，从而使乳胶粒逐渐长大，单体转化率不断提高。“死乳胶粒”与“活乳胶粒”当一个自由基在一个乳胶粒中引发聚合25低分子量乳胶粒产生原因自由基引发在水相中溶解的少量自由的单体分子进行聚合，由于水相中单体的浓度极低，且聚合物在水中的溶解度随分子量增大而急剧降低，自由基链还没有来得及增长到较大就被沉淀出来；沉淀的低聚物从周围吸收乳化剂分子，以使其稳定地悬浮在水相中。同时，从水相中吸收单体分子和自由基，引发聚合生成乳胶粒（生成乳胶粒的低聚物机理或均相成核机理）；如单体在水中溶解度很小（苯乙烯），按低聚物机理生成的乳胶粒数可以忽赂不计；如单体在水中有一定溶解度（如醋酸乙烯酯），按低聚物机理生成的乳胶粒数会明显增加，应加以考虑。低分子量乳胶粒产生原因自由基引发在水相中溶解的少量自由的单体26阶段I的乳化剂分配乳化剂有4个去处：胶束乳化剂、以单分子溶解在水中、吸附在单体液滴表面、吸附在乳胶粒表面；随成核过程的进行，乳胶粒数增加，乳胶粒尺寸不断长大，使得乳胶粒的表面积逐渐增大。这样，越来越多的乳化剂从水相转移到乳胶粒表面，使溶解在水相中的乳化剂不断减少。结果，破坏了单分子乳化剂

尚未成核的胶束之间的平衡，使平衡向胶束

水相

乳胶粒方向移动；胶束乳化剂量逐渐减少，部分胶束被破坏，再加上成核过程本身也要消耗胶束，致使胶束数目越来越少，以至最后胶束消失。从诱导期结束到胶束耗尽这一期间就为阶段I。乳化剂用量越大时、阶段I就越长。阶段I的乳化剂分配乳化剂有4个去处：胶束乳化剂、以单分子27阶段II乳化剂分配乳化剂分布在：水相、吸附在乳胶粒表面，吸附在单体液滴表面随乳胶粒逐渐长大，表面积增大，需要从水相吸附更多的乳化剂分子，致使水相中的乳化剂浓度低于临界胶束浓度，甚至还会出现使部分乳胶粒表面积不能被乳化剂分子完全覆盖，这样就会导致乳液体系表面自由能提高，使得乳液稳定性下降，以致破乳。阶段II乳化剂分配乳化剂分布在：水相、吸附在乳胶粒表面，28§6-3.乳液干燥成膜机理水分散介质蒸发后使乳液粒子紧密堆积，粒子在紧密堆积过程中发生变形，形成连续而柔软的膜；在较漫的凝结过程中，粒子和粒子间的聚合物分子相互扩散，跨越粒子边界且高分子之间缠卷形成增强薄膜。§6-3.乳液干燥成膜机理水分散介质蒸发后使乳液粒子紧密29§6-4.热固性粉末涂料环氧树脂粉末涂料聚氨酯粉末涂料丙烯酸粉末涂料影响粉末涂料性能的因素：树脂分子量、玻璃化温度、树脂/交联剂比例、颜料体积浓