第六章 涂料..ppt

1、2020/7/15,1,精细化学品化学,多媒体课件,苏州科技学院化学化工系,Fine Chemicals Chemistry,2020/7/15,2,课程总学时: 51学时 选用教材: 精细化学品化学张光亮编 武汉大学出版社 主要参考书: 1.精细化工产品及工艺学曾繁涤主编 化学工业出版社 2.精细化学品化学 阎鹏飞编 化学工业出版社 3.精细化学品化学 程涛生主编 华东理工大学出版社,课 程 说 明,2020/7/15,3,第6章 涂料,本章主要内容 6.1 概述 6.2 涂料的分类与命名 6.3 涂料的组成、生产及发展趋势 6.4 重要的树脂涂料 6.5 水性涂料 6.6 其它涂料,202

2、0/7/15,4,6.1 概述(1),一.涂料 一种涂覆在物体表面,能形成一层致密坚韧,附着牢固的连续薄膜的工程材料. 二.涂料的发展及应用 涂料历史悠久，发展迅速。 早期:油脂和天然树脂涂料 现代:合成树脂涂料 应用极其广泛:涂料具有施工方便,成本低廉,附加价值高等优点,广泛应用与建筑,机械,电子电工, 国防,家具与 家装等行业. 1999年 中国涂料产量 171.22万吨/年 2000年 中国涂料产量 183.94万吨/年。,2020/7/15,5,6.1 概述(2),三、涂料的作用 1.保护功能:涂料的保护功能是其最重要功能之一,它可保护材料免受或减轻各种损害和侵蚀. 1)金属腐蚀与涂料

3、的关系： 钢结构桥梁的寿命：几年与上百年的关系。 金属腐蚀是世界上最大浪费之一。 2)防火涂料与火灾的关系： 3)古文物的保护与涂料的关系： 如木制造建筑，敦煌石窟,2020/7/15,6,6.1 概述(3),2.装饰与美化功能 涂料是油画家与油墨的扩展,可使世界形成一副赏心悦目的图画。 如城市美容、家装, 商品装饰等。 3.标志功能 1)交通标线,标牌(标准化)。 2)化工装备的标志:危险的容器,钢瓶标志. 4.特殊功能:(特种涂料) (1)绝缘涂料(2)导电导磁涂料(3)隔热烧蚀涂料(4)伪装隐形涂料(5)防震防污涂料(船底用).,2020/7/15,7,高科技的发展对材料要求越来越高,而

4、涂料是对材料改性最便宜和最简便的方法.故涂料对高科技的发展具有极其重要的作用.,6.1 概述(4),2020/7/15,8,一、涂料的分类 1、按有否颜料分：清漆、色漆。 2、按形态分：水性涂料、溶剂型、粉末涂料、高固体分涂料、无溶剂涂料。 3、按用途分：建筑涂料、飞机漆、汽车漆、木器漆等。 4、按固化方式分：高温固化涂料、室温固化涂料、辐射固化涂料等。 5、按涂装方式分：喷漆、烘漆、浸漆、电泳漆等. 6、按施工顺序分：底漆，腻子、面漆、光漆等。,6.2 涂料的分类与命名（1）,2020/7/15,9,6.2 涂料的分类与命名（2）,7、按特种性能分：绝缘漆，防锈漆，防腐蚀漆等 8、按成膜物质

5、分十八类：P123表6-1 酚醛树脂漆 丙烯酸漆 聚酯漆 环氧树脂漆 聚氨酯漆 氨基树脂漆等。,2020/7/15,10,6.2 涂料的分类与命名（3）,二、涂料的命名 1、涂料的命名原则 1）全名=颜料或颜色名称+成膜物质名称+基本名称 如：红醇酸磁漆； 黄酚醛漆等。 2）对某些有商业用途及特性的产品，必要时在成膜物质后应加以阐明 如：黑醇酸导电磁漆； 白硝基外用磁漆等。,2020/7/15,11,6.2 涂料的分类与命名（4）,2、涂料的编号原则 1）涂料的型号分三个部分： 成膜物质，用字母表示(见表6-1) 基本名称，用两位数字表示 序号（同种类品种间的区别） 例：C 04-2 （醇酸树

6、脂-磁漆-序号） 2）基本名称的编号与规定： 例：00-清油；01-清漆；02-厚漆；03-调和漆； 04-磁漆；05-粉末涂料； 99-其它。,2020/7/15,12,通常 00-13代表基本品种、14-19代表美术漆、20-29代表人工用漆、30-39代表绝缘漆、40-49代表船舶漆、50-59代表防腐漆等。,6.2 涂料的分类与命名（5）,2020/7/15,13,6.3 涂料的组成、生产及发展趋势(1),一、涂料的组成 1、涂料的基本组成及用量参考比例 涂料的类型不同、组成各异、但通常为： 主成膜物质： 油料，用量参考比例20%-30%：如动植物油； 树脂，用量参考比例10%-20%

7、：如天然树脂、合成树脂 次成膜物质：颜料，用量参考比例4-25% 辅助成膜物质：助剂，用量参考比例2-5% 挥发性物质：稀释剂，用量参考比例33-47%。,2020/7/15,14,6.3 涂料的组成、生产及发展趋势(2),2、主要组分的作用： 成膜物质：是涂料的基础，必不缺少。具有黏附与物质表面并成膜的能力。 主要是干性、半干性油脂、天然树脂（油基涂料）和合成树脂（树脂涂料） 颜料：是组成涂膜的主要成分，主要功能是： 1）使涂膜变为不透明层，增强遮盖力； 2）满足各类装饰色彩要求； 3）增加涂膜厚度，提高强度，耐磨性，附着力，耐腐蚀性等； 4）降低成本。,2020/7/15,15,6.3 涂

8、料的组成、生产及发展趋势(3),溶剂 特点：挥发组分，最终不存在于漆膜中。 主要作用是：降低成膜物质的黏度，增大流平性，便于施工和得到均匀和连续的涂膜。 主要品种：有机溶剂和水 性能要求： 1）优良的溶解性能; 2）适宜的挥发度; 3）低毒或无毒，难燃; 4）对环境友好廉价.,2020/7/15,16,6.3 涂料的组成、生产及发展趋势(4),助剂：是涂料的辅助材料，用量很小，但对涂料的性能影响很大的物质 常用助剂：流平剂，流变剂，防结皮剂，催干剂，消泡剂，增光剂，消光剂，防沉淀剂等。 流平剂：主要功能是降低涂料与底料之间的表面张力，改善润湿性，调整黏度，延长流平时间，防止干燥过程中出现针孔，

9、结皮，缩孔等现象。 常用的流平剂： 芳烃、酮、硅酮树脂等组成的高沸点混合物； M=6000-20000，=4-12Pa.s(65)的聚丙烯酸酯类； DP=5-100, =0.001-0.1Pa.s(65)的聚二甲基硅氧烷树脂.,2020/7/15,17,6.3 涂料的组成、生产及发展趋势(5),催干剂：主要功能是加速油基漆氧化、聚合而干燥成膜。 常用的催化剂是：环烷酸皂，的混合物，近年环烷酸钴在逐年增加。 抗结皮剂：涂料在贮存或使用过程中，会因溶剂挥发或表面氧化而聚合成凝胶的现象称结皮。该现象可通过加入抗结皮剂解决。 常用的抗结皮剂：甲乙酮，环己酮肟，丁醛肟等。,2020/7/15,18,6.

10、3 涂料的组成、生产及发展趋势(6),二、涂料的生产程序 涂料的生产可分为三大步骤： 1）选定涂料配方 2）涂料的生产 3）性能检测 1、涂料配方的确定：根据需要选择合适的涂料配方，主要是成膜物质的确定。 注意：配方的可调整性是涂料生产的一大特点。,2020/7/15,19,6.3 涂料的组成、生产及发展趋势(7),2、涂料生产过程： 特点：生产设备简单，通用性强。 3、性能检测：参照国家标准，对产品形态，组成，贮存性能，施工性能，涂膜性能进行测定，判定是否是合格品种。,2020/7/15,20,6.3 涂料的组成、生产及发展趋势(8),三、涂料的发展趋势 1）品种趋于多样化 2）功能趋于人性

11、化、功能化：如：防火，防绣，绝缘，导电涂料； 3）工艺趋于零污染：水性涂料，固体分涂料； 4）生产趋于自动化：生产检测、产品包装、计算机配漆、施工固化自动化等。,2020/7/15,21,6.4 重要的树脂涂料(1),6.4.1 环氧树脂涂料 一、性能： 环氧树脂涂料是一种性能优良的涂料，目前主要作耐腐蚀涂料使用。 主要特点： 漆膜的黏结力强：可与界面形成强作用力或化学键； 耐化学品性能、保色性能优良：固化后耐酸耐碱耐溶剂； 电绝缘性能好：固化后电绝缘性能极佳； 稳定性好：未固化前稳定不变质。,2020/7/15,22,不足点： 1）户外耐侯性差，易粉化，失光； 2）耐水性不好； 3）双组分使

12、用不方便； 4）装饰性不突出。 目前，主要用做优良的耐腐蚀涂料，用于化学工业，造船工业等，但较少用作高质量户外涂料和高装饰性涂料。,6.4 重要的树脂涂料(2),2020/7/15,23,二、环氧树脂涂料的类型 按原料组成可分为： 双酚A型环氧涂料；非双酚A型环氧；脂肪族环氧涂料. 三、环氧树脂涂料的合成原理,6.4 重要的树脂涂料(3),2020/7/15,24,6.4 重要的树脂涂料(4),2020/7/15,25,四、环氧涂料的固化 环氧树脂是热塑性树脂，必须外加固化剂才能成膜. 常用的固化剂：有机胺，酸酐、二元酸，或合成树脂（聚酰胺树脂、酚醛树脂、醇酸树脂）等。 固化机理： 通过扩链和

13、交联而生成网状高分子。 胺类固化剂的用量：,6.4 重要的树脂涂料(5),2020/7/15,26,五、环氧树脂涂料配方举例 配方1：聚酰胺固化环氧树脂涂料（天蓝色磁漆）. 组分1： 环氧树脂E20 36.35 硅油溶液（1%） 0.5 溶剂（丁醇30%+二甲苯70%） 36.35 酞菁蓝 0.4 钛白粉（金红石型） 26.40 组分2： 聚酰胺树脂（胺值200） 20.0 溶剂（丁醇30%+二甲苯70%） 20.0,6.4 重要的树脂涂料(6),2020/7/15,27,6.4.2 丙烯酸树脂涂料 一、性能： 丙烯酸树脂是由丙烯酸、甲基丙烯酸及其衍生物共聚所得的树脂。 丙烯酸涂料是以丙烯酸酯

14、、苯乙烯为主体，同其它丙烯酸酯衍生物共聚所得的丙烯酸树脂制得的热塑性、热固性（体系中加入反应性基团如羧基、羟基、酸酐） 树脂涂料或辐射涂料。 二、特点： 耐侯、耐光、耐热、耐腐蚀性好。 漆膜丰满，保色保光性强，而且色浅，常作为装饰性涂料使用，广泛应用与航天航空，家电，仪器设备，道路桥梁，交通工具等方面。,6.4 重要的树脂涂料(7),2020/7/15,28,三、丙烯酸树脂的合成:,6.4 重要的树脂涂料(8),常用单体：丙烯酸、甲基丙烯酸酯、丙烯酸胺、顺酐、丙烯腈、苯乙烯等，可根据需要进行选用。 常用的引发剂：AIBN、BPO。,2020/7/15,29,6.4 重要的树脂涂料(9),四、典

15、型配方 配方1：热塑性丙烯酸树脂清漆： 组分： 用量 丙烯酸树脂溶液 30.00 硝酸纤维素（含醇30%） 21.40 二丁酯 3.00 二辛酯 3.00 醋酸丁酯 25.00 乙醇 7.60 甲苯 10.00,2020/7/15,30,配方2：热塑性丙烯酸树脂磁漆： 组分： 用量 丙烯酸树脂溶液 8.00 过氯乙烯树脂 5.80 二丁酯 1.60 钛白（金红石型） 8.00 醋酸丁酯 7.20 丙酮 6.50 甲苯 22.30,6.4 重要的树脂涂料(10),2020/7/15,31,6.4.3 聚氨酯树脂涂料 一、定义：用异腈酸酯或其反应物为原料的涂料统称为聚氨酯树脂涂料。 二、聚氨酯树脂

16、涂料的性能特点： 物理机械性能好：涂膜坚硬、柔韧、光亮、丰满、耐磨、附着力强、装饰性强； 耐腐蚀性能优异：漆膜耐油、耐酸、耐化学品性能好； 电气性能好：宜做漆包线漆和其他电绝缘漆； 可室温固化或加热固化，使用范围广 能和多种树脂混溶，混配性好 不足点：（1）成本高（2）游离的异腈酸有毒（3）施工技术性强。,6.4 重要的树脂涂料(11),2020/7/15,32,三、常用的多异腈酸酯 甲苯二异腈酸酯（TDI） 二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）,6.4 重要的树脂涂料(12),2020/7/15,33,萘-1，5-二异氰酸酯（NDI） 己二异腈酸酯（HDI）,6.4 重要的树脂涂料(13),202

17、0/7/15,34,四、聚氨酯涂料常用的溶剂： 醋酸丁酯、醋酸乙酯、醋酸溶纤剂、二甲苯、环己酮等。 对溶剂的要求： 1）对PU溶解性好；2）不与-N=C=O反应； 3）不影响PU的活性 五、催化剂（固化剂） 作用：提高固化速度 常用的催化剂： 1、叔胺、三乙烯二胺、甲基二乙醇胺 2、有机金属盐：二丁基二月桂酸锡、环烷酸钴等 3、有机磷：三丁基磷。,6.4 重要的树脂涂料(14),2020/7/15,35,六、聚氨酯的合成原理 1）由多异氰酯和多元醇反应制得：,2）聚氨酯预聚体的合成 -NCO/-OH1,异氰酸基封端，储存稳定性差。,6.4 重要的树脂涂料(15),2020/7/15,36,-N

18、CO/-OH1，羟基封端，储存稳定性好，但使用时需加MDI，故毒性较大。,6.4 重要的树脂涂料(16),2020/7/15,37,七、聚氨酯的成膜机理 异腈酸酯涂料的固化成膜主要靠-N=C=O与活泼氢的反应而交联成膜。 与水的扩链交联成膜：,单组分潮湿固化型聚氨酯涂料。,6.4 重要的树脂涂料(17),2020/7/15,38,与二元醇的扩链交联成膜,双组分聚氨酯涂料。,封端型聚氨酯涂料（单组分烘烤型）的交联成膜,6.4 重要的树脂涂料(18),2020/7/15,39,八、聚氨酯涂料及其应用 按结构和组成聚氨酯涂料可分为： 1）氨酯油涂料 2）湿固化涂料 3）封闭型涂料 4）双组分涂料 5

19、）催化固化型涂料,6.4 重要的树脂涂料(19),2020/7/15,40,1、氨酯油涂料： 干性油和多元醇的醇解产物与TDI的反应产物称氨酯油涂料。 特点： 1）分子中不含活性-NCO，涂膜的固化靠干油性中的双键在环烷钴等催化下氧化聚合成膜； 2）漆膜光泽、丰满度、硬度、耐水、耐磨、耐化学腐蚀性均优于醇酸树脂涂料； 3）贮存稳定性好，无毒，便于制造色漆，施工方便，价格低； 4）不足点：漆膜户外耐侯性差，易泛黄。 用途：通常用于室内家具，地板，水泥表面的涂装及船舶的防腐蚀涂装。,6.4 重要的树脂涂料(20),2020/7/15,41,2、湿固化聚氨酯涂料 该类涂料是-NCO端基预聚物，在环境

20、温度下可与空气中的水反应而交联固化成膜。 特点： 1）必须在潮湿环境下使用（湿度30%） 2）漆膜耐磨，耐化学腐蚀，耐水性好，附着力，柔韧性优良，且可防原子辐射。 3）单组分，使用方便。 4）不足点：所用溶剂、颜填料、助剂等须高度无水。 应用：（1）作地板涂料（2）金属及混凝土表面的防腐蚀涂料（3）作地下工程及洞穴中最常用的高性能的防腐涂料。,6.4 重要的树脂涂料(21),2020/7/15,42,3、封闭型PU涂料 特点： 1）可与含羟基的树脂组成单组分罐装涂料，固化必须加热； 2）漆膜性能良好。电绝缘性、介电性优良。耐热，耐寒，耐潮，耐溶剂。附着力好，弹性大，不易脱落，易于进行自锡焊。

21、应用：广泛用于漆包线涂料 。,6.4 重要的树脂涂料(22),2020/7/15,43,配方：封闭型聚氨酯绝缘漆： 组分： 用量 苯酚封闭的TDI加成物 32.45 聚酯（含羟基12%） 15.45 辛酸亚锡 0.1 混合甲酚 2.4 聚酰胺树脂 2.40 醋酸溶纤剂 17.4 甲苯 11.90,6.4 重要的树脂涂料(23),2020/7/15,44,4、-NCO/-OH 双组分涂料 甲组分：多异氰酸加成物或聚氨酯预聚体+氨酯级溶剂. 乙组分：含-OH的化合物、树脂 + 颜填料 + 溶剂 +催化剂 + 助剂。 使用时，甲乙组分按比例混合，-NCO与-OH反应而成膜。,6.4 重要的树脂涂料(

22、24),2020/7/15,45,制作注意事项： 对甲组分的要求：低气压，溶解性好，黏度适中，贮存稳定性好，与乙组分混溶性好，低游离的多异腈酸酯 对乙组分：注意各原料间的混配性， 如：选用色浆时，不能使用碱性大的颜料ZnO、铁蓝等，因碱的催化会缩短使用期。 使用时，甲乙两组分的配比要1，这样所得的漆膜性能好，但注意也不能太大，以防交联密度过大，而使漆膜脆而不耐冲击。 为加速固化，常使用催化剂：如叔胺类、环烷酸类和金属盐类。 特点：双组分聚氨酯涂料性能优良，所以品种最多，产量最大，用途最广。,6.4 重要的树脂涂料(25),2020/7/15,46,配方1：双组分聚氨酯磁漆： 组分1： TDI加

23、成物（固体粉50%），用量 85； 组分2 147蓖麻油醇酸树脂， 用量 100. 用于木器及金属的装饰。,6.4 重要的树脂涂料(26),2020/7/15,47,配方2：双组分聚氨酯耐腐蚀涂料： 组分1： TDI加成物（固体粉75%），用量 85； 组分2： 1100聚酯， 100 铁红 78 溶剂 140 滑石粉 78 锌黄 84,6.4 重要的树脂涂料(27),2020/7/15,48,5、催化固化型双组分聚氨酯涂料 相似于-NCO/-OH型，但必须外加催化剂。仅靠水气固化很慢。 常用的催化剂： 胺类：甲基二乙醇胺，三异丙醇胺，用量为基料的（0.05%-4%） 有机金属化合物类：环烷酸

24、钴。钙，铅等 其他种涂料：如聚酯涂料，醇酸涂料，橡胶涂料，有机硅酸树脂涂料等自学,6.4 重要的树脂涂料(28),2020/7/15,49,6.4.4 水性涂料 石油危机和环保影响使水性涂料成为一种重要的发展趋势。 一、概述 1、水性涂料：是以水做主要溶剂或分散介质，以水溶性聚合物为成膜物质的涂料。 2、优点：（与有机溶剂型涂料相比） 水代替有机溶剂，成本低，节约资源 无毒，不燃，对施工、环境有利 生产及施工易清洗净化 便于采用自动程度高的电泳涂装（已广泛用于汽车，五金工业）。,6.4 重要的树脂涂料(29),2020/7/15,50,3、不足点： 水的潜热高，挥发固化慢，有时需加热； 其中的

25、中和剂有机胺，对人和环境有一定危害； 耐水性和耐腐蚀性一般； 电泳涂装时，须严格处理底材，否则不均匀； 不适用于纸制品及木材。,6.4 重要的树脂涂料(30),2020/7/15,51,二、水性涂料的主要组分 1、水溶性树脂：是一类分子链上含有强亲水性集团的的高分子树脂。 如水溶性醇酸、环氧、聚酯、丙烯酸酯等。 高分子树脂的水化方法： 成盐法：将聚合物中的-OH、-NH2等分别用适量的酸碱中和成盐，使其变为水溶性物质。 非离子基团法：通过向聚合物高分子中引入非离子基团获得水溶性，相似于非离子型表面活性法。 常用的非离子基团是-OH，醚基。,6.4 重要的树脂涂料(30),2020/7/15,5

26、2,2、中和剂 功能：改善树脂水溶性和贮存稳定性等。 常用的中和剂：有机胺类和无机碱类。 注意：（1）中和剂的用量，以涂料pH=7.5-8.5为适宜。（2）乙醇胺改善水溶性效果突出，叔胺对涂料稳定性作用明显。 3、助溶剂 功能:协助改善树脂的水溶性。 特点:能溶解树脂又能溶于水。 常用的助溶剂:低级醇或醇醚类化合物,其用量为树脂量的30%以下.,6.4 重要的树脂涂料(31),2020/7/15,53,4、固化剂: 特点：水溶性涂料成膜将变成水不溶性物质(固化)。 固化方式：(1)自交联固化(2)加交联剂交联. 常用的水溶性固化剂:三聚腈氨甲醛树脂,苯代三聚腈氨甲醛树脂,脲醛树脂,酚醛树脂,对甲苯磺酸胺盐等. 5.颜料(略),6.4 重要的树脂涂料(32),2020/7/15,54,三、重要的水溶性树脂及其涂料 1.水溶性油 合成原理:,6.4 重要的树脂涂料(33),用途:做水性色漆,多用作底漆,适用电泳涂装,但耐侯性差,怕日光暴晒.,或巴豆酸，反丁烯二酸酐等,也可用酚醛树脂、环氧树脂改性。,用量为油：顺酐= 70