第一章涂料工艺学基础 1.1绪论 涂料是涂覆在各种物体上,能对被涂物起到保护作用、装饰 作用或其它作用,或者是几种作用兼面有之的一种成膜物质 从化学组成上来看,涂料可分为无机涂料和有机涂料两大类。 但从涂料工业的实际情况来看,不论在产品品种产量和应用面 上都以有机涂料占绝对优势因此,在本书中我们也以叙述有 机涂料的配方为主 涂料的配方主要是由涂料的使用条件所决定的。也就是 说,我们要根据涂料应用在什么底材上,在什么环境条件下使用 来确定涂料中各种组分的原料和相互之间的比例因此适于 在金属、木材、建筑材料(如水泥)等各种不同材料上使用的涂料 系统多数都采用不同的配方,它们的配方彼此间可能有很大的 差异。而对主要用来起保护作用的涂料和主要起装饰作用的涂 料,我们应当采用不同的配方方法。关于涂料配方的一些主要 因素,我们将在以后几章中进行讨论 涂料主要由基料(又称成膜聚合物或树脂)、颜料、溶剂和各 种添加剂所组成。涂料添加剂又称涂料助剂,它们在涂料中的 加入量一般很少,但对涂料的性能却有很大的作用涂料助剂 有增稠剂、催干剂防结皮剂、表面活性剂、防霉剂等等 , 由于本书的重点是讨论涂料的配方,即涂料组分之间的相 互关系,而有关涂料组分如基料(树脂)颜料和溶剂的物理和化
学已有许多专著详绷论述因此,在本章中我们仅对涂料配方中 佯用的一些较重要原料的性能和作用略加介绍,以利于读者对 涂料配方的基本原理的理解 12基料(聚合物树脂) 涂料基料就是涂料的成膜物质,它是涂料配方中最重要的 个组分,没有它,涂料就不可能形成一层连续的涂膜。可用作 涂料基料的物质主要是各种各样的聚合物(树脂),但某些在涂 料成膜过程中能通过化学反应转化成來合物的低分子量化合 物,如不饱和聚酯涂料中的活性单体苯乙烯及无溶剂环氧涂料 中的活性稀释剂等,我们也应当把它们看成是基料组分。基料 不仅是涂料的必不可少的基本组分,而且基料的化学性质还决 定了涂料的主要性能和应用方式,因此我们可以说基料(树脂) 是整个涂料配方的基础 涂料基料(树脂)按它们的成膜机理来分,可分成转化型和 非转化型两大类。转化型涂料的基料在成膜之前处于未聚合或 部分聚合的状态,而当它们被施工在底材上之后,通过化学反 应(聚合反应)而形成固态的涂膜。非转化型涂料的基料是分子 量较高的聚合物,它们可以溶解在溶剂中或分散在分散介质中 而构成涂料。当涂料施工后,溶剂或分散介质挥发,留下的基料 就在底材上形成一层连续均匀的涂膜,因而非转化型涂料也称 为挥发型涂料。 下面我们将要简要介绍的转化型涂料基料有油脂、油基树 脂、醇酸树脂、氨基树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚氨基甲酸酯树 脂和有机硅树脂;非转化型基料有纤维素衍生物,氯化橡胶、热 塑件丙烯酸酯树脂和乙烯类树脂等。 1.2.1化型涂料蔷料
一、油和油基树 在涂搿配方中,油脂的使用已有很长久的历史。在本世纪 中期之前用油脂制成的涂料使用得极其广泛,这也就是过去我 们把涂料称为油漆的原因。但是随着性能较好的合成树脂的出 现,油脂在涂料中的使用量越来越少。用油脂熬炼成的聚合油 在国外除了有时还少量用作钢铁或木材表阿使用的底漆的基料 外.已很少使用。我国由于涂料工业的发展水平与国外先进国 家相比还有相当距离,用油脂制成的涂料产量仍占有相当的比 重。油脂在国外除了少量用于制备油基树脂漆之外,主要用于 制造油改性的醇酸树脂,而油改性醇酸树脂在当代涂料工业中 是使用得最广泛的一种合成树脂 油脂主要是指植物油(某些动物油如鱼油等也可制造涂 料)。檀物油根据它们在常温下能否与空气反应干燥成膜的能 力可分为干性油、半干性油和不干性油三种。桐油、亚麻仁油和 梓油是三种典型的干性油,它们的干燥性能都较好。豆油,葵花 油和棉紆沺是半干性油,它们也能干燥,但干燥速度较慢。蓖麻 油、椰子油和橄榄油是不干性油,它们在空气中不能自行干燥。 某些不干性油经过化学处理后也可以变成干性油。如蓖麻油在 酸性催化剂存在下加热到270℃左右能使它的分子脱去一分水 而变成脱水蓖麻油脱水蓖麻油是一种干性较好的千性油 油脂的干燥过程是一个复杂的氧化反应过程,它的机理主 要是干性油结构中脂肪酸链上的双键受空气中氧的作用,发生 的游离基聚合作用。由于反应中有氧的参与,所以常称为氧化 聚合反应或动氧化反应。虽然于性油的氧化成膜能自动进 行,但它们的反应速度还是比较慢的,人们通常用加入催于剂 如环烷酸或环烷酸铅)的办法使于燥速度加快。 天然的植物油脂中常含有各种杂质。如亚麻仁油是从亚麻
的种料中提取出来的。粗亚麻仁油遷常是浑浊不清的,因为它 里面含有各种杂质,如游离脂肪酸蜡质以及亚麻籽的机被杂质 等.这些杂质的存在会大大影响油脂制漆的质量。因此必须用 定的方法将它们除去,即对粗油进行猾制。习惯上我们将油 脂的精制过程称为漂油。漂油的方法中有碱漂、酸深和用白土 进行脱色(土漂)几种。我们可以根据油类在涂料中的不同用途 而采用不同的精制方法。如油脂用来制备油基清漆及醇酸树脂 时,希望油脂有较低的酸价,我们就可采用碱漂法;如油脂用于 制备某些油性色漆时则可采用酸漂法,因酸漂法得到的油脂酸 价较高对颜料的分散有利;如希望涂膜的颜色较浅,我们就将 经过碱漯(或未漂)后的油脂再经过土漂将其中的有色杂质除 去 在漂油中碱瀑是最常用的方法。碱漂时,一般采用氢氧化 钠来中和油脂中的游离脂肪酸,氢氧化钠的加入量根据油脂的 酸价高低而计算。酸价是涂料工业中常用的表征涂料产品或各 种涂料原料中所含酸性的度量.其数值为中和1克样品所消耗 的氢氧化钾的毫克数。氢氧化钠的加入使油脂中的游离酸变成 了钠皂,在吸附了其它杂质之后,钠皂能发生沉淀而可用沉淀法 或离心法除去。然后再用水洗去残留的碱性物质,就得到了神 制的油脂 精制干性油如精制亚麻仁油的粘度通常较低,经过加热 炼后,油脂脂肪链中的双键发生了热聚合,因而分子量变大,它 的粘度大大增加而成粘稠状,称为聚合油或厚油。煞炼的温戌 一般为270~300℃,憝炼时间的长短根据所要求的粘度而控制 合油涂膜的柔韧性、耐久性和流平性比熬炼前的制干性油 所形成的涂膜要好得多但干燥时间稍有增加。 干性油经加热并加入體干剂,可制清油之外,还可用于制
浊基树脂擦。油树脂漆的基料由油和树脂所组成。使用的抽 类主要是干性油,如亚麻仁油、桐油、梓油或脱水蓖麻油。所用 的树脂由于软化点通常较高,常温下大多是固体,因而常称为硬 树脂.可用的硬树脂有天然树脂和合成树脂两类。天然树脂中 过去有瑞理树脂贝壳松脂等,现在已很少使用。现在常用的是 经过一定化学合成的天然树脂或纯的合成树脂,如松香酯胶(甘 油松香),氧茚-茸(古马隆)树脂、松香改性酚醛树脂和纯酚 隆树脂.油基树脂漆的制备方法根据所用的树脂和油的种类的 不同而有所不同,典型的方法是将油和树脂一起加热,或先将 油加热到一定的温度后将树脂慢慢地加入,然后继续加热到树 与油成均相,待漆料达到一定粘度后,迅速降温并用适当的溶 剂,如200号溶剂汽油稀释。在油基树脂漆中较重要的是由阶 醛类树脂与捐油或亚麻仁油所组成的品种 油基树臘滚中也应加催干剂,但它们的干燥速度往往比清 油快得多,其硬度光泽和流平性也很好。油基树脂漆的性能不 仅决定于组分中油类和树脂的品种,并且决定于油类和树脂的 重量比。这个重量比常称为油度(见表11),短油度的和含松香 类树脂的油基树脂漆的耐久性较差 11迪著树鹰 油度|油树脂(工量比)|柠性 用逛 短抽E 干燥快,涂 作腻子和内 0.5~15:1,0 而跪 用清漆 干燥稍慢,涂 中油度|1.5~3。:10 色漆和清藻 度略凭 干燥慢,涂虞 外用色涂和 长抽度 s,0~5,0*10 柔敦,爾久