涂料组成的概述.ppt

涂料组成的概述,一、涂料与涂装1、涂料（coating）以高分子材料为主体，以有机溶剂，水，空气为分散介质的多种物质的混合物。完全以有机溶剂为分散介质的涂料为溶剂型涂料；完全或主要以水为分散介质的涂料称为水性涂料；不含溶剂，即以空气为分散介质的涂料称为粉末涂料。2、涂装 将涂料均匀地涂布在基体表面并使之形成连续、致密涂膜的操作工艺。涂膜的质量取决于所用涂装材料（包括涂料、前处理液等），涂装技术与设备和涂装管理，三者相互联系，相互影响，通常称为涂装三要素。涂料对涂层来说只是半成品，最终产物应当是涂膜而不是涂料本身。,3、涂料与涂装的主要作用 是保护金属材料与非金属材料不受环境的侵蚀，延长产品的使用寿命，以减少经济损失。具体来说，可表现出以下几个作用。3.1保护作用 涂料能在被涂物表面形成一层连续而均匀的薄膜，与周围介质隔绝，从而使物体表面避免受到大气中的水分、气体、微生物、紫外线等腐蚀，延长其使用寿命。3.2装饰作用 产品质量是内在质量和外观质量的综合。涂装可赋予各种产品美丽的造型和外观，改进产品外观质量，提高产品使用价值和商品价值的巨大作用。3.3功能作用 涂料可作色彩广告，利用不同色彩表示警告、安全、前进和停止等信号；在各种管理、容器、机械设备的外表涂上各种色彩以便于识别操作。另外，涂装还可形成一些特殊功能的涂层，如耐磨、耐热、阻燃、导电、防静电、荧光、防酶等涂层，使涂料发展成为功能性工程材料的一种，在国民经济中发挥越来越重要的作用。,4、VOC（organic volatile compound）涂料中含有的可挥发性有机化合物的含量。该值越高，涂料施工过程中，对环境的污染越严重，造成的资源浪费越多。尽管溶剂型涂料VOC很高，但因其具有良好的施工特性、流平性、优异的装饰性和良好的配套性，目前用量仍很大，现就介绍其树脂及相应特性。,二、涂料的基本组成,涂料 1、固体分 1.1主要成膜物：树脂1.2次要成膜物：颜料1.3辅助成膜物：催干剂、润滑剂、乳化剂、稳定涂料剂、固化剂、和抗桔皮剂等 2、挥发分 2.1真溶剂2.2助溶剂2.3稀释剂,每种涂料都由树脂、颜料、稀料和辅助材料等组成。树脂可单独形成均匀的薄膜，也可以和颜料等物质共同成膜，它们是涂料的基础，对涂料的性能起决定作用，所以是涂料的主要成膜物；颜料和其他功能性助剂自身设有形成完整涂膜的能力，但能和主要成膜物一起参与成膜，并赋予涂膜色彩或其他功能，称之为次要成膜物；涂料助剂，如流平剂、稳定剂、催干剂、消泡剂、固化剂等，主要使涂料便于生产加工、储存、施工或满足成膜过程中某些特殊性能，它们的共同特点是用量小、作用显著，对涂料某一方面的性能起重要作用，称其为辅助成膜物。主要成膜物，次要成膜物，辅助成膜物构成了涂膜，它们在涂料中的质量分数称为固体分含量。稀料对主要成膜物起溶解、分散等作用，并能调节涂料的施工性能和储存安定性，该组分在涂料固化过程中完全发挥，因此又称为挥发分。,漆膜的构成和作用,何谓“涂”和“烘”“涂”和“烘”经常在工作中描述到的涂膜结构和生产工艺，例如“二涂二烘”是指二次涂装二次烘烤，即每层涂装完，均要经过烘烤后才能进行下工序涂装。素色漆（二涂二烘）-中涂-上涂金属漆（三涂二烘）-中涂-面涂-清漆珠光漆（四涂二烘）-中涂-色漆-珠光漆-清漆南京福特（三涂一烘）-中涂-面涂-清漆,溶剂,树脂,在完全固化后，漆膜中完全没有溶剂和稀释剂。分子的化学反应结束，形成固态的高聚物层。,在固化过程中，随着溶剂的蒸发，树脂分子由于化学反应而互相逐渐结合。,刚喷涂完后，颜料、树脂、溶剂混合在一起。,）反应型涂料的固化干燥,树脂涂料用树脂经历过一系列的演变过程。最早应用的是植物油等天然树脂，之后使用干燥迅速、硬度高的硝酸纤维素树脂，为改善涂膜的光泽和丰满度，在硝酸纤维素的基础上加入了醇酸树脂。随着人工合成树脂技术的发展，又使用了烘烤交联型醇酸树脂和氨基树脂、热塑型丙烯酸树脂和热固型丙烯酸树脂、环氧树脂等。1.1醇酸、聚酯树脂醇酸树脂是由多元醇、多元酸和一元酸（脂肪酸）酯化而成的树脂。而由多元醇和多元酸酯化，不用脂肪酸改性的树脂称为聚酯树脂。1.2氨基树脂氨基树脂就是指一种含有氨基官能团的物料和醛类（主要是甲醛）反应，再次醇类改性，制得的能溶于有机溶剂的树脂。例如：三聚氰胺甲醛树脂、尿素甲醛树脂等。氨基树脂在涂料中广泛用于醇酸（聚酯）树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂等的交联剂。1.3丙烯酸树脂烯烃类树脂在涂料上应用的很多，但使用最多、最重要的是丙烯酸树脂。它是以丙烯酸酯和苯乙烯为主的丙烯酸酯类单体为原料，在一定条件下合成的高聚物。1.4环氧树脂是指含有环氧基团的高分子物。主要由环氧氯丙烷和双酚A合成的。,颜料是有色涂料制造过程中必不可少的原料，它能使涂层具有一定的遮盖能力，增加色彩和保护装饰性能。不仅如此，颜料在涂层中阻挡了紫外线的穿透射入，很多颜料还具有吸收紫外线的功能，因此颜料也提高了涂层的抗老化作用，减弱了紫外线对成膜聚合物的降解作用，还能增强其涂膜本身的强度，增强了涂膜的耐久性、耐候性、耐磨性等性能。颜料是一种微细粉末状的有色物质，它不溶于水或油的介质，而能均匀地分散在介质中，涂于物体表面形成带色层，呈现一定的色彩。颜料应具有适当的遮盖力、着色力、高分散度、鲜明的颜色和光稳定性等。颜料与染料的区别在于染料可溶于介质中，使被染物品全部染色。,2.1颜料的性质颜料的颜色 颜料的颜色，是颜料对白光组分选择性吸收的结果。经过选择吸收，看起来好像着上了一种被它所吸收的余色的颜色。颜料的物理性质如分散度，在一定限度内也影响颜色，因为分散程度影响颜料的反射条件，一般粒径越小，色调会越深，亮度会越大。遮盖力色漆的遮盖力是指色漆涂饰在物体表面上，把被涂饰物的表面隐藏起来的能力。颜料的遮盖力则是：色漆涂膜中的颜料能遮盖起那承受涂膜的表面，使它不能透过涂膜而显露的能力。颜料和色漆基料两者折射率之差越大，颜料的遮盖力显得越强。颜料的遮盖力不仅取决于涂层反射光的光量，而且也取决于对射在涂层表面的光的吸收能力。颜料的颗粒大小和分散度影响遮盖力。颜料分散得好，使颗粒变小，反射的面积多了，因此遮盖力增大。着色力 着色力是某一颜料与另一种颜料混合后形成颜色强弱的能力。吸油量 颜料吸油量的大小和分散程度有关，但又不是分散程度单独决定的。颗粒大小 颜料颗粒的大小，不仅决定着颜料的特性，而且也决定着涂膜的质量。在其他条件相同的情况下，颜料的色泽决定于其细度。细度的提高，加强颜料的主色调和亮度。耐光性 所有可见光谱对颜料的颜色都有影响，短波的光如紫光和紫外线影响更大。,2.2涂料中几种重要的颜填料钛白。钛白的化学成份是二氧化钛（TiO2）。它是白色颜料中最好的一种，白度纯，不但具有很大的着色力和遮盖力，而且在物化性能方面也很优越的，能耐光、耐热、耐稀酸、耐碱，所以它是涂料工业中制造白漆、浅色漆必不可少的主要原料。炭黑。炭黑的最重要因素，就是黑度和结构。黑度与炭黑粒径有直接关系，粒径越小，黑度越高。而结构是指原始粒子或多或少地聚集或融合成如海棉的较大的立体结构。这种结构的增加使得炭黑的分散成为涂料所用颜料中最为困难的。彩色的颜料。彩色颜料的种类非常之多，大致可分为有机颜料和无机颜料两大类。现行常用有机颜料，分子量较高，性能较好。无机颜料一般都有较好的遮盖力，耐渗色，成本也相对较低，但有些无机颜料含有铅、铬等重金属，在许多国家已禁止在涂料中使用。目前金属闪光涂料中越来越多地使用着透明颜料。颜料的透明性，从对颜料的传统认识来讲，不能算是优点。然而金属闪光涂料中，正是利用此类颜料的高着色力，来使涂膜着色，而又不会遮盖金属颜料，珠光颜料闪烁的金属光泽。,铝粉颜料。铝粉颜料是以高纯度的铝为原料，因此有许多金属的特性。铝粉颜料既不是球状，也不是粒状，而是极薄的鳞片状铝微粒，在涂膜中层层平行排列，在树脂的作用下，各层之间牢固结合，极大的延长了来自外部的气体、水分、光线沿鳞片侵入及破坏涂膜的时间，使其保护作用优于其他颜料，片状铝粉非常光亮，反射率可达80%，有很好的隔热功能。珠光颜料。最主要的品种是由二氧化钛包覆的鳞片状云母，光线照射其上时，可发生干涉反射，部分波长的光线可强烈地反射，而一部分则主要是透射。在不同的部位，包覆膜的厚度不同，反射光和透射光的波长不同，因而显示出不同的色调，可赋于涂膜以美丽的珠光色彩。超细二氧化钛。超细二氧化钛是利用特殊的加工工艺，使原始粒径控制在50nm以下。超细二氧化钛具有优异的防紫外线辅射的功能，作为透明性的紫外线吸收剂，已经被越来越多地用于配制化妆品（如防晒霜）。用于涂料工业的超细二氧化钛颜料具有高透明度，均匀的粒径和良好的分散性，与普通二氧化钛呈现出完全不同的特殊性能。例如：其与铝粉颜料配合使用于金属底漆中，可以出现人们熟悉的随角异色效应。当正面观察时这类涂层时，所看到的是黄色，而当逐渐转向侧面的角度观察时，涂膜的颜色则变成蓝色的。除了这些特殊的色彩效果，由于能稳定颜料分散体系以防止絮凝。超细二氧化钛可以增加涂膜亮度。其原理是细小的二氧化钛颗粒吸附在着色颜料的表面，从而使其产生静电荷，提高了分散稳定性，所形成的涂膜不但具有高光泽，而且提高了影像清晰度并具有吸收紫外线的功能。超细轻质硫酸钡。超细轻质硫酸钡和作为填料用的硫酸钡相比，有显著不同之处。首先它的粒径很小，可以做到1um以下。在有光泽的涂料中加入后不致影响涂膜的光泽和雾影。它的加入，还会在白色或有色颜料的颗粒之间起到隔离作用，使颜料的颗粒保持一定距离，提高了颜料的效率。并具有极其优良的分散性，能阻止涂料凝聚结块，增加流动性,3、溶剂溶剂是液态涂料的一个重要组成部分，它虽然是涂料中暂时存在的成分，施工涂布后会从涂膜中挥发出去，然而溶剂对涂料成膜质量的影响是非常大的。溶剂的性质极大地影响着涂膜的外观与应用。溶剂的选择，首先要考虑的是溶解力和挥发速率两个基本因素。在涂料里，溶剂必须溶解树脂并降低其粘度，这样才能使用。挥发是涂料干燥过程的一部分，调整溶剂的挥发速率可以控制干燥过程中各个阶段上的涂料粘度。涂料的初始粘度取决于树脂的溶解力和溶剂的溶解力。干燥过程各个阶段的粘度取决于溶剂的挥发速率。为了防止过分流动引发的流挂，初干阶段，溶剂的挥发要相对地快，但是为了达到一定的流平和附着力，溶剂的挥发又必须要足够慢，这里就存在一个平衡问题。,3.3溶剂的其他特性参数1.闪点。闪点是用来表明溶剂在使用中的安全危险性，它是样品受热后，在其表面的蒸气累计达到可燃烧浓度下的最低温度。2.电阻。电阻是指溶剂的导电能力高低。3.密度。密度是单位体积溶剂的质量。通常在说明密度时要说明对应的温度，因为液体的体积随温度的变化而膨胀或收缩，但其质量并没改变。,4、助剂现代社会对高质量、高标准的涂料的性能要求，如光泽、保光耐候性、鲜映性、耐磨耗等方面，向涂料化学工程师提出了挑战。涂料助剂的添加，可以改进涂料的生产工艺，提高涂料的质量和赋予涂料特殊功能，改善涂料的施工性能。涂料助剂种类已经发展得多样多种，作用也各不相同，依据助剂对涂膜和涂料的作用可以分为：对涂料生产过程发生作用的助剂。如：消泡剂、润滑剂、分散剂。对涂料储存过程中发生作用的助剂。如：防沉淀剂。在涂料施工成膜过程中发挥作用的助剂。如：催干剂、固化剂、流平剂、表面控制剂、静电调整剂。对涂膜性能产生影响的助剂。如：增塑剂、消光剂、防静电剂、光稳定剂、抗滑伤剂。,4.1消泡剂泡沫有时是很有用的，例如在泡沫灭火、泡沫塑料等方面。但在涂料生产和涂料的涂装施工应用过程中，泡沫的形成会给操作带来很大的困难。泡沫可以来自生产和应用的各个阶段，诸如高速分散机、砂磨机、泵的输送和液态涂料的施工阶段，如空气喷涂、刷涂等，通过使空气介入至体系中形成的气泡，导致生产时间延长和表面缺陷。为了消除气泡，上述的稳定效果必须通过加入消泡剂避免，作为消泡剂应具备一种或更多下列性能：破坏气泡结构消除已生成的气泡。抑制气泡的产生。加速空气释出和气泡上至表面。消泡剂的作用主要在已被稳定的泡沫膜层中发生，因此消泡剂不能在涂料系统中溶解，必须有运动能力进入膜层，并且在界面铺展开，赶走表面活性剂，使层膜变薄乃至破灭。消泡剂的化学成分是一些具有低表面张力的分子，在涂料体系中的相溶非常重要，过度相溶，消泡能力不强；过于不相溶，消泡能力很好，但会影响体系的清澈，并可能会产生缩孔。,4.2润湿剂、分散剂颜料的分散是有色涂料制造技术中的重要环节，将颜料、填料分散成细小的粒子，均匀地分布到树脂、溶剂连续相中，得到一个稳定的悬浮体。因此，颜料的分散与颜料、树脂、溶剂的性质和三者之间相互的作用关系。颜料的分散，一般认为可以分为润湿、分散、稳定三个过程。润湿是指颜料表面的空气被树脂、溶剂或添加剂取代，也就是将固一汽界面转化为固液界面的过程。分散是用机械力把凝聚的颜料团粒分散成接近一次粒子的细小颗粒，形成悬浮的分散体。稳定是指形成的悬浮分散体在没有外力的环境下，仍然处于分散悬浮的状态。润滑剂、分散剂的作用是要加快润滑的过程、减少分散所需的机械能；可以改善涂膜的平整度，提高光泽；可以降低色浆的粘度，改善流动性；可以提高颜料的着色力和遮盖力，是颜色更加鲜艳；能够防止涂膜浮色、发花；能保持悬浮分散体的稳定状态，提高储存稳定性。润滑剂、分散剂一般是表面活性剂，润滑剂主要是降低物质的表面张力，其分子量较小。分散剂可以吸附在颜料粒子的表面，形成电荷斥力或空间位阻，防止颜料絮凝，使分散体保持稳定状态，一般分子量较大。润滑剂和分散剂的作用有时很难区分，许多助剂既有润湿，又有分散的功能。对涂料工业而言，固体例如颜料和填料，也包括底材，都已经有了固定的表面张力，只有液态的能被改变，既加入表面活性剂来降低液体表面张力。,4.3流平剂、防缩孔剂通常的涂料在采用喷涂、刷涂、滚涂等任一种方法施工后，都有一个流平和干燥的过程，逐渐形成一个平整、光滑，均匀的涂膜，如果流平不良，喷涂会出现橘皮，刷涂会出现刷痕等。这些弊病既有可能是涂料配方和制造过程的失误造成，更与涂料的施工环境和条件有关。流平剂、防缩孔剂的加入，可以在一定程度上克服这些弊病。在涂装的初始阶段，有一个工件上的气体被涂料液体所取代的过程，即液体涂料对底材的润湿。如果底材的表面张力太小或涂料液滴的表面张力过大，液体涂料对底材的润湿不良，在底材上形成液珠而摊不开。流平剂可以降低涂料的表面张力，改善润湿性能，使液态涂料顺利摊开在工作表面。不论采用何种施工方法，摊开在工作件上的涂料，都会有刷痕、液滴的痕迹，通常经过一定时间后，这些痕迹可以流平消失。如果在湿膜转变为干膜之前，涂层的流动性不好，则这些痕迹不能消失。经研究发现，涂膜流平的时间与涂层的厚度有关，厚度减少一般，流平时间要增加8倍；与涂料粘度有关，减低粘度有利于涂膜的流平；与涂膜表面的张力有关，表面张力是涂层流平过程中的推动力，它有使表面积缩至最小的趋势，增加表面张力可以缩短流平的时间。溶剂的挥发，会使涂料的粘度增加而降低流平性能。,4.4流变剂、防沉剂涂层的流挂和流平本是一对相互矛盾的现象。流平性要求在相当长的时间里涂料的粘度尽可能的保持在最低，有充分的时间使之流平。然而这常常会带来涂层的流挂问题。要避免流挂就要使涂料具有较高的粘度，不具备流动的性能，这就要求有一种助剂在流平与流挂之间取得平衡；在施工等有高剪切力的条件下，涂料的粘度大幅度的降低并保持一定的时间，使涂膜有良好的流平性，经过一段时间的流平后，涂料又逐步恢复到高粘度的状态，起到防止流挂的作用。这种助剂就叫流变剂或防流挂剂。流变助剂的添加，还可使涂料具有触变型流动的特点，即在施工时的高剪切速率下有较低的粘度，有助于涂料的流动和易于施工；在施工后高剪切力失去后，涂料粘度又有显著的升高，防止颜料的沉降和湿膜的流挂。,4.5光稳定剂到达地球表面的太阳光光谱，大约是从290nm的紫外光区到3000nm的红外光区。幸运的是，波长小于290nm的高能射线被地层的大气层，特别是同温层的臭氧带所吸收。尽管紫外光只占到达地球表面辐射能的很少一部分，但它能导致很多物质在室外损坏，紫外光的光子可以提供足够的能量使化合物中的大数共价键断裂而发生光降解。光稳定剂主要有两大类；紫外光吸收剂和位阻胺光稳定剂。紫外光吸收剂的作用是将太阳光中对涂膜危害最大的紫外光，吸收后转化为伤害较小的热能排放。紫外光吸收剂并不能完全吸收所有的紫外光线，仍有部分紫外光穿入涂膜，使高分子树脂降解，产生游离的自由基基团，再与空气中的氧进一步氧化，形成氧化自由基，这是一种活性特别强的反应基团，它会继续攻击聚合物的其他分子，循环往复，引发游离基大量迅速的增加，直至树脂完全的降解，涂膜光泽下降、粉化、失去应有的物理性能，丧失保护作用。位阻胺光稳定剂是因为有活跃的化学性，能及时抓住有利基团，中断以后的链反应，大大地降低了由于紫外光线产生的游离基团的破坏作用。紫外光吸收剂与位阻胺光稳定剂的混合使用，产生一种协同防护的效应，效果远远超出单独使用某一种助剂。,