涂料1绪论ppt课件.ppt
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1、1,涂料化学,2,主要参考书 涂料化学 清华大学 洪啸吟 涂料技术基础 上海复旦大学 武利民(化学工业出版社)涂料基础 姜英涛,3,教学内容,共 十 章第一章 绪论 涂料的发展历史、功能、研究第二章涂料的基料第三章溶剂第四章 颜料第五章涂膜的形成及性能表征,4,第六章涂料中的流变学与表面化学第七章 水性涂料第八章 涂料的制备及涂装第九章工业涂料,5,第一章 绪论1.1 涂料的发展史1.2 涂料的基本组成及作用1.3 涂料的分类1.4 涂料面临的挑战1.5 涂料的发展方向1.6 涂料工业的发展,本章内容,6,Coatings and paints,涂料的应用,第一章 绪论,7,第一章 绪论,1.
2、1涂料的发展史,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、虫胶等,,秦始皇墓的兵马俑-使用了彩色的涂料,马王堆出土的汉代文物中更有精美的漆器,8,西班牙阿尔塔米拉 远古壁画,埃及金字塔壁画,马王堆出土的汉代精美漆器,秦彩绘跪射俑,河姆渡文化遗址朱漆木碗,9,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?,10,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
3、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,最主要的树脂品种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。,11,例如,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水性漆,环保,防腐蚀,汽车金属闪光漆,12,60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,13,70年代:粉末涂料
4、很大发展(50年代开始研制);80年代:杜邦,基团转移聚合方法(可控制聚合物的分子量及其分布、共聚物的组成)高固体份涂料的理想聚合方法,高分子化学的新里程碑,首先在涂料上得到应用,与高分子同步发展,14,90年代以后:聚合物纳米复合材料,研究前沿和热点。涂料工业已取得长足发展,其水平是国家现代化标志之一。,30年代以前清 漆,木器涂料发展历程:,30年代不饱和聚酯漆,50年代末聚氨酯涂料,40年代末高固体漆,50年代初醇酸树脂丙烯酸清漆,15,“油漆”这一名词已经不能代表着一类涂覆材料的确切含义了,改为涂料把涂覆于物体表面能干结成膜,具有防护、装饰、防锈等特殊功能的物质称为涂料。日常生活中常听
5、到乳胶漆、面漆、底漆等,这仅仅是一种习惯性描述。,16,塑料、合成橡胶、合成纤维 称为三大合成材料,+涂料和胶粘剂,就成为五大合成材料。使用合成树脂作涂料基本原料以后,采用“涂料”术语,似更贴切。漆 涂料 显示了科学技术的发展,更显示了涂料的科学含义。,17,将油漆和涂料作为同义词?,前者更显得简练 后者涵义更广泛,涂料与胶粘剂、塑料的区别塑料:成型后可保持其形状,而涂料和胶粘剂则不能;,胶粘剂:与被胶接物受压形成胶接层,不能直接产生表面;涂料:依靠自身的表面张力和重力作用,形成涂膜的表面形态,且暴露在外。,coating:涂料,一般是用来描述施工到底材上的材料(通常是液体),成为最后的“干”
6、膜和施工作业,更广泛的名词;paint:油漆,限于非水溶剂涂料,限于建筑和家用涂料,有时用来称呼桥梁和贮罐维修漆,18,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。,19,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归律。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
7、年代末,出现一些理论书籍,20,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,21,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。,22,1.2涂料的基本组成及应用,主要由四个组分构成成膜物质、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。,23,涂料的组成及其作用,一、成膜物
8、质,即基料或粘结剂,是一些涂于物体表面能干结成膜和提供相当结实外层表面的材料,是含有特殊功能团的树脂或油类,经过溶解或粉碎,当涂覆到物体表面时,经过物理或化学变化,能形成一层致密的连续的固体薄膜。它是涂料中的连续相,是最主要的成分,没有成膜物的表面涂覆物不能称为涂料。其性质对涂料的性能(保护、机械性能等)起主要作用。其一般为有机材料。,24,树 脂,桐 油亚麻油豆 油,天然树脂:虫胶、松香人造树脂:硝化棉、松香衍生物合成树脂:酚醛、醇酸、聚酯、聚氨酯等,植物油,有机成膜物质,无机成膜物质,原硅酸乙酯碱性硅酸盐等,25,易于涂饰;干燥速度快;尽可能地减少涂饰次数,并能形成所要求的涂膜;与基材附着
9、性好,并且涂膜坚韧;对颜料的分散性好;涂膜光泽性好,鲜明,保色性好;耐久性、耐候性优良,不易受污染;耐水性、耐药品性好。,对合成树脂的要求,26,二、着色材料,着色材料,颜 料,染 料,着色颜料体质颜料(填料),直 接 染 料酸 性 染 料碱 性 染 料分散性染料油溶性染料,作为涂料组成成分以及涂饰时用于调制着色剂、填孔剂、腻子等着色材料(尤其是涂饰木材时),主要是颜料和染料。,27,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,染料 是一些能使纤维或其他物料相当牢固着色的有机物质,一般可溶解或分散于水,或溶于其他溶剂,或借适当
10、化学药品使之成为可溶性亦称为可溶性着色物质。,28,溶剂,概念:涂料溶剂是一些能溶解和分散成膜物质,在涂料涂装之际使涂料具有流动状态,有助于涂膜形成的、易挥发的液体,是液体涂料的重要组成成分。作用:溶解或稀释固体或高粘度的成膜物质,使其成为有适宜粘度的液体,便于施工。溶剂的其他作用(除溶解成膜物质外):增加涂料贮存稳定性,防止凝胶;减少桶内涂料表面结皮;增加涂料对木材等表面的润湿性,提高涂层附着力;改善涂层流平性,形成均匀涂层。,29,与稀释剂的区别:溶剂制漆时加入,主要用于控制与调节涂料粘度、浓度;稀释剂施工时使用的调稀涂料与清洗工具的溶剂。对于同种漆,其溶剂与稀释剂可能相同,也可能不同。所
11、占比例:一般50%,少数70-80%(虫胶漆、硝基漆等)。溶剂性能指标:溶解能力、挥发速度、安全性、颜色、纯度、成本等。,30,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,有催干剂、增塑剂、固化剂、润湿剂、悬浮剂、流平剂、消泡剂、消光剂、稳定剂、防结皮剂、紫外光吸收剂、分散剂、乳化剂等。已经发展成为涂料的重要方面催干剂:亦称“干料”,俗称燥液或燥油等,是一些能加速油类及油性漆涂层干燥速度的材料,对于干性油的吸氧、聚合反应起着类似催化剂的促进作用。,31,催干剂种类:钴、锰、铅、铁、锌、钙等金属的氧化物和金属的环烷酸盐,如氧化铅、二氧化锰、环烷酸钴、环烷酸锰、环
12、烷酸铅等。催干剂加入量:漆的2%。增塑剂:又称增韧剂、软化剂,赋予涂膜柔韧性,提高附着力和抗冲击强度,制漆时加入。增塑剂作用:削弱成膜高聚物分子间的作用力;降低玻璃化温度;增加流动性;改善制漆性能;克服某些涂料硬脆易开裂脱落的缺点。增塑剂种类:邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、氯化石蜡、蓖麻油等。,32,1.3涂料的分类,随着石油工业和化学工业的发展,特别是高分子科学的发展,以石油化工产品为原料的合成树脂品种不断增多和成熟,涂料的发展也就主要以合成树脂为主要原料。原料来源丰富,可以通过合成改变产品性能。随着树脂的合成理论和方法的发展,涂料的品种更加繁多,性能和用途更广
13、泛,33,涂料的分类按成膜物来分(表1-1)(1)转换型或反应型涂料:在成膜过程中伴有化学反应,一般均形成网状交联结构,成膜物为热固型聚合物。此类又分气干型:在常温下可交联固化,如醇酸树脂涂料。烘烤型:需在高温下完成反应,如氨基漆等。(2)非转换型或挥发型涂料:其成膜仅是溶剂的挥发,成膜过程中聚合物未发生任何化学反应,成膜物是热塑型聚合物,如硝基漆、氯化橡胶漆等,34,表1-1 两类涂料的比较,35,按溶剂分(1)有溶剂涂料:又可分为水性涂料和溶剂型涂料,其中,溶剂含量低的又称高固体份涂料。(2)无溶剂涂料:包括粉末涂料、光敏涂料及干性油等。按颜料分 无颜料的清漆 加颜料的色漆:又可按颜料的品
14、种及颜色分类。,36,按用途分 建筑涂料、汽车涂料、卷材涂料、罐头涂料、塑料涂料、纸张涂料、油墨等。按销售角度为 国外分为工业涂料和外售涂料。按施工顺序分 面漆(包括罩光漆)和底漆。底漆又分为封闭底漆、腻子或填孔剂,头道底漆,二道底漆等。,37,封闭底漆概念:是一层薄涂层,用于防止涂层与底材间物质的渗透,一些多孔材质很容易吸收涂料中液体漆料,导致涂料的颜料体积浓度升高。作用:封闭底材中的小孔腻子或填孔剂概念:是一种高颜料含量的涂覆物质,用于填平和嵌补被涂物表面的凹孔及较深的不平处。作用:填平和嵌补凹孔和较深不平处,使表面平整。,38,头道底漆概念:指直接涂在底材(或经过嵌填的平面)的涂料。作用
15、:增加面漆对底材的粘附力,提供适当的弹性。二道底漆特点:颜料组分含量很高,容易用砂纸打磨。作用:增加涂膜厚度,为施工提供光滑平整的表面。,39,按施工方法分 刷用漆、喷漆、烘漆、电泳漆等。按涂料作用分 打底漆、防锈漆、防火漆、耐高温漆、头道漆、二道漆等。按产品形态分 溶剂型涂料、无溶剂型涂料、分散型涂料、水乳型涂料及粉末涂料等。,40,分类,标准分类18大类,习惯分类,(1)油脂漆类(2)天然树脂漆类(3)酚醛树脂漆类(4)沥青漆类(5)醇酸树脂漆类(6)氨基树脂漆类(7)硝基漆类(8)纤维素漆类(9)过氯乙烯漆类(10)乙烯漆类(11)丙烯酸漆类(12)聚酯漆类(13)环氧树脂漆类(14)聚
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