《涂料技術》PPT電子課件,涂料技術,涂料,技術,PPT,電子,課件 第四章 涂料配方基本原理2 第四章 涂料配方基本原理 4.1 涂料的基本組成 4.2 涂料配方的基本原理3 4.1 涂料的基本組成44.1 涂料的基本組成 主要成膜物質是自身能形成致密涂膜的物質，是涂料中不可缺少的成分，涂膜的性質主要由它所決定，又稱為基料、漆料和漆基。次要成膜物質：自身不能形成完整涂膜的物質，但能與主要成膜物質一起參與成膜，賦予涂膜色彩或某種功能，也能改變涂膜的物理力學性能。次要成膜物質包括顏料、填料和功能性材料添加劑。輔助成膜物質包括溶劑、稀釋劑和助劑。54.1 涂料的基本組成幾個名詞：清漆：涂料中不含顏料和體質顏料的透明體。色漆：涂料中含顏料和體質顏料的不透明體，又稱為磁漆、調和漆和底漆。膩子：加有大量體質顏料的稠厚漿狀體。無溶劑漆：不含揮發(fā)性稀釋劑的涂料。粉末涂料：呈粉末狀的涂料。溶劑型漆：以一般有機溶劑作稀釋劑的涂料。水性漆：水作稀釋劑的涂料(包括乳膠漆)。64.1.1 顏料和體質顏料 作用：著色、遮蓋、增加漆膜耐久性和力學強度，降涂料成本。影響因素：顏料的分子結構、粒徑、結晶形態(tài)。存在狀態(tài)：在涂料中保持懸浮狀或沉降后容被分散的狀態(tài)（利用研磨或高速分散方法）。一、著色顏料 主要是無機化合物，有機顏料主要作著色助劑。74.1.1 顏料和體質顏料1、白色顏料（1）鈦白粉，即二氧化鈦；無毒，白度高，遮蓋力強；金紅石型晶型，較高的穩(wěn)定性和耐久性，戶外涂料；銳鈦型晶型，光照易粉化，室內涂料。（2）鋅鋇白（BaSO4 ZnS），俗稱立德粉；耐堿，遮蓋力強；遇酸分解，遇光易變暗；用于制備耐堿涂料。82、黃色顏料 鉻酸鉛（PbCrO4），俗稱鉛鉻黃；著色力高，色堅牢度好，有毒；用于裝飾性和工業(yè)涂料的二道漆和面漆。3、綠色顏料 氧化鉻（Cr2O3），俗稱鉻綠；耐酸堿，遮蓋力低；用于防腐涂料。94、藍色顏料 鐵氰化鐵鉀，KFeFe(CN)6，俗稱鐵藍；著色力高，色堅牢度好，耐酸堿，遮蓋力差。5、紅色顏料 氧化鐵紅（Fe2O3）；也稱鐵紅。著色力高，耐堿，耐有機酸，耐光性好。6、黑色顏料 碳黑：主要成分是碳，由碳氫化合物經高度炭化而制成。是最細、著色力與遮蓋力最好的顏料。吸油量大，色純，遮蓋力強，耐酸堿，耐光。107、有機顏料 與無機顏料相比：顏色齊全，色澤鮮艷，著色力強，遮蓋力差。二、防腐顏料1、無機鹽類（有毒性）含鉛、鉻的鹽類，如堿式硅鉻酸鉛（PbO CrO3 SiO2），堿式硫酸鉛（2PbSO4 PbO）等。防腐機理：與水作用產生陰離子，鈍化金屬表面。2、金屬類 鉛、鋅等；防腐機理：通過這些金屬的先蝕性陽極作用。11三、體質顏料1、品種 重晶石（硫酸鋇），瓷土或高嶺土（Al2O3 2SiO2 H2O），云母（K2O 2Al2O3 6SiO2 2H2O），滑石粉（3MgO 4SiO2 H2O），碳酸鈣等。2、性質 不溶于溶劑和基體樹脂，遮蓋力和著色力很弱，但能提高漆膜的厚度，改進液體涂料的流動性以及漆膜的機械性、滲透性、光澤性和流平性。3、作用 提高漆膜厚度；改善涂料流平性；增強漆膜力學性能。124.1.2 溶劑 涂料用溶劑主要有各種醇類、酮類、酯類，以及脂肪烴類、芳香烴類等有機溶劑。作用：溶解涂料樹脂；幫助成膜物質流平；調節(jié)干燥時間和固化反應，獲得滿足 要求的漆膜。13一、溶劑對涂料樹脂的溶解性溶解度參數相近原則：根據希爾德布蘭德（Hildebrand）理論，非極性高分子樹脂和非極性溶劑的混合熱正比于它們的溶解度參數差的平方：14討論：1.1.如兩種物質的溶解度參數分別為如兩種物質的溶解度參數分別為1 1和和2 2，當，當1 1=2 2時，時，H=0H=0，表明兩者混合時并，表明兩者混合時并不吸收熱量，相不吸收熱量，相容性很好容性很好；2.2.當當1 1-2 2值很大時，值很大時，H H必然很大，必然很大，若令二者相容，就要吸收很大熱量，只有溫度若令二者相容，就要吸收很大熱量，只有溫度T T在很高時才有可能；在很高時才有可能；3.3.按照經驗，當高聚物和溶劑的溶解度參數按照經驗，當高聚物和溶劑的溶解度參數相差小于相差小于 0 0 1.8 1.8 時，估計可以溶解。時，估計可以溶解。15二、溶劑的相對蒸發(fā)速率（揮發(fā)性）E E 為試驗溶劑的相對蒸發(fā)速率；為試驗溶劑的相對蒸發(fā)速率；t90 t90 為規(guī)定條件下，溶劑蒸發(fā)為規(guī)定條件下，溶劑蒸發(fā) 9090 所需要的時間。所需要的時間。規(guī)定：醋酸正丁酯的相對蒸發(fā)速率為規(guī)定：醋酸正丁酯的相對蒸發(fā)速率為 1 1。三、混合溶劑的蒸發(fā)速率（ET）C 為濃度，為濃度，為活度系數為活度系數結論：1、蒸發(fā)過程中，混合溶劑組成是變化的；2、蒸發(fā)過程中，蒸發(fā)速率大的溶劑蒸發(fā)較快；3、混合溶劑的蒸發(fā)速率大于各純溶劑的蒸發(fā)速率；16常見溶劑1、烴類溶劑 200 號溶劑汽油（低級烷烴混合物）、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、鹵代芳烴等。芳烴溶劑溶解性比脂肪烴大。苯的閃點低，揮發(fā)快，安全性差，使用較少。甲苯和二甲苯廣泛用作合成樹脂漆的稀釋劑，甲苯的溶解力、揮發(fā)性及毒性均大于二甲苯。在揮發(fā)性涂料中，要求有較快的揮發(fā)性和較好的溶解力，甲苯用量較多；在熱噴涂用熱塑性漆和烘漆中，多選用揮發(fā)速度適中的二甲苯。17常見溶劑2、醇類和醚類溶劑 乙醇、丙醇、正丁醇、乙二醇一乙醚等。乙醇多用作乙基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛及醇溶性酚醛樹脂的溶劑。丁醇揮發(fā)性較慢，溶解力不如乙醇，是氨基樹脂的良溶劑。醇類溶劑對含有親核基團的樹脂有溶劑化作用，即氫鍵作用。它們對大多數合成樹脂沒有單獨溶解性，但具有潛在溶解力，稱為助溶劑。3、酯類和酮類溶劑（強溶劑）丙酮、甲乙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、DBE、碳酸酯、草酸酯等。18 DBE：高沸點溶劑混合二元酸酯（杜邦稱DBE），也稱二價酸酯。是一種低毒、低味、能生物降解的環(huán)保型高沸點溶劑，是涂料萬能溶劑。4、酰胺類溶劑 N，N二甲基甲酰胺，N，N二甲基乙酰胺等。5、酚類溶劑 苯酚、甲酚、二甲酚等。19五、溶劑選用原則（1）賦予涂料適當的黏度；（2）有一定的揮發(fā)速度，與涂膜的干燥性相適宜；（3）能增加涂料對物體表面的潤濕性，賦予涂膜良好的附著力；（4）考慮安全性和經濟性。204.1.3 涂料助劑 特點：用量小，作用大，品種多，功能強。涂料的次要成膜物質。一、催干劑 催干劑也稱干燥促進劑，俗稱干料。在氧化干燥型涂料體系中，能顯著提高漆膜的固化速度。品種很多，使用效果和場合不同。1、鈷催干劑 如：環(huán)烷酸鈷 特性：表面干燥快。單獨使用易發(fā)生表面很快結膜封閉而內層長期不干的現象。常與鉛催干劑配合使用。212、錳催干劑 如：環(huán)烷酸錳 特性：表面催干，催干速度慢，因此不會出現外干內嫩的情況。但顏色深，漆膜有黃變傾向。3、鉛催干劑 如：環(huán)烷酸鉛 特性：內層催干，有毒性。常與鈷催干劑和錳催干劑配合使用。22二、增塑劑 增塑作用：降低樹脂的玻璃化溫度，提高漆膜的韌性、延伸率和附著力。內增塑：在分子鏈上引入具有增塑作用的結構。外增塑：在樹脂中加入相容性好的不易揮發(fā)、萃出的增塑劑或柔性高分子樹脂。231、氯化石蠟 C10-C30 正構烷烴不同氯化深度的產物。常作為乙烯基涂料的增塑劑。2、鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）能與多種樹脂互溶，但易揮發(fā)。常用于硝基纖維素漆和聚醋酸乙烯酯乳膠漆。3、鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）比鄰苯二甲酸二丁酯揮發(fā)性低，用途較廣。24三、生物活性添加劑1、用于船舶防污涂料 防止船體浸入水中部分及水下構件的表面受到海洋生物的污損，導致航速降低。常用添加劑有：氧化汞、三丁基錫氧化物、金屬銅和氧化亞銅等。2、用于水性乳膠漆和防霉涂料 防止涂料受到霉菌、細菌等微生物的侵蝕，而使涂料變質或漆膜霉變。常用添加劑有：鄰苯基苯酚；2，4，5，6四氯代間苯二氰等。25四、流變性改進劑 流變性改進劑也稱粘度改進劑，主要作用是改進涂料的流動性。1、用于溶劑型涂料 觸變劑；常用的有：二氧化硅粉末、膨潤土等。2、用于乳膠漆 增稠劑；常用的有：纖維素醚類。26五、顏料分散劑1、作用 顏料分散劑屬于表面活性劑，作用機理為分子中的親水或親油基團被吸附在固體顏料粒子的表面，產生離子間的排斥效應和空間位阻效應，以防止顏料粒子的結塊或絮凝。2、品種（1）聚電解質 聚丙烯酸鈉、苯乙烯馬來酸酐共聚物的銨鹽等。能溶于水。常用于水性涂料。27（2）磷酸鹽類分散劑 正磷酸鉀（K3PO4）、焦磷酸鉀（K4P2O7）、三聚磷酸鉀（K5P3O10）、偏磷酸鈉（NaPO3）等。多用于乳膠漆無機顏料的分散劑。易水解，易遭受微生物侵害。（3）多胺類及醇胺類分散劑 乙二胺、丙二胺、丁二胺、2氨基2甲基丙醇1 等；多用于無機顏料的分散劑。284.2 涂料配方的基本原理 顏料及體質顏料是涂料的重要組成部分。4.2.1 顏粘比、顏料體積濃度、臨界顏料體積濃度一、顏粘比1、顏粘比 涂料配方中顏料及體質顏料與膠粘劑（樹脂）的質量比。2、不同涂料的顏粘比 面漆:(0.25-0.9):1.0 底漆：(2.0 4.0):1.0 室外用乳膠漆：(2.0 4.0):1.0 室內用乳膠漆：(4.0 7.0):1.029二、顏料體積濃度和臨界顏料體積濃度（一）顏料堆砌系數（一）顏料堆砌系數（）Vp Vp 顏料及體質顏料的體積；顏料及體質顏料的體積；Va Va 顏料粒子間空隙的體積。顏料粒子間空隙的體積。一般近似認為顏料粒子為球形粒子；一般近似認為顏料粒子為球形粒子；粒徑范圍：粒徑范圍：0.01 0.01 m -100 m -100 m m；顏料粒子粒徑越小，越難緊密堆砌，堆砌系數越小。顏料粒子粒徑越小，越難緊密堆砌，堆砌系數越小。30（二）顏料體積濃度（PVC）與臨界顏料體積濃度（CPVC）Vb Vb 為膠粘劑體積（不含揮發(fā)性組分）為膠粘劑體積（不含揮發(fā)性組分）VpVp 為顏料的體積。為顏料的體積。臨界顏料體積濃度（臨界顏料體積濃度（CPVCCPVC）:當膠粘劑逐漸加入到顏料體系中，顏料粒子堆砌空當膠粘劑逐漸加入到顏料體系中，顏料粒子堆砌空隙中的空氣將逐步被膠粘劑所取代。當膠粘劑加到恰好隙中的空氣將逐步被膠粘劑所取代。當膠粘劑加到恰好填滿全部空隙時的顏料體積濃度定義為臨界顏料體積濃填滿全部空隙時的顏料體積濃度定義為臨界顏料體積濃度（度（CPVCCPVC）。）。31（三）（三）與與 PVCPVC、CPVC CPVC 之間的關系之間的關系對于含有顏料、膠粘劑及其空氣空隙的體系，顏料堆砌系數可定義為：1 1、PVC=CPVCPVC=CPVC 則則Va=0Va=0，PVC=CPVC PVC=CPVC ，此時顏料粒子間的空隙恰，此時顏料粒子間的空隙恰好被膠粘劑填滿，顏料粒子間好被膠粘劑填滿，顏料粒子間以相互接觸的立方體方式堆砌，以相互接觸的立方體方式堆砌，此時堆砌系數定義為此時堆砌系數定義為 d d。322、PVC CPVC 則，Va 0，PVC ，此時顏料粒子間的空隙沒有被膠粘劑全部填滿。注意：在實際涂料體系中，顏料粒子表面總有一層薄的膠粘劑，因此實際上的顏料粒子堆砌系數比理論計算的小?？障赌z粘劑三、顏料體積濃度對涂料性質的影響1、漆膜密度及 CPVC 的求算 設 p、b、f 分別為顏料、膠粘劑、漆膜的密度。對于單位質量的漆膜，設 w 為其中顏料的質量分數，（1-w）為膠粘劑的質量分數。（1）PVC CPVC 忽略顏料間空氣的密度：聯立兩式求得 CPVC：注：此式適用于溶劑性涂料。354.2 涂料配方的基本原理（3）實驗方法求 CPVC 以漆膜的密度、拉伸強度、粘結強度對 PVC 作圖，可求 CPVC 的值。362、PVC 與漆膜的孔率的關系漆膜孔率直接影響漆膜滲透漆膜孔率直接影響漆膜滲透性，進而影響漆膜的一些重性，進而影響漆膜的一些重要性質，例如：要性質，例如：（1）生銹：涂裝過的黑色金屬表面出現銹跡，導致金屬腐蝕。（2）起泡：底材表面產生的氣體在涂層下產生的氣泡。（3）抗?jié)癫列裕浩崮と淌芩逑吹牟料创螖?。?）抗污性：抵抗外界污染引起漆膜表面消光或變色的能力。（5）光維持性：干燥后未達應有光澤，或光澤短時消退的性質。37孔率對漆膜耐腐蝕、起泡、耐濕擦、反射率性質的影響孔率對漆膜耐腐蝕、起泡、耐濕擦、反射率性質的影響38孔率對漆膜光澤維持率性質的影響孔率對漆膜光澤維持率性質的影響結論：1、顏料體積濃度（PVC）在 CPVC 附近變化時，漆膜的性質將發(fā)生突變，如物理力學性質、滲透性、光學性質等。2、進行配方設計時要根據 PVC 的影響規(guī)律和涂料的實際使用要求確定顏料的加入量。394.2.2 顏料的吸油值一、概念1、吸油值（OA）100 克的干顏料形成顏料糊時所需要的精亞麻仁油的質量（g）稱為顏料的吸油值。該值是顏料濕潤特性的一種量度。2、吸油值的測定方法 標準刮刀混合法：將稱取一定質量的顏料放在玻璃板或大理石板上，逐滴加入亞麻仁油，用標準刮刀調和成連續(xù)的糊狀物，計量所用去亞麻仁油的量。3、吸油值與顏料的品種、顆粒形態(tài)、粒徑等有關。40二、顏料吸油值（OA）和臨界顏料體積濃度（CPVC）的 關系：0.935 0.935 是亞麻仁油的密度；是亞麻仁油的密度；顏料的密度。顏料的密度。上式適用于溶劑性涂料體系，不適用乳液體系。用刮刀法測得顏料的吸油值，依照上式可求顏料的臨界顏料體積濃度。414.2.3 乳膠漆臨界顏料體積濃度（LCPVC）乳膠漆是聚合物乳膠粒、顏料在水連續(xù)相中的分散體系。成膜機理與溶劑性涂料不同。一、乳膠漆的成膜過程1 1、首先發(fā)生涂料的流動，水分的不斷逸出，乳膠粒成、首先發(fā)生涂料的流動，水分的不斷逸出，乳膠粒成為粘性粒子而彼此接近，發(fā)生乳膠粒粒子的塑性形變和為粘性粒子而彼此接近，發(fā)生乳膠粒粒子的塑性形變和凝聚作用。凝聚作用。2 2、同時顏料粒子進入聚合物鏈的網絡中。、同時顏料粒子進入聚合物鏈的網絡中。3 3、當濕漆膜收縮成干漆膜時，顏料粒子周圍的乳膠粒、當濕漆膜收縮成干漆膜時，顏料粒子周圍的乳膠粒因凝聚和形變作用而產生緊密排列，從而形成連續(xù)的漆因凝聚和形變作用而產生緊密排列，從而形成連續(xù)的漆膜。膜。42不同 PVC 值的溶劑性涂料和乳膠漆的干燥過程示意圖：43二、影響乳膠漆臨界顏料體積濃度的因素1、聚合物的玻璃化溫度粒徑 0.2m粒徑 0.8m 玻璃化溫度低的乳膠漆有較高的 LCPVC 值。原因是玻璃化溫度低的乳膠粒子容易發(fā)生形變和凝聚，使顏料堆砌的較緊密。玻璃化溫度低的乳膠漆具有較低的成膜溫度。含碳酸鈣體質顏料的丙烯酸乳液442、乳膠粒子的大小 乳膠粒粒徑小的乳膠漆具有較高的 LCPVC 值，原因是粒徑較小的乳膠粒容易運動進入顏料粒子之間，趨向于顏料粒子的較緊密接觸。3、助成膜劑 一種揮發(fā)性增塑劑；促進乳膠粒子的塑性流動和彈性形變，改進乳膠漆的成膜性能；玻璃化溫度較高的乳膠漆中常需加助成膜劑。助成膜劑一般為二元醇類化合物，如乙二醇、丙二醇等。助成膜劑的用量存在一個最佳值，需要在實踐中試驗確定。45三、乳膠漆膠粘劑指數（e）和臨界顏料體積濃度（LCPVC）1、乳膠漆膠粘劑指數（e）臨界顏料體積濃度時粘結一定量的顏料，所需的乳膠漆膠粘劑體積和溶劑型涂料膠粘劑體積之比定義為乳膠漆膠粘劑指數，或稱膠粘劑效率。膠粘劑指數反映了聚合物乳液對顏料的粘結能力；一般膠粘劑指數小于 1，越接近 1，說明粘結力越好；膠粘劑指數與吸油值（OA）、臨界顏料體積濃度（LCPVC）之間存在一定的數量關系。462、乳膠漆臨界顏料體積濃度（LCPVC）（1）對于溶劑型涂料，在臨界顏料體積濃度處（CPVC），單位體積顏料所需的膠粘劑體積為：（2）若采用同種顏料做乳膠漆，在臨界顏料體積濃度（LCPVC）處，單位體積顏料所需的膠粘劑體積為：47（3 3）兩式相比，得到）兩式相比，得到 e e 和和 LCPVC LCPVC：484.2.4 涂料配色一、物體的顏色特性1、漆膜顏色的產生 當光線照射到色漆的漆膜表面時，用于漆膜中顏料發(fā)生光的吸收、折射和反射作用，使其具有不同的顏色。2、白色、黑色、彩色的概念 在白光照射下，全部反射光波的物體呈白色；在白光照射下，全部吸收光波的物體呈黑色；在白光照射下，選擇性吸收光波后反射光波的物體呈彩色。493、彩色圖及顏色的互補特性彩色圖 彩色圖中對應的顏色互為補色，當白光的一部分光波被選擇性吸收后，則呈現出補色，也稱余色。例如：當顏料結構中的電子振動頻率與綠色光波的頻率相同時，便吸收該光波而呈現紅色。504、標準色彩表示法及 Munsell 顏色系統(tǒng)（1）色彩的標準化 為了得到穩(wěn)定的顏色，有利于顏色的重現，同時便于學術交流和顏料產品的生產、銷售和使用，必須對色彩進行標準化管理。51（2）Munsell 顏色系統(tǒng) 1905 年，美國藝術家 Munsell 提出的一種表示色彩的方法，后稱為 Munsell 顏色系統(tǒng)。用色相、亮度、彩度三個參數表示顏色的特性和區(qū)分不同顏色。色相(H)：顏色在光譜中的位置；亮度(V)：顏色的明暗程度；彩度(C)：顏色接近或離開中灰色的程度，彩度高鮮明。524.2 涂料配方的基本原理（3）Munsell 顏色系統(tǒng)的三維球體模型 中央軸代表黑灰白的亮度等級；色相用垂直于中央軸的圓周表示，分為紅、黃紅、黃、綠黃、綠、藍綠、藍、紫藍、紫、紅紫 10 種色相，每種色相分為不同等級；同心圓表示彩度，進一步分為不同等級。任何顏色表示為 HV/C，如 8.5R5.67/8.2。53二、配色原則 總的原則：顏色的色相、亮度、彩度三個參數，只要有一個存在差異，則可確定為不同的顏色。因此新顏色的獲得只需要調整三個參數中的任何一個便可。1、調節(jié)色相 將紅、黃、藍三色按不同比例混合，得到各種不同中間色，再用不同中間色混合，就可以得到很多種不同色相的顏料。542、調節(jié)彩度 在某色相的基礎上，加入白色顏料混合，就可得到不同彩度的顏料。3、調節(jié)亮度 在某色相的基礎上，加入黑色顏料混合，就可得到不同亮度的顏料。55色彩的調色演示