讲义 8.1资料文件与下载

8.1 涂料概述

1 定义

    涂料俗称油漆，是涂于物体表面能形成具有保护、装饰或特殊性能（如绝缘、防腐、标志等）的固态涂膜的一类液体或固体材料之总称。

2 涂料的作用

涂料是一种材料，用于涂装物体表面，能形成涂膜，从而起到保护、装饰、标志和其他特殊的作用。

(1) 保护作用

    物体暴露在大气中受大气中的湿气、氧气、H₂S、CO₂、CO、NO₂、NO、 NH₃ 和其他化学气体及酸、碱、盐水溶液、有机溶剂等的侵蚀，造成金属锈蚀，木材腐朽，水泥风化等破坏现象。在物件表面涂上涂料，形成一层保护膜，能够阻止或延缓这些破坏现象的发生与发展，可使物体延长多种材料的使用寿命。这就是涂料的保护作用。

(2) 装饰作用

    不同材质的物件，涂上涂料可得到五颜六色、绚丽多彩的外观，起到美化生活环境的作用，对丰富人类物质生活和精神生活起着重要作用。

(3) 标志作用

    道路上的各种画线、交通标志，工厂中各种不同用途的管道外表，涂上不同颜色的涂料，既美观又起到警示的作用。

(4) 特殊功能作用

    随着工业发展，需要更多品种的涂料，要求涂料给被涂物赋予多种特定的功能，这些涂料能提供多种不同特殊功能，故也常称之为“专用涂料”。如防火涂料、耐辐射涂料、示温涂料等等。

3 涂料的组成

根据涂料施工工艺的要求及成膜特性，涂料品种虽多，作用各异，但其主要组成部分按功能的不同都包含有成膜物质、颜料、溶剂、助剂四类。我国涂料中各类所占比例大约为 :

                    油脂 20%~30%

 成膜物质    树脂 10%~20%

 颜料             4%~25%

溶剂              33%~47%

助剂              2%~5%

3-1 成膜物质

成膜物质能使涂料牢固地附着于被涂物面上，形成连续薄膜的主要物质，是构成涂料的基础，决定着涂料的基本特性，故也称为“基料 ” 或 “ 漆料”。如表1所示，成膜物质可分为两大类：一类是非转化型成膜物质。成膜前后成膜物质的组成、结构未发生变化。这类物质具有热塑性，受热软化、冷却变硬的特点并具可溶（ 熔）性。这类成膜物质有天然树脂（松香、虫胶、琥珀、树脂、天然沥清等）；天然高聚物的加工产品 （硝基纤维素、氯化橡胶）；合成的高分子线型聚合物即热塑性树脂（过氯乙烯树脂、聚乙酸乙烯树脂）等。另一类是转化型成膜物质。此类物质成膜前后的组成和结构完全不同。这类化合物具有能起化学反应的官能团，在热、氧或其他物质的作用下能够聚合成既不溶也不熔的网状结构高聚物。如植物油类 （干性油和半干性油）、天然漆； 低分子化合物的加成物或反应物 （多异氰酸酯的加成物），合成聚合物等。

表1 成膜物质

在现代涂料中已很少使用单一的成膜物质，而多采用几种树脂配合使用，以适应于多方面性能的要求。我国将成膜物质分为 17 类，详见分类表，并以此作为划分涂料种类的依据。

3-2 颜料

颜料在涂料中为非成膜物质。不溶于水，只能均匀分散于介质中，颜料具有比较好的遮盖力、着色力、分散度和光稳定性，因此可使涂膜呈现五颜六色遮盖被涂物表面，发挥涂料的装饰和保护作用。同时还能改善涂膜的物理、化学性能、增加厚度和附着力，提高机械强度和耐磨、耐腐蚀性，还有一些具有特殊功能的颜料，是专用涂料不可缺少的重要组成。如防锈颜料、示温颜料、夜光颜料、荧光颜料等。

颜料的品种很多又各具不同的性能，所以颜料的分类方法有好几种，既可按其来源分为天然颜料和合成颜料，也可按其化学成分分为无机颜料和有机颜料，还可按其在涂料中所起的作用分为着色颜料、体质颜料 ( 填料 ) 、防锈颜料及特种颜料等。下面对一些常用颜料作一简要介绍:

①  白色颜料

    包括钛白( 化学成分为二氧化钛 )、锌钡白 ( 商品名为立德粉，是硫酸锌和硫酸钡的混合物 ) 和氧化锌( 又名锌白、锌氧粉 ) 。其中以钛白为最佳，具有很好的遮盖力和着色力以及十分优越的物理、化学性能，耐酸、耐碱、 耐光、耐热、无毒，若经铝、锌、硅等作表面处理，可进一步改善性能而扩大用途。由于晶体结构的不同，钛白有金红石型和锐钛型之分，使用上应注意选择。

②   黑色颜料

炭黑、氧化铁都是具有非常高遮盖力和着色力的黑色颜料。其中炭黑是烃类物质高温裂解的产物，不同生产方法获得的炭黑用途也不同。如炉法炭黑适于配制灰色涂料，而槽法炭黑则宜用于配制黑色涂料中。

图1 彩色颜料

③   彩色颜料

有无机和有机彩色颜料之分，无机彩色颜料性能好，但颜色不够鲜艳，因价格低廉故应用广泛。如图1中铬黄、铁黄、铁兰、铁红等。有机彩色颜料性能也很好，色谱齐全、色彩鲜艳，虽价格较贵却也得到广泛应用。如酞菁蓝、酞菁绿、耐晒黄、大红粉等。

④   金属颜料

    实际上是金属粉末，如铝粉 ( 俗称银粉 )比如暖气片上涂刷的就是这个铜粉 ( 铜锌合金粉， 俗称金粉。

⑤ 防锈颜料

是防锈涂料的重要组成，根据防锈作用机理不同可分为物理防锈颜料和化学防锈颜料两类。物理防锈颜料借助其细微颗粒的充填或片状颗粒的迭覆，降低涂膜的可渗透性，从而阻止阳光和水的透入而起到防锈的作用，如氧化铁红、云母氧化铁、石墨、氧化锌、铝粉等。化学防锈颜料则借助于电化学作用或形成阻蚀性络合物以达防锈效果。如红丹等。

⑥ 体质颜料

    又称填料，基本上没有遮盖力和着色力的白色或无色粉末，但有增加涂膜厚度和体质的功能，在一定程度上提高了涂膜的耐磨性、耐水性、稳定性及强度等物理机械性能。填料的添加还可减少成膜物质和颜料的用量，从而降低成本。涂料工业所用的填料是一些化学性质稳定、易粉碎的矿物质如重晶石粉 ( 天然硫酸钡 ) 、重体碳酸钙、滑石粉、瓷土粉 ( 高岭土 ) 、石英粉以及人造的沉淀硫酸钡、轻体碳酸钙和白炭黑 ( 即人造二氧化硅 ) 。人造填料较天然矿物质有着质地松软、性能优异的优点。

3-3 溶剂

    涂料组成中溶剂的作用是使成膜物质溶解或分散为液体，降低成膜物质的粘稠度，使施工时能够得到均匀而连续的涂膜。由于溶剂最后将全部挥发而离开干结的涂膜，故又称挥发组分。实际上溶剂组分包括能溶解成膜物质的溶剂，能稀释成膜物质溶液的稀释剂以及能分散成膜物质的分散剂，三者统称为溶剂。在现代某些涂料中应用的一些既有溶解、分散作用，在施工中又能与成膜物质发生化学反应生成新的物质而留存在涂膜中的化合物也是溶剂，称为反应性溶剂或活性稀释剂。许多化学品包括水、无机化合物和有机化合物都可以用作涂料的溶剂组分。根据溶剂在涂料中的作用不同将溶剂分为以下三类：

(1)真溶剂  主要是溶解成膜物质的溶剂，一般说不同成膜物质都有各自的真溶剂。

(2)助溶剂  也叫潜溶剂， 此溶剂本身不溶解所用的成膜物质，但以一定数量与真溶剂混合使用时却具有一定的溶解力。

(3) 稀释剂  既无溶解能力也无助溶作用，但在一定限量内和真溶剂、助溶剂混合使用，却能起到稀释作用。因其价格较低，故可降低成本。表2位常用溶剂的挥发速率。

表2 常用容剂的挥发速率

    对溶剂品种的选用要根据施工工艺及成膜要求来确定。一般要求溶剂对膜物质要有很好的溶解性、互溶性，有较强降低粘度的能力，成膜过程不出现成膜物质的析出现象，同时还要有适中的蒸发速度以适应涂膜的形成，以免影响涂膜的性能。实际应用中多采用多种溶剂搭配成混合溶剂来使用，以满足上述要求。常用的溶剂品种见主要溶剂挥发速率表 。

由于多数有机溶剂都是有毒性，且为易燃易爆物，所以一经挥发充斥空气中，既污染环境损害人体健康，又不安全易引发火灾事故。因此，现代涂料正努力开发、发展那些少溶剂或无溶剂的低污染涂料新品种，如高固体份涂料、水乳胶涂料、粉末涂料等。

3-4 助剂

    助剂是涂料的重要组分之一，虽然不能单独成膜，在涂料总量中所占比例也很小，多则百分之几少则千分之几，但能够改善涂料的生产工艺、施工条件，更有提高涂料的质量，赋予涂膜特殊功能的作用，所以深受人们的重视。随着涂料工业的不断发展，助剂品种越来越丰富包括无机的、有机的以及高分子聚合物等，归纳起来有数十类之多。按对不同场合所起的作用不同，助剂可以分以下四个类型：对涂料生产过程所起的作用，如乳化剂、润湿剂、 分散剂等； 对贮存过程所起的作用，如抗结皮剂、防沉剂等；对施工过程发生作用，如催干剂、流平剂等；对涂膜性能起作用，如增塑剂、防霉杀菌剂、抗静电剂等。

4 涂料的分类与命名

4-1 涂料的分类

经过长期的发展，涂料品种特别繁杂，目前在我国市场上销售的涂料品种约有千种以上，其中正式颁发的型号就近千种。涂料一般是按其成分、功能或涂膜的状态进行命名和分类，习惯形成的分类方法有按有否颜料分为清漆和色漆。根据形态可分为溶剂型涂料、水性涂料、粉末涂料等。按施工时的层次可分为腻子、底漆、面漆 ( 包括调合漆、罩光漆)等。按施工方法分为刷用漆、喷漆、烘漆、浸漆、电泳漆等。还有按用途分为建筑涂料、汽车漆、木器漆等。根据涂料的功能分为通用涂料和专用涂料等。这些分类方法各具特点不能把所有产品的特点都包括进去，世界上也还没有统一的分类命名法。我国为了统一起见，制定了以涂料中成膜物质为基础的分类方法，将涂料分为 18 大类。如表3所示。

表3 涂料的分类

4-2 涂料的命名

关于涂料的命名已有国家标准加以规范，这里提出三个要点：

(1) 统称时用“涂料 ”而不用漆这个字。但对具体的涂料品种来说仍可采用 “漆”来称呼。

       (2) 涂料的全名一般是由颜色或颜料名称加上成膜物质名称，再加上基本名称而组成。基本名称见表4。

表4 基本名称编号表

           例: 红醇酸磁漆、锌黄酚醛防锈漆

(3) 对某些有专业用途及特性的产品，必要时在成膜物质后面加以阐明。 例：醇酸导电磁漆、白硝基外用磁漆等。

 涂料的编号原则

涂料型号分三个部分。第一部分是成膜物质，用汉语拼音字母表示; 第二部分是基本名称，用两位数字表示; 第三部分是序号，以表示同类品种间的组成、配比或用途的不同，这样组成的一个型号就只表示一个涂料品种，而不会重复。

例：在 C 04-2 中 C 为成膜物质 ( 醇酸树脂 )，04 为基本名称 ( 磁漆 )，2 为序号

b. 辅助材料型号分两个部分。第一部分是辅助材料种类；第二部分是序号。

例：在 F-2 中 F 为辅助材料种类 ( 防潮剂 )，2 为序号

5 涂料的生产过程

5-1 涂料配方基本知识

设计涂料的配方时首先根据涂料的使用要求选定基料树脂和颜料; 然后根据施工要求和已选定的基料树脂来确定溶剂和稀释剂; 再根据涂料的使用要求决定是否需要加入其他助剂、需要什么样的助剂，最后确定涂料中漆料和颜料的比例，助剂的数量。

5-2 涂料生产过程

  ① 树脂的制备

     生产漆料的原料有油料、天然树脂、人造树脂、合成树脂，这些需要按要求准备好

② 漆料和清漆的制备

   树脂经溶解、过滤后制成树脂漆料，漆料加助剂并过滤就制成了清漆

③色漆的制备：漆料加助剂和颜料（或清漆加颜料)经混合、研磨、调漆、过滤后得成品色漆

颜料分散过程：湿润、研磨、稳定

色漆的生产过程：预分散、研磨分散、调漆、净化包装  

见生产流程图2，从上面可以看出涂料的生产过程比较简单，所用设备少，主要有分散剂、研磨机、调墨设备，所需空间也较小，因此适合大学生自主创业。

图2 活动罐式色漆生产工艺流程图

6        我国涂料工业生产的现状与发展趋势

图3 我国涂料近几年产量

我国的涂料生产厂家有近10000家，2009年全年总产量达 755.44万吨,已成为世界第一大涂料生产大国和消费大国，2015年涂料产量1711万吨，2017年为2041万吨，年产量如图3所示。

美国涂料年产量600万吨，排名世界第二，但它只有670家；

日本涂料年产量200万吨排名世界第三，厂家仅仅167家。

水性涂料、粉末涂料和无溶剂涂料仍然是中国涂料发展主流,高附加值的功能性涂料将群星荟萃，涂料产品将继续向高档化目标迈进。