5-2 溶剂型涂料在线视频

同学们好

欢迎大家来到《高分子合成材料学》

我是今天的主讲老师李老师

这一节课

我们主要学习溶剂型涂料

溶剂型涂料就是以有机溶剂

为分散介质制成的涂料

故主要成分为成膜物质

例如合成树脂 有机溶剂 颜料 助剂等

一般将挥发性有机物称为溶剂

涂料工业是溶剂工业的最大用户

为什么涂料中要使用大量的溶剂

主要是由于溶剂起的独特作用

① 利用溶剂化原理溶解树脂

② 溶解后能使组成成膜物的组分均一化

③ 改善颜料和填料的润湿性

减少颜料的漂浮

④ 降低沉降速率等

延长涂料的存放时间

⑤ 在生产中用溶剂来优化涂料

可以降低黏度

⑥ 改善涂料的流动性和增加涂料的光泽

⑦ 在涂刷时

可以增强被涂表面与涂料之间的润湿

⑧ 当涂刷垂直物体表面时

可校正涂料的流挂性及物理干燥性

⑨ 减少刷痕 气孔 接缝及涂料的浑浊

⑩ 有利于选择合适的活性溶剂

溶剂对涂料的性能影响非常大

如果选择不好会引起各种问题

例如挥发太快 流平性不好

易使漆膜发白活和起气泡

发白的原因是溶剂挥发太快

涂装时涂料表面迅速冷却

使周围达到露点温度以下

水气凝结成小滴 渗入漆膜中

表面成半透明的白色

待最后水分挥发后

留下很小的空隙

由于散射 漆膜没有光泽

产生气泡是因为挥发速度太快

表面很快固化

底层溶剂不能逸出

在进入烘箱时

残留的溶剂从底层挤出表面

于是形成气泡

为此 从挥发快慢考虑

溶剂的选择要平衡下面两种相反要求

例如为了满足涂料快干

无缩孔 无边缘变厚 以及无流挂等

要求溶剂挥发快

但是要满足流动性

流平性好 无气泡和不发白

则要求溶剂挥发慢

所以一般选择合适的溶剂可以分为四步

第一步 是通过溶解度参数

选择能溶解树脂的溶剂或混合溶剂

通常 选择30~40种

溶解参数范围较宽的溶剂

加入少量树脂

判断树脂在溶剂中的溶解性

确定树脂的溶解参数范围

原则上

假如一种树脂溶解于

同氢键类型的任何2种溶剂中

那么该树脂可以溶解在

溶解参数介于这2种溶剂之间的

同一类氢键的所有溶剂中

必须注意的是

即使单个溶剂的溶解度参数

并不在其范围内

即不能溶解某种树脂

但其混合溶剂则可能溶解这种树脂

对于含多种树脂的涂料

必须根据各树脂的溶解参数

确定其溶解重叠区

而选择的混合溶剂的溶解度参数

必须落入这一重叠区

考虑到树脂的组成和分子量

以及溶剂的组成和纯度等因素的变化

通过实验验证是非常必要的

同时 选择溶剂或混合溶剂还应注意

必须保持溶剂或混合溶剂

在挥发过程中

仍能留在树脂的溶解重叠区

以免发生相分离

步骤二

建立溶剂或混合溶剂的挥发轮廓图

假如溶剂或混合溶剂

随时间和温度的挥发关系图 不知道

通常需要选择

几种不同挥发性质的混合溶剂进行实验

以建立这些混合溶剂的挥发轮廓图

为溶剂或混合溶剂的选择提供参考

溶剂的其他性质 如VOC用量

表面张力和粘度也是选择溶剂时

必须考虑的重要因素

一般 粘度必须足够低

以利于涂料的处理和使用

但粘度高可以避免涂料的流挂

类似地

表面张力必须适中

以使涂料具有好的流平性

而不在膜中引入各种缺陷

VOC用量则需要满足有关法规

VOC用量我们一会将重点介绍

步骤三 优化溶剂或混合溶剂

以满足树脂的溶解性和涂料的其他性能

可以通过设计计算机模型

快速确定符合挥发性

溶解参数 粘度 表面张力

和VOC用量的溶剂或混合溶剂

若无这种模型

则可通过实验来确定

但非常耗时 耗力

步骤四 通过实验证实所选择的溶剂或混合溶剂

即通过前三个步骤

一旦选择了几种候选的溶剂或混合溶剂

接下来的工作

就是通过实验来确定

哪种溶剂或混合溶剂

可以完全满足涂料配方的要求

有时可能需要对混合溶剂的组成

和用量进行小范围的调整

以改善涂料的某一方面的性能

如粘度 流平性 流挂 挥发等

最终得到

满足涂料各方面性能的混合溶剂

下面我们来学习VOC用量

VOC是指挥发性有机化合物

它们是一类重要的空气污染物

通常指沸点50-260℃

室温下 饱和蒸汽压超过133.32Pa的有机化合物

所以VOC含量尤其在溶剂型涂料中

是指挥发性有机化合物

占涂料的质量百分比

VOC含量是溶液型涂料非常重要的参数

许多VOC会严重损害人的肝

肾和中枢神经系统

刺激呼吸道和口腔粘膜

有些还有致癌和致畸作用

VOC对动植物的危害 也是十分严重的

对环境的破坏可能造成物种的毁灭

这主要表现在对空气和水的污染

光化学反应产物的危害

以及地球臭氧层的破坏

导致太阳辐射危害等等

各国对VOC的定义各有不同

因而同一涂料按不同国家的法规

判定的VOC也会有差别

美国强调的是

化合物参与光化学反应的作用

而包括中国在内的其他国家

着重的是化合物的沸点

蒸汽压或二者的结合

其中250℃是公认的界限

美国在最早的“66法规”中规定

涂料的VOC 含量不得超过17%

2001年 我国也制定了有关溶剂型涂料中

有机溶剂限量标准GB18581-2001

它是国内溶剂型涂料

第一个VOC 限值的强制性标准

常用溶剂型涂料主要分成两大类

油基性涂料 合成树脂涂料

PPT上涂料的代号的字母

是对应的不同类型涂料的拼音首字母

下面我们来逐一介绍

第一类油基性涂料

就是以动植物油和改性树脂为基本原料

经高温熬炼到一定粘度后

加入颜填料 催干剂等

并以适当溶剂调制而成的涂料产品

其成膜机理主要是依靠成膜高分子

与空气中的氧发生氧化聚合反应

固化成膜

这种涂料主要用于建筑

维修和涂装要求不高的工程

油度是指以油和树脂

共同作为成膜物质的涂料中

油和树脂的比例或含油量

有两种表示方法

第一种方式是在油基漆

如 酯胶漆 酚醛漆中

按油与树脂的质量比例划分

短油度漆 树脂和油的比例等于1比n

其中n小于2

中油度漆中 n等于2~3

长油度漆中 n是大于3

第二种表达方式是在醇酸漆中

按油所占树脂总量的百分数来划分

其中短油度漆

含油量为树脂总量的45%以下

中油度漆 含油量为树脂总量的45-60%

长油度漆 含油量为树脂总量的60%以上

下面我们介绍常用的油基性涂料

第一个是代号为Y的油脂涂料

它是以干性油 如桐油 亚麻油 梓油等

为主要成膜物的一类涂料

其特点是易于生产 价廉 涂刷性好

涂膜柔韧性及附着力好

成膜机理是在干燥过程中虽有溶剂挥发

但主要是依靠成膜高分子之间的

氧化聚合固化成膜

也就是说它们的成膜是与空气中的氧

发生化学反应的结果

也就是植物油脂肪酸结构中的双键反应所致

干燥慢 不适宜流水作业应用

机械性能欠佳 浸水膨胀

不耐酸 碱和有机溶剂

不能打磨抛光

主要用于建筑

维修和涂装要求不高的工程

天然树脂涂料代号为T

是以干性植物油与天然树脂

主要有松香 虫胶及我国特产天然大漆

经过热炼制得的漆料

加入颜料 催干剂 溶剂等制成

可分清漆 磁漆 底漆和腻子等

具有原料易得 制造容易

价格低廉 施工方便 性能良好的特点

且其干燥性能 光泽 硬度 弹性等

都比油脂漆高

广泛用于木器

家电 工业 民用建筑 金属制品

但必须指出

其耐候性欠佳

主要是由于干性油上双键氧化聚合所致

酚醛树脂涂料 代号为F

所用的成膜剂是酚醛树脂

是酚与醛在碱性催化剂存在下

经缩聚而成一类树脂的总称

常见的是苯酚或其同系物

甲酚 二甲酚等

和其衍生物与甲醛的缩聚物

因所用原料 催化剂和生产工艺的不同

又分为多种酚醛树脂

其中低分子量酚醛树脂是水溶性的

中等分子量的可溶于有机溶剂

酚醛树脂是酚醛树脂涂料的成膜物质

用于制漆的酚醛树脂

可分别按照溶解性和改性方法进行分类

按溶解性分为醇溶性 油溶性 水溶性

醇溶性按照改性方法可分为

热塑性 热固性和松香改性

油溶性可分为纯酚醛树脂

也就是含100%的酚醛树脂

和丁醇醚化酚醛树脂为代表的其他酚醛树脂

沥青涂料 代号为L

它中的成膜剂沥青分为天然沥青

石油沥青和焦油沥青

其中焦油沥青毒性较大

天然沥青毒性最小

沥青类防水涂料不应在室内装修中使用

二 合成树脂涂料

是指以合成树脂为主要成膜物质的涂料

又叫树脂涂料

由于合成树脂独特性能

因此这类涂料具有优良的成膜性

和特定的涂膜性能等

典型代表有

醇酸树脂 代号C

是用多元醇与多元酸

及植物油 脂肪酸通过酯化聚合

而制得的一类合成树脂

例如当苯酐（邻苯二甲酸酐）：甘油：脂肪酸＝1：1：1

通过酯化聚合

可以得到一种聚合度非常高的树脂

醇酸树脂涂料

是以醇酸树脂为主要成膜物质的

一类涂料的总称

因含有多个强极性基团

例如 酯基 羧基 羟基

在金属和木材上有良好的附着力

被广泛用作各种底漆

醇酸树脂涂料属于氧化聚合型涂料的一种

按氧化聚合机理干燥成膜

可以常温干燥 也可低温烘干

烘干温度在70-80℃

且烘烤后的漆膜性能明显提高

但是这类涂料在贮存期间

要注意容器的密闭

隔绝与外界空气的接触

防止涂料表面结皮

聚酯树脂涂料 代号为Z

所用的聚酯树脂是由饱和或不饱和二元酸

和饱和的二元醇

酯化缩聚而成的一种合成树脂

可分为不饱和聚酯树脂和饱和聚酯树脂

其中不饱和聚酯树脂是指

分子主链上含有不饱和双键的聚酯

可用于高级木器漆和绝缘漆的制造

饱和聚酯树脂指当多元酸是饱和酸时

所制得的是饱和聚酯树脂

可用作增塑剂

不饱和聚酯树脂与醇酸树脂的主要区别有

醇酸树脂是用多元醇与多元酸

及植物油 脂肪酸通过酯化聚合而成

醇酸树脂的双键位于侧链上

主要依靠空气的氧化作用交联固化

氧化聚合成膜

不饱和聚酯可理解成不含油的醇酸树脂

它是利用其主链上的双键

与交联单体 如苯乙烯的双键

依靠自由基引发剂引发共聚反应

交联固化成膜

氨基树脂涂料 代号为A

氨基树脂是指含氨基化合物

与醛类 主要是甲醛 经缩聚反应而成

再以醇类改性

制得的能溶于有机溶剂的一类树脂的总称

例如丁醇改性三聚氰胺树脂

丁醇改性脲醛树脂

改性的作用是解决了氨基树脂在烃类溶剂

主要指芳香烃类

苯 甲苯 二甲苯等中的溶解性

和与其它树脂的相溶性问题

以氨基树脂及醇酸树脂

为主要成膜物质的一类涂料的总称

简称氨基漆

其成膜机理

就是主要靠氨基树脂上的羟基或丁氧基

和醇酸树脂链上的羟基

在高温烘烤时发生分子间缩聚反应

而固化成膜

使涂膜具有较好的机械性能

硬度 附着力和抗水性能

醇酸树脂在此起到增塑剂作用

该大分子的引入

使氨基树脂分子间间距拉大

滑动变得容易 漆膜韧性增强

硝基漆 代号Q 是典型的挥发型涂料

硝基漆俗称为喷漆 又称腊克漆

其组成 硝酸纤维素+合成树脂

+增塑剂+（颜料）+助剂

+混合溶剂 常见的是香蕉水

硝基漆的品种包括清漆 磁漆

底漆 腻子等配套产品

硝基漆可采用喷 浸 辊 刮等施工方法涂漆

但不宜采用静电喷涂和刷涂

可用于不适用于烘烤的构件表面涂装

如非金属基材或大型构件表面）

硝基漆的成膜机理是

成膜物质的分子结构

在干燥前后无显著的化学变化

属于物理成膜

硝基漆干燥时

应注意干燥场所的湿度

温度 通风条件等

一般的施工条件是 温度为12-25℃

相对湿度40-70%

丙烯酸树脂涂料 代号为B

丙烯酸树脂是由丙烯酸酯

和甲基丙烯酸酯

以及其他烯类单体共聚制成

用于制备涂料的丙烯酸树脂

可分热塑性 即挥发性

与热固性丙烯酸树脂 也就是交联固化性

而把所制的涂料也相应地称为

热塑性丙烯酸涂料和热固性丙烯酸涂料

丙烯酸树脂涂料

在中国是极具发展前景的一大类品种

热固性丙烯酸树脂分为两大类

第一类为“自反应性”或热固性丙烯酸树脂

第二类 为“潜反应性”

或交联剂固化丙烯酸树脂

热固性丙烯酸树脂涂料具有以下特点

保光保色性好

具有“三防”性能

即 防盐雾 防霉菌 防湿热

附着力强 坚硬 柔韧性好

被大量用作轿车面漆

环氧树脂涂料 代号为H

环氧树脂是由环氧氯丙烷

和二酚基丙烷 又称双酚A

在碱性条件下缩聚而成

环氧树脂的特性指标

主要有两个 环氧值 E和环氧当量 Q

100克环氧树脂中含有环氧基的当量

称为环氧值

含有一个当量环氧基的树脂

重量克数为环氧当量

固化剂或交联剂

是指能与可融的线型高分子化合物反应

如交联

而将其转变成

不溶不融体型高分子化合物的物质

当单包装时

固化剂可以在制备涂料时加入

然后依靠加热发生固化交联反应

当为多包装时

需要在涂装前按比例兑入涂料中

此时可室温干燥

也可低温烘烤干燥

环氧树脂的化学反应

发生在环氧基和羟基上

也就是说环氧基可以和胺

酰胺 酚类 羧基 羟基

和无机酸起化学反应

羟基可以和羟甲基 有机硅

有机钛 脂肪酸反应

常见的固化反应有以下5种

分别为 多元胺固化反应

酰胺反应 酚类反应 羧基反应 羟基反应

其中多元胺固化反应

可以室温固化

而后面这几个反应易在高温下反应

反应的核心是固化剂上的活泼H原子

转移到环氧基的O原子上

固化过程是逐步开环过程

环氧树脂涂料的性能特点具有以下几点

一 由于含羟基 醚基和活泼的环氧基

故粘合力强

二 成膜过程主要发生加成反应

交联点间距大

故机械强度高 收缩性小

三 分子主链是C—C键和醚键

故耐化学品性能优良

四 电绝缘性优良 耐候性差

双组分品种使用上不方便等特点

环氧树脂涂料组成主要包括

环氧树脂或改性环氧树脂

+增塑剂+固化剂+助剂+颜填料+溶剂

聚氨酯涂料 代号为S

聚氨基甲酸酯树脂

是指结构中含有相当数量的氨酯键

氨基甲酸酯键

重复链节的高分子化合物

简称为聚氨酯树脂或聚氨酯

聚氨酯树脂是由多异氰酸酯

和含活性氢的化合物反应而成

异氰酸酯基具有二个积累双键

非常活泼

极易与其它含活泼H原子的化合物反应

生成聚氨酯树脂

故根据组分种类和固化方式

可将聚氨酯树脂涂料分成五类

第一类是 单组分聚氨酯改性油涂料

也就是氨酯油

其固化方式是利用油脂中的双键

在空气中的氧化聚合

第二类是湿固化单组分聚氨酯涂料

固化方法是

它们与空气中的湿气作用固化成膜

第三类是封闭型单组分聚氨酯涂料

其固化方法是加热固化

四 催化固化型双组分聚氨酯涂料

其组成是以异氰酸酯预聚物为A组分

有机胺 如甲基二乙醇胺

三异丙醇胺等催化剂为B组分

分开包装

固化方式为催化剂固化成膜

第五类是羟基固化型双组分聚氨酯涂料

常用的双组分涂料中

A组分含异氰酸酯基的加成物

B组分为含羟基的聚酯 聚醚

丙烯酸树脂或环氧树脂等固化剂

固化方法是固化剂固化成膜

可室温固化 亦可低温烘烤固化

聚氨酯涂料具有以下的特点

漆膜的耐磨性能特别强

有优异的保护 装饰功能 附着力强

漆膜的柔韧性可调节

具有较全面的耐化学品性

能耐高温烘烤

也能在低温固化

易制成耐热 耐寒的不同品种

所用的溶剂

不能含有能与异氰酸酯基反应的

带活性氢的物质 如水 酸 醇等

且含杂质量要少

溶剂纯度比一般工业品要求高

采用无水二甲苯 环己酮

乙酸丁酯混合溶剂

有些品种为双包装

但施工应用较为麻烦

好 同学们

今天的内容就到这里

感谢同学们的聆听