精细化学品生产工艺 第七章：涂料配方设计

涂料配方设计涂料配方一般说来，我们先根据涂料的使用要求，即涂料在工作环境下应具备的性能指标来选定基料树脂和顔料，再根据施工要求和选定的基料来确定溶剂，在此基础上再来考虑涂料的添加剂或其他助剂等，形成一个初步配方。

涂料中各组成的绝对数量和它们的相对比例对涂料的性能有很大影响。

其中只要有一个组分选择不当，涂料的性能就会变差。

乳胶涂料的顔/基比（P/B）？在乳胶涂料中，基料与顔料是重要的组成部分，在顔料和基料已经确定的情况下，涂膜的构造和物理性能基本上取决于二者之比。

所谓顔/基比是指顔料分（即顔料和填料）的质量百分数对固体树脂（不挥发分）质量百分数的质量比，通常用P/B来表示。

顔料体积浓度（PVC）在进行乳胶涂料配方设计时，往往是以质量百分数表示。

然而构成乳胶涂料的树脂、顔、填料及其他固体添加剂，它们的密度差异很大，因此它们在整个涂膜中的体积分数显着不同。

而在确定涂料干膜性能时，体积分数比质量分数更为重要。

特别是对不同配方的涂料进行性能比较试验时，其体积分数的重要性更为突出。

顔料体积浓度是涂膜中顔料的体积在涂膜总体积中所占的百分比，以PVC来表示临界顔料体积浓度（CPVC）临界顔料体积浓度是指基料聚合物正好覆盖顔料粒子表面并充满顔料粒子堆积空间时的顔料体积浓度，通常用CPVC表示P/B是设计涂料配方时起什么作用？•在研究涂料中顔料和基料间的质量关系时，只需简单的数字运算，在配方的最初设计阶段是非常实用的。

在实际应用中，按涂料的P/B来进行内用、外用乳胶涂料的分类是可行的。

通常外用型的P/B为（2.0～4.0）：1.0，较为适宜的是3.0：1.0。

而内用乳胶涂料在（4.0～7.0）：1.0范围内。

如为有光乳胶涂料，P/B往往要小于1.0。

通过P/B可以大概推知涂料的某些性能。

P/B高的配方，其性能不适于户外使用，因为外墙涂料要求有良好的耐久性及耐候性，而较少的基料不能在大量顔、填料粒子周围形成连续涂膜。

知识点1. 涂料：是指用特定的施工方法涂覆到物体表面后，经固化在物体表面后形成美观而有一定强度的连续性保护膜，或者形成具有某种特殊功能的涂膜的一类精细化工产品。

2. 颜料的组成：1）成膜物质：组成涂料的基础，又称为基料，是使涂料牢固附着于被涂物件表面上形成连续薄膜并黏结涂料中企图组分的主要物质，对涂料和涂膜的性质起决定性作用。

2）颜料：是一种微细的粉末状的有色物质，在使用过程中一般不溶于它所分散的介质，而始终以原来的晶体状态存在，因此它不能离开主要成膜物质（基料）而单独构成涂膜，称次要成膜物质。

3）助剂：也称为涂料的辅助材料组分，不能单独成膜，而是在涂料成膜后作为涂膜中的一个组分存在。

4）溶剂：是不包括无极溶剂涂料在内的各种液态涂料中所含有的，为使这些类型液态涂料完成施工过程所必需的一类组分。

3. 涂料配方设计：是指根据基材，涂装目的，涂膜性能，使用环境，施工环境等进行涂料各组分的选择并确定相对比例，并在此基础上提出合理的生产工艺，施工工艺和固化方式。

涂料配方设计的关键：根据涂层性能和环境的要求合理地选择树脂，填料，颜料，溶剂及助剂。

4. 涂料配方设计的几种形式： 1）原材料更换 2）成本降低 3）产品改进 4）新产品开发 5）新原材料的使用 6）新技术5. 聚酯树脂的性质：6. 涂料体系选择的一般性原则： 1）涂料性能——耐磨性，柔软性，保光保色性，温度范围，干燥时间，防霉性，外观，耐水耐油性，润湿性。

2）被涂物件的材质（水，混凝土，钢，塑料，存在旧涂层等）。

3）涂料赋予的基本功能——防变质，防火，温度控制，标记，外观。

4）可使用性（表面处理及涂料使用设备工具）。

5）环境因素——温度，湿度，与化学药品接触，辐射，生物问题。

6）成本7. 涂料体系选择的主要因素： 1）基材 2）环境因素 3）表面处理 4）涂料的性能因素8. 涂料中常用的助剂：脂肪烃，脂环烃，芳香烃，萜烯烃和萜类化合物，氯化烃，醇类，酮类，酯类，醇醚类，其他助剂9. 涂料中溶剂的选择： 1）涂料中溶剂的组成 2）涂料中溶剂的作用 3）涂料中溶剂选择的原则：①极性相似原则——即极性相近的物质可以互溶，可根据物质的极性，初步确定选择什么溶剂。

涂料的制作方法涂料是一种涂刷在物体表面以保护和美化物体的液体或粉末材料。

涂料的制作方法多种多样，下面将介绍几种常见的制作方法。

1. 水性涂料的制作方法水性涂料是一种使用水作为稀释剂的涂料，相比传统的溶剂型涂料，具有环保、无毒、易干燥等优点。

以下是水性涂料的制作方法：材料准备•丙烯酸乳液作为基料•起泡剂、改性剂、稀释剂等辅助材料•颜料：根据需要选择颜料种类和颜色•PH调节剂制作步骤1.将丙烯酸乳液倒入混合容器中。

2.根据比例添加相应的颜料，搅拌均匀。

3.加入适量的起泡剂、改性剂和稀释剂，继续搅拌至完全均匀。

4.添加PH调节剂，调整涂料的PH值，使之符合要求。

5.将制作好的水性涂料进行过滤，确保其质量。

2. 溶剂型涂料的制作方法溶剂型涂料是一种使用有机溶剂作为稀释剂的涂料，具有良好的附着力和耐候性。

以下是溶剂型涂料的制作方法：材料准备•有机溶剂：如醇类、酯类等•适用于溶剂型涂料的树脂•辅助材料：增稠剂、干燥剂等•颜料制作步骤1.在混合容器中，将适量的树脂和有机溶剂混合。

2.搅拌均匀后，加入适量的增稠剂，调整涂料的粘度。

3.根据需要，添加颜料调色，搅拌均匀。

4.最后加入干燥剂，以提高涂料的干燥速度。

5.将制作好的溶剂型涂料进行过滤，确保其质量。

3. 粉末涂料的制作方法粉末涂料是一种以固体粉末状物质作为涂料的涂料，其特点是干燥快、色彩丰富、附着力强。

以下是粉末涂料的制作方法：材料准备•合适的树脂粉末•颜料•辅助材料：流平剂、增稠剂等制作步骤1.将树脂粉末放入混合容器中。

2.根据需要，添加颜料进行调色。

3.添加适量的流平剂和增稠剂，以调整粉末涂料的流动性和粘度。

4.将混合均匀的粉末涂料进行过筛，以去除颗粒和杂质。

5.将制作好的粉末涂料进行包装，以防止其吸潮。

4. UV固化涂料的制作方法UV固化涂料是一种利用紫外线照射后迅速固化的涂料，具有优异的硬度、耐磨性和耐化学品性能。

以下是UV固化涂料的制作方法：材料准备•光敏固化剂：如光敏单体、光敏引发剂等•辅助材料：流平剂、增稠剂等•颜料制作步骤1.在混合容器中，将光敏固化剂和辅助材料进行混合。

涂料配方设计原理 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】水溶性醇酸树脂综述1概述醇酸树脂是美国通用电气公司Kienle于1927年提出的,它是以多元醇、多元酸以及脂肪酸为主要原料,通过缩聚反应而制得的一种聚合物.由于合成技术成熟、原料易得、树脂涂膜综合性能好,醇酸树脂已成为合成树脂中用量最大、用途最广的品种之一.但是,同其它溶剂型涂料一样,传统的醇酸树脂涂料含有大量溶剂(质量比大于40%),在生产施工过程中会严重危害环境和操作人员的身体健康.近年来,世界各国环保法规日益严格,传统的溶剂型涂料受到越来越大的挑战,涂料的水性化、高固体化趋势日益明晰.水溶性涂料是在成膜聚合物中引进亲水的或水可增溶的基团,使其成为可以水为溶解介质的一种涂料,它是20世纪60年代发展起来的一类新型的低污染、省能源、省资源涂料.由于其优点明显,涂料水溶性的研究应用已引起了广泛的关注并取得了重要进展.水溶性醇酸树脂涂料是新的发展趋势,得到了大量的研究开发.2 水溶性醇酸树脂涂料的研究现状合成树脂的原料用于合成醇酸树脂的原料有:植物油或脂肪酸、多元醇、多元酸、共溶剂和中和剂等.各种原料的作用不同,对水溶性醇酸树脂性能的影响也不同.植物油或脂肪酸合成醇酸树脂常用的植物油有豆油、亚麻油、红花油、(氢化或脱水)蓖麻油、葵花籽油、桐油、椰子油等.其中蓖麻油、氢化蓖麻油合成的醇酸树脂水溶性最好,椰子油次之,脱水蓖麻油、豆油、亚麻油较差.多元醇常用于合成醇酸树脂的多元醇有甘油、季戊四醇和三羟甲基丙烷.由甘油制备的醇酸树脂水溶性、干率和树脂的稳定性较差.季戊四醇反应较甘油活泼,一般与二元醇或三元醇配合使用,使用时要遵循“多元醇摩尔数大于多元酸摩尔数”的规则.三羟甲基丙烷形成的树脂的水解稳定性较甘油或季戊四醇形成的醇酸树脂有明显提高.多元酸常用于合成醇酸树脂的多元酸有邻苯二甲酸或其酸酐(苯酐)、间苯二甲酸、己二酸、马来酸、偏苯三酸等.苯酐价格便宜,酯化反应温度低,反应平稳易控制,但它容易形成半酯使树脂相对分子量降低,进而导致涂膜干燥时间延长,硬度降低.采用间苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐或不饱和二元顺酐代替部分苯酐可使以上某些缺陷得以弥补.中和剂中和剂是将阴离子树脂中的羧酸中和成可溶性盐的试剂,是水溶性醇酸树脂制备过程中必不可少的成分.中和剂的碱性强度、胺的相对分子质量、在水中的溶解度、挥发速度等能明显影响树脂的水溶性、稳定性、粘度、固化速度及涂膜的泛黄性.在具体使用时,通常应综合考虑以下几个因素:(1)挥发性好;(2)价格便宜,气味小;(3)对树脂的稳定性好.常用的中和剂有氨、氢氧化钾、三乙胺.其中三乙胺在常温下挥发速度适宜,其助溶效果比氨水和氢氧化钾都好,此外,三乙胺不会使聚酯产生胺解反应,提高了树脂的稳定性,是较为理想的中和剂.中和剂的用量应由pH值确定,一般控制在pH为～.共溶剂共溶剂(也称助溶剂)的作用是增加树脂在水中的溶解度,调节树脂的粘度,提高树脂的稳定性,改善树脂漆膜的流平性和外观.助溶剂的选择主要考虑助溶剂的偶合能力、蒸发速度及其降解效应.常用的助溶剂有正丁醇、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚等.醇酸树脂的水性化研究要使醇酸树脂具有水溶性,最重要的是将树脂制成离子型聚合物.使醇酸树脂水性化的方法有:成盐法该法通过将聚合物中的羧基或氨基分别用适当的碱或酸中和,将聚合物主链转变成阳离子或阴离子,使聚合物溶于水.在聚合物中引入非离子基团法该法在醇酸树脂中加入含羟基或醚基的聚合物作为活性稀释剂,使树脂自行乳化于水中.将聚合物变成两性离子中间体法该法通过合成两性离子型共聚物而得到一种无胺或无甲醛逸出的新型水溶性涂料体系.干燥机理研究醇酸树脂的干燥一般遵循自氧化干燥机理:首先不饱和双键吸收氧气形成氢过氧化物,然后氢过氧化物分解生成烷基自由基,通过自由基的聚合增大树脂相对分子质量,形成最终涂膜.自氧化干燥的关键步骤是不饱和树脂与氧反应生成氢过氧化物.水溶性醇酸树脂与溶剂型醇酸树脂具有相同的干燥机理,但水溶性醇酸树脂因为制备过程和所含成分的不同其干燥过程又有自己的特点.水溶性醇酸树脂的干燥速率一般比相应的溶剂型醇酸树脂的干燥速率小,美国堪萨斯市涂料协会研究比较了以同类醇酸为基料配制的水稀释涂料和溶剂型涂料,用数据作曲线导出了两者间的干性通式:Y=+1(其中,Y是水稀释醇酸的干燥时间,X是溶剂型醇酸的干燥时间,h表示时间).主要原因是氧在水中比在一般溶剂中溶解度小,加上单态氧在水中的活泼期极短,致使醇酸吸氧较慢导致水稀释醇酸的干燥时间慢.而且,树脂种类、金属催干剂的含量和种类、施工环境的湿度、温度和溶剂组成、贮存时间、温度、颜填料种类也会影响涂膜干燥性能.很多涂料在成膜时的干燥效果并不理想,需要使用催干剂,催干剂就是自氧化干燥过程的催化剂.水溶性醇酸树脂的催干剂的选择和使用与溶剂型醇酸树脂不同,所用的催干剂要能水溶,且常要在中和树脂之前,将催干剂分散到树脂中或加入合适的分散剂与中和剂配合使用,使催干剂稳定分散到水溶性体系中.目前研究较多的是将催干促进剂如二吡啶基化合物与新型聚合型催干剂如Ne、Al 和Ba联合使用,也可用稀土化合物作催干剂.孙曰圣等人对各种稀土离子作了筛选研究,最终推荐了一种新的催干剂体系即钴/铈或钴/混合稀土.改性方法研究水稀释醇酸树脂的相对分子质量比相应的溶剂型树脂的相对分子质量低,涂膜干燥缓慢、硬度低、耐水性差、耐腐蚀性差,气干型醇酸树脂受日光照射易变黄、户外耐候性不佳.为了提高水溶性醇酸树脂的性能,有必要对醇酸树脂进行改性.醇酸树脂分子具有极性主链和非极性侧链,使其能够和许多树脂及化合物较好的混溶,为醇酸树脂进行各种物理改性创造了条件;醇酸树脂分子上具有羟基、羧基和双键等反应性基团,可以通过化学合成的途径引入其它分子,是化学改性醇酸树脂的基础.因此,可用多种途径对醇酸树脂进行改性.苯乙烯改性苯乙烯改性醇酸树脂涂料具备三大特点:粘接力强、耐水性好、干燥速度快.苯乙烯改性醇酸树脂的基本方法有双键共聚法、官能化苯乙烯改性法及偶氮酯自引发聚合法.双键共聚法双键共聚法是苯乙烯与含共轭双键的植物油、脂肪酸或醇酸树脂发生共聚反应的方法.由于它是由未改性的醇酸树脂、苯乙烯均聚物和苯乙烯接枝共聚物三者混合而成,树脂组分不均匀,故还存在与其它树脂的相容性较差,贮存稳定性差等不足.为了得到优良的苯乙烯共聚产品,大量的研究者对共聚反应的工艺和原料进行了改进.Qu等人利用苯乙烯共聚改性的顺酐醇酸树脂提高了普通苯乙烯改性醇酸树脂的耐溶剂性能、贮存稳定性等性能,拓宽了原料的选择范围,降低了改性树脂的成本,扩大了改性树脂涂料的应用领域.官能化苯乙烯改性法官能化聚苯乙烯改性醇酸树脂是指在聚苯乙烯分子上引入具有反应活性的基团,将聚苯乙烯链引入到醇酸分子上.官能化苯乙烯改性醇酸树脂的优点有:(1)原料油或脂肪酸在选择上有较大的自由度,可以不用含有共轭双键的油或脂肪酸;(2)可以在醇酸树脂分子中引入最大限度的聚苯乙烯链段,而不影响树脂体系的透明性;(3)树脂组分均匀,树脂涂膜的耐酸、碱、盐及耐溶剂性能优异;(4)拓宽了改性醇酸树脂的原料选择途径.偶氮酯自引发聚合法偶氮酯自引发聚合是将含有偶氮基的小分子物质与植物油的醇解物或高羟值醇酸树脂即多元醇的羟基反应,生成聚偶氮酯,然后利用聚偶氮酯的热分解产生自由基,引发苯乙烯聚合得到醇酸树脂分子上含有聚苯乙烯的共聚物.偶氮酯自引发聚合工艺的优点如下:可以在无共轭双键油、脂肪酸或氧化油的存在下将醇酸树脂苯乙烯化;反应不需任何引发剂或催化剂;接枝活性点在多元醇分子骨架上,避免产生大量的聚苯乙烯均聚物.但该法工艺耗时长(20h左右)且苯乙烯的转化率低(60%～75%),因此工业化生产有一定的限制.丙烯酸改性丙烯酸改性醇酸树脂的方法有:冷混拼用法、双键共聚法和利用两个组分基团间的反应.冷混拼用就是用聚丙烯酸酯与醇酸树脂通过物理方法混溶以提高醇酸树脂物理化学性能的方法.Bakule用该法制备出了物理化学性能较好的涂膜,并能满足低VOC含量的要求.双键共聚法就是丙烯酸类单体与含有双键和共轭双键的醇酸树脂的共聚.该法改性后的醇酸树脂涂膜的耐水性、耐碱性、耐久性、耐候性、干率和硬度均有较大提高.但是该共聚物体系中会残留部分未反应的丙烯酸单体,这会导致贮存稳定性下降,耐溶剂性差等不足.通过调整工艺和配方,改变引发剂种类、添加链转移剂能使这些弊病得到一定程度的克服.利用两个组分基团间的反应有三种方法,即保留双键法、单甘油酯法和脂肪酸法.Levine将反应性丙烯酸树脂与干性油脂肪酸、间苯二甲酸和三羟甲基丙烷及偏苯三酸酐一起反应合成了改性水溶性醇酸树脂.Kuzma等用多官能度体系改性水溶性醇酸树脂的干率、耐候性等性能时发现,在反应后期加入5%三羟甲基丙烷三丙烯酸酯可提高水溶性醇酸树脂的性能.从总体上看,丙烯酸改性醇酸树脂比苯乙烯改性醇酸树脂具有更好的耐候性、保光性以及耐刮伤性.因而,对醇酸树脂的丙烯酸改性是一个很有发展前景的研究领域.有机硅改性有机硅改性醇酸树脂有物理法和化学法两种方法.物理法虽然通过简单的混合便大大改进了醇酸树脂的耐候性,但仍有一定的缺陷,故此法已被淘汰.化学法是将有机硅中间体与三羟甲基丙烷、间苯二甲酸和脂肪酸一起反应得到一种含羟基的预聚物,然后与偏苯三酸酐反应再进行水性化而得到的聚合物.通过化学方法改性的水性醇酸树脂涂料具有与水溶性醇酸树脂类似的施工性能,而且其干燥性能、耐候性(10年以上)、耐久性、耐热性、抗粉化性和耐水解性都得到改善,并且还显示出优良的外观和耐水性.其他改性方法其他的改性方法还有聚氨酯改性、纳米材料改性、环氧树脂改性、硝基纤维素改性、氯化橡胶改性等.Chen等将自制的粒径较小的纳米氧化物用于改性醇酸树脂涂料,结果发现纳米醇酸树脂涂料的抗菌性能和耐酸耐碱性能均优于普通的醇酸树脂涂料.Rokicki等人采用单烯丙基甘油醚改性的醇酸树脂综合性能优良,Knox采用顺酐化脂肪酸合成水溶性醇酸树脂,较传统偏苯三酸酐醇酸树脂大大提高了综合性能.3 水溶性醇酸树脂涂料的应用铁道车辆近二十年来,铁道车辆用涂料及涂装经历了几次变化,涂料档次和涂装工艺水平有较大的提高.涂料品种中的底漆由酚醛、醇酸铁红或磁化铁防锈漆改为环氧酯磷酸锌或铬酸锌底漆,腻子由酯胶、石膏腻子逐步改为环氧酯或不饱和聚酯腻子,面漆则由丙烯酸改性醇酸、脂肪族聚氨酯替代了普通醇酸漆.汽车工业汽车涂料产量占涂料总产量的15%～20%,在涂料工业中占有举足轻重的地位.汽车涂料主要包括底漆、中涂漆和面漆.在我国,水溶性醇酸树脂涂料早已在阳极电泳底漆中得到应用,但还需要得到进一步发展,在中涂漆和面漆中的应用也需要做进一步的研究.国外车身涂料底漆用的主要漆基就包括各种改性的醇酸树脂、环氧树脂等优质的水溶性树脂.船舶工业钢铁船舶保护的最主要方法是涂装,船舶涂料按使用部位的不同分为水上部位涂料、水线区涂料和水上部位涂料.醇酸树脂涂料一直是水上部位的主用涂料,而且已经实现水性化.在所有船舶涂料品种中,醇酸防锈漆和醇酸船壳漆也一直是近20年来我国海洋船舶的主流品种,美国海军则以有机硅改性醇酸为主.另外,苯乙烯改性涂膜由于具有较好的耐水性一直是我国内河船舶漆首选产品.建筑领域醇酸树脂涂料在建筑领域应用历史悠久,需求量巨大,当使用水溶性醇酸树脂涂料时可具有与树脂相同或更好的涂装效果.但是目前国内的内、外墙涂料以中低档水性涂料为主,在高档产品的研发和市场推广方面显得力不从心.丙烯酸醇酸涂料光泽度高,实干时间(6～8h)较短、保色保光性优于传统醇酸树脂,并且涂膜性能良好,易刷涂施工,是目前国内最佳的民用漆品种.4 水溶性醇酸树脂研究的发展趋势与其它种类树脂漆相比,水溶性醇酸树脂的优势在于使用大量的植物油或脂肪酸,对石油产品的依赖性较小,以空气/氧气方式固化,从而使得树脂固化成本较低,且其涂膜的水蒸气透过率较低,具有良好的防潮性能.尽管我国醇酸树脂工业已有相当规模,其水性化研究也已有一定规模,但与发达国家相比仍有很大差距,主要是产量有限,应用普及程度不高,技术水平较低,人均消费量极低,而且,我国水溶性醇酸树脂涂料品种较少,产品性能较差,许多特种原料、助剂、半成品、最终制品还需进口.在国外涂料企业纷纷步入中国市场的今天,国内同行只有大力开发具有自主知识产权的高性能涂料才能赶超世界先进水平.水溶性醇酸树脂继承了传统醇酸树脂的优点,而且可以通过改性来获得良好的耐候性、耐水性、耐腐蚀性等性能,同时,以醇酸树脂作为水性涂料,大大降低了VOC含量,顺应了环保要求,其市场前景广阔.。

课程设计涂料的配方设计一、教学目标本节课的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。

知识目标要求学生掌握涂料的基本成分、配制原理和性能指标。

技能目标要求学生能够运用所学知识进行涂料的配方设计，并能够进行简单的涂料性能测试。

情感态度价值观目标要求学生培养对涂料行业的兴趣，增强环保意识，认识到涂料质量对人类生活的重要性。

二、教学内容本节课的教学内容主要包括涂料的基本成分、配制原理、性能指标和配方设计方法。

首先，介绍涂料的基本成分，包括树脂、颜料、溶剂和助剂等，并讲解各种成分的作用。

然后，讲解涂料的配制原理，包括涂料的分散、稳定和干燥等过程。

接着，介绍涂料的性能指标，如附着力、硬度、耐磨性等，并讲解如何进行性能测试。

最后，介绍涂料的配方设计方法，包括根据需求选择合适的树脂、颜料、溶剂和助剂等，并进行配方优化。

三、教学方法本节课采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。

首先，通过讲授法向学生传授涂料的基本知识和原理。

然后，通过讨论法引导学生进行思考和交流，提高学生对涂料配方的理解。

接着，通过案例分析法让学生分析实际案例，提高学生解决实际问题的能力。

最后，通过实验法让学生亲自动手进行涂料配制和性能测试，增强学生的实践能力。

四、教学资源本节课的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备等。

教材和参考书用于提供涂料的基本知识和原理，多媒体资料用于展示涂料的配制过程和性能测试结果，实验设备用于进行涂料配制和性能测试。

此外，还可以利用网络资源，如涂料行业新闻、论文等，为学生提供更多相关信息。

五、教学评估本节课的教学评估方式包括平时表现、作业和考试等。

平时表现评估学生的出勤、课堂参与度和团队合作表现。

作业评估学生的学习成果和理解能力，要求学生完成涂料配方设计报告和性能测试分析。

考试评估学生的综合理解和应用能力，包括选择题、填空题和解答题等形式。

评估方式应客观、公正，能够全面反映学生的学习成果。

工业化学中的涂料配方设计与优化在工业化学中，涂料配方设计与优化是一个非常重要的领域。

涂料是一种广泛应用于建筑、汽车、船舶等诸多领域中的化学制品，其性能直接关系到涂装表面的质量和使用寿命。

因此，如何设计一组性能优异、成本低廉的涂料配方，是工业化学领域中的一大难题。

本文将从涂料配方的组成、性能指标、配方设计和优化等方面对此进行探讨。

涂料配方的组成涂料配方一般由溶剂、树脂、填料、助剂和颜料等组成。

其中，溶剂是用来将其他成分溶解或分散的介质，通常使用有机溶剂，如酮类、醇类等。

树脂是涂料中最重要的成分之一，它负责涂料的粘附力和耐久性。

填料则主要用来增加涂膜的硬度、强度和耐磨性等，常见的填料有氧化铝、硅酸钙等。

助剂则是用来调节涂料的流变性、粘度等性能的物质。

颜料则是用来赋予涂料颜色和外观的材料。

性能指标涂料的性能指标包括干燥速度、附着力、硬度、耐化学性、耐候性、耐热性、耐磨性和美观度等。

其中，附着力是指涂膜与基材之间的牢度程度；硬度则直接关系到抗刮擦、抗磨损的能力；耐化学性是指涂料在化学药品侵蚀下的耐受性；耐热性则是指涂料在高温下的不变形和不变色性能；耐候性是指涂料在阳光、风雨、冰雪等严峻气候条件下的耐受性；美观度则是一种主观指标，通常包括颜色、光泽和表面平整等。

配方设计与优化涂料配方的设计和优化是一个极其复杂的过程，通常需要进行大量的试验和分析。

涂料的配方设计必须考虑各种性能指标的平衡，以达到最佳的性能和成本效益。

具体优化过程中，除了需要考虑成分配比外，还需要考虑制备工艺、施工条件等因素对产品性能的影响。

在涂料配方设计中，先要确定涂料的用途和性能指标，并选择合适的树脂、填料、助剂和颜料等成分。

然后进行成分的优化配比和配方的初步设计。

随后，通过原料的选用和混合、过滤、分散、稳定化等工艺参数的优化，得到最终的成品。

最后，对涂膜进行检测，以确定涂料是否达到标准。

在涂料配方优化过程中，往往需要借助统计分析方法，以便在产品性能指标间建立数学模型。

涂料的配方设计与性能优化涂料，作为一种广泛应用于建筑、工业、汽车等领域的材料，其性能的优劣直接影响着产品的质量和使用寿命。

而涂料的性能很大程度上取决于其配方的设计。

一个合理的涂料配方不仅能够满足特定的使用要求，还能在成本、环保等方面达到较好的平衡。

涂料的主要组成成分包括成膜物质、颜料、溶剂和助剂。

成膜物质是涂料的基础，它决定了涂料的基本性能，如附着力、硬度、柔韧性等。

常见的成膜物质有树脂，如醇酸树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂等。

颜料则赋予涂料颜色和遮盖力，同时还能提高涂料的耐久性和防腐性能。

溶剂的作用是溶解或分散成膜物质和颜料，使其形成均匀的液体涂料，便于施工。

助剂虽然在涂料中的用量较少，但却能显著改善涂料的性能，如流平剂能使涂料在施工后表面更加平整光滑，消泡剂能消除涂料在生产和施工过程中产生的气泡。

在进行涂料配方设计时，首先要明确涂料的使用环境和性能要求。

例如，如果是用于户外的涂料，就需要具备良好的耐候性和耐腐蚀性；如果是用于家具表面的涂料，就需要有较高的光泽度和耐磨性。

根据这些要求，选择合适的成膜物质、颜料、溶剂和助剂。

成膜物质的选择是关键的一步。

不同的成膜物质具有不同的性能特点。

醇酸树脂具有良好的丰满度和光泽度，但耐候性较差；丙烯酸树脂则具有较好的耐候性和保色性；环氧树脂具有优异的附着力和耐化学腐蚀性。

在选择成膜物质时，需要综合考虑涂料的性能要求和成本。

颜料的选择要考虑颜色、遮盖力、耐光性和耐候性等因素。

无机颜料通常具有较好的耐候性和耐化学腐蚀性，如钛白粉、氧化铁红等；有机颜料颜色鲜艳，但耐候性相对较差。

为了达到良好的遮盖力和颜色效果，常常需要将不同类型的颜料进行搭配使用。

溶剂的选择要考虑其对成膜物质和颜料的溶解性、挥发性以及环保性。

挥发性有机化合物（VOC）含量过高的溶剂会对环境造成污染，因此在配方设计中应尽量减少 VOC 的使用，选择环保型溶剂或水性溶剂。

助剂的选择要根据具体的需求来确定。

《精细化工工艺学》教案2006~2007学年第二学期课程代码：课程名称：精细化工工艺学/ Fine Chemistry Technology学时/学分：48学时/3学分先修课程：有机化学、高分子化学、高分子物理、物理化学、化工原理专业：化学工程与工艺开课部门：班级：教师：单位：邮编：电话：Email：本课程的授课对象是化学工程与工艺专业的本科学生。

精细化工工艺课程是工科高等学校化学工程与工艺（精细化工）专业的一门专业课程。

精细化工工艺学是指从初级原料到精细化工产品的加工方法和过程。

其方法和过程可以采用化学反应，也可采用复配技术。

本课程重点讲述食品添加剂、胶粘剂、涂料、油墨、部分日化产品等的原料、合成原理、工艺过程、主要操作技术和产品的性能、用途等。

为学生毕业后从事精细化工产品的生产和新品种的开发奠定必要的理论和技术基础。

第一章绪论（2学时）教学内容1.1 精细化工的分类和特点1.2 精细化学品在国民经济中的作用和发展趋势1.3 精细化工工艺学的内涵1.4 精细化工工艺学基础教学要求：了解本课程研究的对象、内容及其在培养材料专业工程技术人才中的地位、作用；了解精细化工的形成与发展。

掌握精细化工定义、分类与特点。

重点：精细化工分类、特点及精细化工工艺学的内涵。

《精细化工工艺学》教案第一章绪论第二章合成材料助剂（4学时）2.1 概论2.2 增塑剂2.3 阻燃剂2.4 抗氧剂2.5 热稳定剂2.6 发泡剂2.7 抗静电剂2.8 其它合成材料加工助剂教学要求：了解合成材料助剂的主要品种及应用特点。

重点：增塑剂、阻燃剂、抗氧剂、热稳定剂、发泡剂的主要品种及应用特点。

《精细化工工艺学》教案第二章合成材料助剂教学内容及参考学时（3）第3章食品添加剂及保健食品（4学时）教学内容3.1 分类3.2 食品添加剂的一般要求与安全使用3.3 防腐剂3.4 抗氧化剂3.5 乳化剂和增稠剂3.6 调味剂和香味剂3.7 香精和香料3.8 食用色素3.9 营养强化剂3.10 其它食品添加剂3.11 保健食品及功能食品教学要求：了解食品添加剂的主要品种及使用特点。

涂料配方技术概述涂料是一种广泛应用于建筑、汽车、船舶等领域的涂饰材料，它能够保护和美化被涂饰物体的表面。

涂料的配方技术是指确定涂料所需原材料组成和配比的过程，涉及到多个因素，如涂料性能要求、工艺条件、成本考虑等。

本文将从涂料的基本原理、涂料配方的关键要素和配方优化等方面进行探讨。

涂料的基本原理涂料主要由树脂、颜料、溶剂和辅助剂组成。

树脂是涂料的基础，它能够形成涂膜并提供涂层的力学和化学性能。

颜料赋予涂料颜色和遮盖力，能够保护被涂饰物体免受紫外线和化学腐蚀的侵害。

溶剂用于调整涂料的流变性和干燥速度，以及促进树脂和颜料的分散混合。

辅助剂用于改善涂料的工艺性能和特殊功能。

涂料配方的关键要素1. 涂料性能要求涂料的性能要求包括物理性能、机械性能、化学性能等多个方面。

物理性能包括粘度、流动性、耐候性等，机械性能包括硬度、耐磨性、粘附力等，化学性能包括耐腐蚀性、耐溶剂性等。

在确定涂料配方时，需根据不同应用场景的具体要求进行选择和调整。

2. 原材料的选择和使用涂料的原材料选择和使用对涂料性能和成本起着至关重要的作用。

树脂的选择应考虑其固化性能、耐候性能和成本等因素；颜料的选择应根据所需颜色和遮盖力进行合理配比，并考虑颜料的耐候性和价格等；溶剂的选择应考虑其挥发性、毒性和环保性等；辅助剂的选择应根据特殊功能需求进行，如增稠剂、防沉剂等。

3. 配方优化在涂料配方中，通过调整原材料的配比和添加特定的辅助剂，可以改善涂料的性能和工艺性能。

配方优化需要考虑多个因素的综合影响，例如调整树脂和颜料的比例可以改善涂料的遮盖力和硬度；添加增稠剂可以调整涂料的流变性，提高涂层的涂覆性能；添加防沉剂可以提高颜料的分散性，避免颜料沉淀等。

制定涂料配方的步骤1. 确定涂料性能要求首先需要明确涂料所需的物理性能、机械性能和化学性能等方面的要求。

这些要求可以根据涂料应用场景和需求进行确定，如室内墙面涂料需要具备较好的耐磨性和耐污染性。

2. 选择和评估原材料根据涂料性能要求，选择合适的树脂、颜料、溶剂和辅助剂。

涂料配方设计的基本方法目前很多涂料工程师没有接受过规范训练，在设计配方和实验步骤中，存在很多问题，往往一场实验做下来，缺少了很多环节，导致试验失真、实验数据不全、配方不准确等等问题产生。

我把在实验工作中对部下和徒弟的要求整理发表，欢迎各位工程师提意见和讨论，以期让大家都明白配方设计的实验规范和要求。

一、涂料实验的基本要求。

涂料技术实验是什么？！扎实的基础知识；清晰、精细、准确的配方体系核算；精细的实验操作---看似粗放繁琐，实则准确计量每一实验环节（搅拌、研磨、调制、溶剂损失补偿核算），准确操作每一个实验步骤，细心观察每一个环节；实验数据和检测数据的分析汇总；实验室配方和工艺指导配方的转换。

OK，你是一名合格的工程师！1.扎实的基础知识包括：树脂性能和指标分析；颜料的制造原理、选择方法和遮盖力计算；填料的制造原理、性能选择和搭配原则；助剂的原理、分类、功能和在体系内的优缺点分析；溶剂的分类选择原理、混合使用原则、挥发梯度设计原则。

2.配方体系核算：对配方中每一原材料使用量要有依据，对每一原材料要找出对应关系，如树脂与固化剂（或催干剂）的对应比例，分散助剂与颜填料粒径的对应关系，表面助剂与溶剂挥发速度的协调关系，理论量和实际增减原则，增加或减少单一原材料对配方比例的影响，配方放大和缩小要按照对应关系作为计算依据。

3.实验环节：配制实验混合溶剂，搅拌、研磨、调制环节要计量树脂和溶剂损失（沾罐壁、沾搅拌杆、沾研磨珠、挥发、洗涤等）并对配方进行调整修正，前期助剂量不计入实验配方重量，所有数据在体系内核算。

成品在粘度范围内制板，稀释剂则另外计量。

4.实验、检测数据分析汇总：实验试样个数遵循369单数原则，备好马口铁、玻璃板、钢板（复检厚度）等检验板材（打磨、洗涤、干燥），漆膜厚误差须小于3微米，同组检验数据差别过大（大于15%）须重做，按列表整理数据，平均数为结论数据，原始数据留存。

5.实验室配方和工艺指导配方的转换：将实验结论核算为标准配方（100.00%），按实际研磨工艺（高速搅拌、球磨、砂磨、篮磨、辊磨）设计调浆比例（颜基比）和研磨浆料，留足研磨所需溶剂量，调制粘度的溶剂量范围。

涂装处理中的涂料配方设计技术涂料配方设计技术是涂装处理中不可忽视的关键环节之一。

涂料的成分、含量及其组合方式会直接影响涂层的性能特点，从而影响整个涂装过程。

涂料的基础成分有溶剂、固体分、助剂等。

它们分别负责不同的作用，如溶剂可以溶解固体分使之涂布，助剂可以改变涂膜的表面性质等。

在制定涂料配方的时候，需要根据具体的需求和要求进行配比和组合。

涂料的类型也有多种，如丙烯酸酯、醇酸树脂、硅树脂、环氧树脂、聚氨酯等。

每种涂料都具有不同的特性，需要通过配方设计实现优化。

比如，丙烯酸酯涂料具有良好的附着力和耐候性，适用于室内外多种基材的涂装，但其强度、硬度不高，需要根据涂装对象的要求进行配制。

在涂料配方的设计过程中，第一步是进行实验室的初步筛选。

将需要的成分按照一定的质量比例混合，然后进行物理压片、涂画反应板等实验，观察其性能特点和涂膜的质量。

如果满足要求，通过实验室小试后再进行中试和批量生产。

涂料配方设计的优化也需要看具体情况。

比如在耐磨性方面，可以添加颗粒填料、改变交联剂的类型等；在抗氧化方面，可以添加UV吸收剂、抗氧化剂等。

涂料配方的优化需要根据涂装对象和使用环境考虑。

比如对于汽车的涂装，需要考虑其防腐、耐磨、抗热等特性。

涂装处理中的涂料配方设计技术也在不断发展。

近年来，随着环保意识的不断提高，无溶剂、低VOC的涂料备受青睐。

同时，涂料的智能化也成为发展趋势，如通过添加电子元件实现涂膜电路化等。

涂料的配方设计最终的目的是为了满足涂装对象的要求和环保标准，并提升涂层的耐久度和美观度。

总之，涂料配方设计技术在涂装处理中的重要性不言而喻。

通过合理的配方设计，可以实现涂膜的优化，并提升整个涂装过程的效率和质量。

涂料配方设计及应用研究涂料是以溶剂、树脂及添加剂为基础原料进行混合/反应等一系列工艺处理后形成的一种涂料材料，是制造各种建筑涂料、木器涂料、汽车漆、地坪涂料等的基础材料之一。

涂料的性能影响着生产、加工、使用和维护等方面，具有极其重要的作用。

涂料的配方设计是涂料生产过程中最为关键的一环，要根据使用环境和对涂层的要求，合理地选择材料和配比。

以下将对涂料配方设计进行详细阐述。

1. 涂料的配方设计原则涂料配方设计需要考虑到以下几个方面：1.1 各种材料的相容性涂料制造的中间原料一般来自不同的生产厂家，因此涂料的制备需要将各种原材料的特性和性能加以考虑，只有考虑得到位，涂料才能达到理想的质量、性能和效果。

1.2 合理选材和合理配比涂料配方设计有利于选择中间原材料和添加剂，以及确定相应的数量。

合理的材料使用可以最大程度保证涂料的性能，避免过多浪费和成本浪费。

1.3 细心斟酌细节涂料配方设计需要充分细致，并仔细考虑每个工艺步骤，以便制成高质量的涂料产品。

2. 涂料配方设计步骤涂料的配方设计主要包含以下步骤：2.1 选择基本原料根据涂层性能要求，选用合适的树脂、溶剂及其他材料，先确定最优的品种和生产厂家。

2.2 特性评估对所选材料，根据需要进行原材料的评估，以确定合理的使用途径，例如对干燥速度、涂层附着力、耐磨性、抗腐蚀性、耐温性、耐紫外线能力等进行测试。

2.3 配方设计根据涂层性能要求，充分利用各种原材料的优点，用专业的软件进行计算推荐，确定最优的配比方案，并开展实验室和生产线的小批量生产和调整，使各项性能达到最佳。

2.4 无污染生产要求整个生产过程不出现任何污染物，采用绿色方法制造优质涂料，以满足环保要求。

3. 涂料配方设计的应用研究及前景展望涂料配方设计能够有效提高涂料的质量和性能，使涂层在各种条件下都能有很好的保护和美化作用，大幅降低涂料生产与消耗的成本，同时提高了涂料商品的市场竞争力。

涂料配方设计是涂料生产的重要步骤，一旦设计不当，很难在使用过程中达到优异的性能表现。

涂料配料工艺流程
一、配料前准备
1.确定涂料配方
2.准备所需原材料
3.清洁配料容器和工具
二、原材料配料
1.称量原材料
（1）确定称量比例
（2）使用精准称重设备
2.混合原材料
（1）使用搅拌设备
（2）控制搅拌时间和速度
三、添加助剂和溶剂
1.确定助剂种类和用量
2.按配方添加助剂
3.加入溶剂并混合
四、调整涂料性能
1.测试涂料性能
2.根据测试结果调整配方
3.继续混合直至达到要求性能
五、过滤与存储
1.过滤混合液
2.储存涂料
3.标识涂料类型和批次信息
六、质量控制
1.抽样检验涂料
2.进行质量检测
3.记录检测结果和处理异常情况
七、成品包装
1.准备包装容器
2.填充涂料
3.封装并贴上标签
八、清洁与保养
1.清洁配料设备和容器
2.检查设备状态
3.定期维护设备。