涂料配方设计原理
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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。
涂料调色配方涂料调色配方是指根据不同的颜色需求,将基础颜料按照一定比例混合调配而成的涂料配方。
涂料调色配方的制定是为了满足用户对颜色的个性化需求,使涂料在应用过程中能够达到理想的色彩效果。
本文将从涂料调色配方的原理、常用的调色方法以及调色配方的制定步骤等方面进行介绍。
一、涂料调色配方的原理涂料调色配方的原理是基于颜色的加法混合原理。
颜色的加法混合是指将不同颜色的光线叠加在一起,形成新的颜色。
在涂料调色过程中,借鉴了颜色的加法混合原理,通过混合不同颜色的基础颜料,达到所需的最终颜色效果。
二、常用的调色方法1. 直接调色法:直接调色法是指根据经验和观察,直接在白色基础涂料中加入少量的颜料进行调色。
这种方法简单易行,适用于需要调配少量涂料的情况。
2. 试配法:试配法是通过不断试验和调整颜料的配比比例,逐渐接近所需颜色。
首先根据所需颜色的RGB数值,选择相应的基础颜料,并按比例混合,然后进行试涂和调整,直至达到理想的颜色效果。
3. 工程配色法:工程配色法是根据客户提供的样品或色卡,通过色彩分光光度计和计算机色谱仪等仪器,测定样品的颜色数值,然后根据颜色数值选择相应的基础颜料,并通过计算机软件进行配色计算,得出最终的调色配方。
三、调色配方的制定步骤1. 确定所需颜色:根据用户的需求确定所需的最终颜色效果。
2. 选择基础颜料:根据所需颜色的色彩特征,选择相应的基础颜料。
基础颜料一般包括颜料浓缩体、颜料分散体等。
3. 确定配比比例:根据所选基础颜料的特性和色彩效果,确定各基础颜料的配比比例。
配比比例的确定需要考虑颜料的浓度、透明度、色相等因素。
4. 进行试配:按照确定的配比比例,将基础颜料进行混合调配,得到试配样品。
然后进行试涂,观察样品的色彩效果,根据需要进行调整,直至达到理想的颜色效果。
5. 制定调色配方:根据最终确定的配比比例,制定调色配方。
调色配方一般包括基础颜料的配比比例、稀释剂的使用量等信息。
6. 生产批量涂料:根据调色配方,按照一定比例将基础颜料和稀释剂进行混合,生产批量涂料。
建筑涂料配色的基本原理建筑涂料的配色是涂料生产技术的一个重要组成部分,配色技术要求经验丰富,在电脑配色尚未普及时,主要靠人工配色。
如何能在较短的时间内配制出指定色卡的涂料颜色来,可以说是一项技术性很强的工作,配色技术是生产除白色涂料以外的彩色涂料的一道不可缺少的重要工序,它直接影响涂料生产的质量、销售和施工性能。
1色彩三原色色彩配制可选取三种颜色,由它们相加混合产生任意颜色,这三种颜色称为三原色。
三原色可以任意选定,但三原色中任意一种原色不能由其余两种原色相加混合得到,最常用的是红、黄、蓝三原色。
各种色彩不外乎由三个基本颜色组成,它们是相互关联的。
将其中的两个颜色等量相互调和,则形成其中间颜色,如红与黄相互调和形成桔色;蓝与黄相互调和形成绿色;红与蓝相互调和形成紫色。
若再将这6个中间颜色与相邻的颜色相互调和,又形成12个中间颜色,这样继续调和下去就形成无数不同的颜色。
由原色相互调和成的彩色称为复色。
原色或复色用白色冲淡,可得出深浅不同的颜色,如红加白配成粉红、浅红色系列。
当原色或复色中加入不同分量的黑色时,可以得到明度不同的各种色彩,如棕色、灰色、墨绿色等等。
2颜色的互补配色时要注意调色、成色和补色的关系。
在调色时,两种原色拼成一种复色,而与其对应的另一种色则为补色,补色加入复色中会使颜色变暗,因此需要注意三者的关系。
如调色为红加蓝,成色为紫,补色为黄;调色红加黄,成色为橙,补色为蓝;调色黄加蓝,成色为青绿,补色为红。
3颜色的色相调色时应注意颜色的色相,由于原色常常带有各种不同的色相,如蓝颜色有带红相蓝或绿相蓝、红颜色有带黄相红或蓝相红、黄颜色有带红相黄或绿相黄等等,所以配色时应选用正确的原色,否则配出的颜色在明度上有所下降。
通常先制备一套色卡,将每一种常用的原色浆按不同比例加入到白色中再涂刷在卡片上,看其颜色深浅变化幅度,以及加入到黑色中也涂刷在卡片上,看其明暗变化幅度。
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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.。
涂料配方中的计算涂料配方的计算是指根据涂料所需的性能要求和原材料的物理、化学性质来确定涂料的配方比例。
配方计算需要考虑的因素包括固体含量、粒度分布、流变性能、干燥时间、耐候性、附着力等。
下面将详细介绍涂料配方计算的步骤及相关原理。
一、涂料配方计算步骤:1.确定涂料性能要求:根据涂料的使用场景和所需的性能要求,如耐磨性、耐化学品性能、耐候性、装饰性能等,确定涂料的性能指标。
2.选择合适的基料:根据涂料性能要求,选择合适的基料,如树脂、溶剂、稀释剂、固化剂等。
基料的选择需要考虑原材料的成本、产地、可获得性等因素。
3.确定固体含量:根据涂料性能要求和基料性质,确定涂料中的固体含量。
固体含量指的是涂料中固态部分的质量占总质量的比例,一般用百分比表示。
4.粒度分布计算:涂料中填料和颜料的粒度分布对涂料的性能有重要影响。
根据涂料性能要求和填料、颜料的粒度分布数据,进行粒度分布的计算。
5.流变性能计算:流变性能是指涂料在力学作用下的流动性和变形性。
根据涂料性能要求和基料的流变性能数据,进行流变性能的计算。
6.干燥时间计算:干燥时间是指涂料在涂装后完全干燥所需的时间。
根据涂料性能要求和基料的干燥时间数据,进行干燥时间的计算。
7.配方比例计算:根据以上步骤得到的数据,按照一定的配方比例计算涂料中各个成分的质量。
8.进行实验验证:通过实验对涂料配方进行验证,确定涂料的性能是否满足要求,如涂料的粘度、涂膜的硬度、耐磨损等性能。
二、涂料配方计算的相关原理:1.成分的物理、化学性质:涂料中的各个成分的物理、化学性质会影响涂料的性能。
如树脂的弹性模量、粘度、玻璃化转变温度等参数会影响涂膜的硬度、粘度、耐候性等性能。
2.固体含量:涂料中的固态部分主要是树脂、填料和颜料。
固体含量的确定需要根据涂料的使用要求和成本因素进行综合考虑。
3.粒度分布:填料和颜料的粒度分布对涂料的流动性、堵塞性和光学性能等有重要影响。
粒度分布的计算需要根据涂料的性能要求和填料、颜料的物理性质进行分析。
涂料做法方案图纸要求有哪些(涂料配方的设计及分析案例)涂料是一种涂装物体表面后,经干燥形成一层薄膜,赋予物体以保护、美化或其它功能的材料。
涂料的组成包含四大组分:-成膜物质-溶剂-颜或填料-助剂一、涂料配方设计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。
成膜物质(树脂)涂料用树脂的选用主要依据树脂的结构和性能、基材的性质、使用环境和成本因素等。
主要的树脂有环氧树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂、有机硅树脂等。
1.环氧树脂含有两个或两个以上环氧基,以脂肪族、脂环族或芳香族链段为主链的高分子预聚体,目前应用的环氧树脂主要是双酚A型环氧树脂,即双酚A缩水甘油醚(DGEBA),由双酚A(DDP)与环氧氯丙烷(ECH)反应制得,结构如下:环氧树脂稳定性好,存放时间长;树脂工艺性好,能溶于多种溶剂;对各种基材有极好的粘接性;固化物有优异的耐碱性、耐水性和耐化学药品性、电绝缘性优良、机械强度高,可用作结构材料。
但耐候性差,在紫外线照射下会降解,性能下降,因此限制了其室外的使用。
2.聚氨酯树脂含有氨基甲酸酯重复链段的高分子化合物,由多异氰酸酯和多元醇通过氢转移加成聚合制得,结构如下:聚氨酯分子中有强极性氨基甲酸酯基团,大分子间存在氢键,聚合物具有高强度、耐磨、耐溶剂等特性,还可以通过改变多羟基化合物的结构和分子量,在较大范围内调节聚氨酯的性能。
聚氨酯树脂的固化温度范围宽,可以在高低温下固体,形成的漆膜附着力强,耐磨性、耐高低温性能均较好,具有良好的装饰性和防护性能,因此广泛用于家具、服饰、汽车、钢铁设备等的装饰和防护。
3.醇酸树脂由多元醇、多元酸与植物油制备的改性聚酯树脂。
长油度醇酸树脂主要用作建筑涂料;中油度醇酸树脂主要用于气干性工业涂料,也可以用作汽车的修补漆;短油度醇酸树脂主要和氨基树脂一起用作工业烤漆如金属家具等醇酸树脂还可以通过化学或与其他树脂并用,以降低成本,提高和改善产品的性能,如丙烯酸酯改性的醇酸树脂具有良好的耐候和保光性以及耐刮伤性,聚氨酯改性的醇酸树脂干燥快、硬度高、漆膜弹性好、耐磨性高、防水和耐化学品性好,主要用于室内木器清漆,有机硅链段改性的醇酸树脂具有优异的耐候、耐久、保光保色性,耐热性和抗粉化性能均有较大改善,可用于船舶漆、户外钢结构件和器具的耐久性漆和维护漆。
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2. 1 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7. 5〜8. 5.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•2. 2 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.2. 3 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. 5X + 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NeAl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钻/铈或钻/混合稀土 .2. 4 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.2. 4. 1 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.2. 4. 2 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、 烷及偏苯三酸酐一起反应合成了改性水溶性醇酸树脂 系改性水溶性醇酸树脂的干率、耐候性等性能时发现 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.2. 4. 3 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间苯二甲酸和三羟甲基丙 .Kuzma 等用多官能度体 ,在反应后期加入5 %三羟,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.2. 4. 4 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3. 1 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漆.3. 2 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.3. 3 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。