涂料工艺学1

§1-1涂料的基本概念•1.涂料（paint）的概念：•涂料，也就是我们常说的油漆及水性漆的总称。现代社会中，几乎所有行业的产品或设备都离不开涂料的装饰和保护。•涂料定义如下：•能涂布于物体表面，通过物理或化学变化能形成一层坚韧的、连续的薄膜牢固的附着于物体表面的通用材料。形成的固体薄膜叫涂膜(coating)。•解析含义•涂料是一种工程材料，是一种涂敷于其它物体表面形成涂膜的材料，需经过生产和涂装后才能形成产品的材料。•涂料一般为粘稠液体或粉末状物质，可以用不同的施工工艺涂敷在物体表面，干燥后能形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄膜，它赋予被涂物体的装饰功能、保护功能和特种功能，是国民经济和人民生活必不可少的精细化工材料。•使用涂料形成固体涂层的工艺过程叫“涂装”（painting)。•“三分涂料七分涂装”的行语§1-2涂料的作用(function)•1）防护(protection)作用，•2）装饰(decorate)作用，•3）标志（sign）作用，•4）特殊(special)作用。•(也是表面处理技术的作用）•1.防护（保护）作用•金属材料，尤其是钢铁，容易受到环境中腐蚀性介质、水分和空气中氧的侵蚀和腐蚀；木材易受潮气、微生物的作用而腐烂；塑料会受光和热的作用而降解；混凝土易风化或受化学品的侵蚀，因此材料需要用涂层来保护。•2.装饰作用•用色彩来装饰我们的环境，是人类的天性，并伴随着人类及其社会整个发展过程。•由于涂料很容易配出成千上百种颜色，色彩丰富；涂层既可以做到平滑光亮，也可以形成锤纹、皱纹、桔纹、斑纹等富于立体感的涂膜。3.标志作用•标志作用是利用色彩的明度和反差强烈的特性，引起人们警觉，避免危险事故发生，保障人们的安全。•有些公共设施，如医院、消防车、救护车、邮局、路标等，也常用色彩来标示，方便人们辨别，这种涂料一般还具有回归反射作用，在夜晚可视。4.特殊（功能）作用（1）力学功能：耐磨涂料、润滑涂料、阻尼涂料等（2）热功能：耐高温涂料、阻燃涂料、烧蚀涂料等（3）电磁功能：导电涂料、磁记录涂料、吸波涂料等（4）光学功能：发光涂料、荧光涂料等（5）生物功能：防污涂料、防霉涂料等（6）化学功能：耐酸、碱等化学介质涂料§1-3涂料的发展历程•1.天然矿物和色素为基础的原始涂料。•2.以油脂和松香为基础的油性涂料。•3.以虫胶、大漆为基础的天然树脂及改性天然树脂涂料。“漆”字产生，沿用至今。•4.合成树脂涂料。•5.二战后的迅速发展，历经煤炭化工产品为主料，石油化工产品为主料，新型环保涂料。20世纪以来涂料涂装技术的发展年代主要涂料品种涂漆方法的发展特点50年代硝基、醇酸、沥青手工空气喷涂、浸涂效率低、危险、环境污染大60~70年代氨基、丙烯酸、粉末涂料静电喷涂、阳极电泳、粉末涂装高效安全、低污染80年代无溶剂涂料、高固体分面漆、自动涂漆、光固化优质、高效、安全90年代水性底漆、水性闪光漆、高固体分罩光漆水性漆、静电喷涂、阴极电泳高效、低污染2000以后新型功能涂料、高环保性涂料全自动化涂装满足VOC排放规定，GB18581—2001，GB18582—2001§1-4涂料工业的特点•1）现代工业的重要原材料。•2）品种繁多组分复杂。•3）原料来源广泛。•4）易燃易爆有毒危险品。•5）性能考查周期长。•6）涂料与涂装互相依存。§1-5涂料工业现状与发展•涂料的产量和需求一定程度上反映了一个国家经济发展的状态。2004年全世界的涂料产量为2500万吨，其中美国的产量为600万吨，占全世界产量的24%，排名世界第一。这也充分显示了美国的经济实力。我们国家八十年代的涂料产量只有几十万吨，随着国民经济突飞猛进的发展，到2004年我国的涂料产量达到了300万吨，占全世界产量的12%，首次超过日本和德国，排名世界第二。改革开放30年，我国已成为了涂料大国。•但是，我国是一个发展中的国家，有十三亿人口。如果按人均消耗涂料量来比较，我们和世界的差距就很大了。2004年，我国的人均消费涂料量是2.3kg/a,世界的平均水平是4.0kg/a,而工业发达国家人均消费量高达40.0kg/a，差距是明显的。这种差距不仅表现在数量上，而且更表现在涂料企业的规模上，涂料产品的质量上。•从80年代以来，我国先后从日本、奥地利、德国、荷兰、美国等国家引进了数套汽车涂料生产装置；经由不同渠道从日本、法国、美国等引进10多条乳胶涂料生产线，通过消化、吸收、创新，使我国涂料生产再上了一个新台阶。•在船舶涂料、海洋涂料和防腐蚀涂料方面，丹麦Hempel、英国IP、挪威Jotuh、英国伯爵、日本关西相继在深、沪、穗、甬、津等地投资设厂。•一些知名的助剂生产商、颜料生产商也纷纷寻找机会在华设厂，如2002德国拜尔公司在上海建立了聚氨酯固化剂生产线。•中国涂料市场的国际化促进了中国涂料行业技术进步，缩短了中高档涂料产品与国外的差距，提高了在国际涂料市场上的竞争能力。2004年全世界涂料企业销售额排行榜（前十五位）排名企业名称产值国家1AKZONOBEL＄59.0亿元荷兰2PPG＄48.3亿元美国3ICIGROUP＄47.8亿元英国4HENKEL＄46.1亿元德国5SHERWIN-WILLIAMS＄43.6亿元美国6DUPONT＄35.0亿元美国7BASFCOATINGS＄22.8亿元德国8VALSSPAR＄22.4亿元美国9RPM＄20.8亿元美国10SIGMAKKALON＄19.2亿元荷兰11NIPPONPINT＄16.1亿元日本12KANSAIPINT＄15.0亿元日本13H．B．FULLER＄12.8亿元美国14ROHM&HAAS＄10.6亿元美国15SIKAAG＄9.285亿元瑞士2004年我国涂料行业重点企业销售额排行榜排名企业名称工业销售产值/亿元20042003增长%1立邦涂料（中国）有限公司14.110.337.792杜邦中国集团有限公司12.49.038.113廊坊立邦涂料有限公司10.47.930.674PPG涂料（天津）有限公司7.36.79.995上海涂料有限公司8.26.525.776中涂化工（上海）有限公司7.25.531.357广州珠江化工集团有限公司7.87.010.798山东乐化集团有限公司7.85.638.329上海国际油漆有限公司7.45.436.910顺德区华润涂料厂有限公司7.35.532.0411海虹老人牌涂料（昆山）有限公司5.94.921.0212上海关西涂料化工有限公司5.93.570.5413立邦涂料（广东）有限公司4.13.614.3414巴斯夫上海涂料有限公司5.45.7-6.1415卜内门太古油（上海）有限公司4.13.227.77世界十大涂料油漆品牌2006年度最新排名第一:阿克苏诺贝尔（荷兰）AkzoNobel第二:卜内门（英国）ICI第三:庞贝捷（美国）PPG第四:杜威（美国）DOWAY第五:宣威（美国）SherwinWilliams第六:杜邦（美国）Dupont第七:巴斯夫（德国）BASF第八:华仕伯（美国）Valspar第九:汉高（德国）Henkel第十:式玛卡龙（荷兰）SigmaKalon国内涂料企业的情况•２０世纪９０年代之前，我国的涂料工业是以国有企业为主，具有代表性的是所谓的“四大家”：北京红狮、天津灯塔、上海开林、重庆三峡，但是到了９０年代以后，就以民营、三资和独资企业为主，原有的国有企业也大多进行了改制。•国有涂料企业上市的共有五家，在上市公司的行业板块中属上等板块之一。它们是天津灯塔涂料股份有限公司（简称灯塔油漆000695）、武汉双虎涂料集团股份有限公司（简称双虎涂料600885）、西北永新化工股份有限公司（简称西北化工000791）、重庆三峡油漆股份有限公司（简称渝三峡000565）、南京红太阳股份有限公司（简称红太阳）这五家公司是我国国有涂料企业的精华之所在，企业规模、技术规模、技术水平、盈利能力、管理水平以及企业文化都有一定的影响力和代表性。•目前一些民营、三资企业也逐渐成为上市公司。•广东的涂料业经过几十年尤其是近１０年的发展，已经成为业内的龙头老大，产量已占据全国总产量的１／３还要多。顺德、东莞、深圳、广州一带的涂料企业中有一批已达到了相当的规模。有人说：中国要出现航空母舰式的涂料企业集团，就一定是会出在珠江三角洲一带。§1-6涂料工业的发展方向•涂料形态的四化：水性、高固含、无溶剂、粉末。•涂料制造向管道化、密闭化、连续化、自动化的方向发展。•涂装技术上的变革。•涂料产品向多样化、系列化、功能化、半永久化的方向发展。•作业环境改观，三废污染降到最低。•摆脱石油化工原料的依赖性。无机涂料的发展大，生物油的利用可能大有提高。第二章涂料的基本性质涂料的形态特征涂料的组成与分类涂料的高分子特性涂料的干燥成膜•§2-1涂料的形态特征•重点：流变学基本概念•难点：非牛顿流体的特征一、流变学基本概念•描述物体在外力作用下产生流动和形变规律的学科，称为流变学。•一个理想固体，在外力作用下产生弹性形变，一旦除去外力，形变又完全恢复。•一个理想流体，包含液体和气体，在外力作用下，产生不可逆的形变，除去外力不能恢复原状。大多数液体显示了介于流体和固体之间的性能，它们或多或少是有弹性而粘稠的，被称为“粘弹体”。涂料就是这种液体。dvFvAxdxF牛顿型流体中的定量关系AFxvdxdvDxvAFD流变学的三要素•剪切应力：作用于物体单位面积切线方向上的力。AF剪切速率：当顶板在力F作用下沿切线方向一移动时，由于内聚力的作用其下层随之流动并传递到最底层。粘度：剪切应力和剪切速率的比值叫绝对黏度，是液体流动阻力的量度xvdxdvDxvAFD二、流体的主要类型•液体的流动（粘度）特征曲线，可以分为牛顿型和非牛顿型•1、牛顿型流动：水、溶剂、一些树脂溶液剪切速率D剪切应力剪切速率D粘度η2、非牛顿型流动：绝大多数的涂料成品剪切速率D剪切应力剪切速率D粘度η剪切速率D粘度η剪切速率D剪切应力假塑性流动(涂料成品）膨胀型流动（色浆研磨）3、触变型流动剪切速率D粘度η•触变型涂料的特征：当剪切速率增加时，黏度逐步下降，一旦剪切力释去，黏度又回升．•由于初始的结构已破坏，必须经过一定的时间才能恢复，因此在任何剪切力下其黏度值均低于未经剪切的黏度．•液体静止后形成了一个封闭的特征曲线，其封闭区域的面积是衡量触变性能的尺度4、影响黏度的因素•温度:η(T)=Aexp(E/RT)•成膜物质的浓度:lgη=W/(ka-kbW)•溶剂的黏度5、涂料的流平•涂料流平能力和以下因素有关：•涂料黏度、表面张力、涂层厚度、涂层波长、涂层的振幅。•动力源是表面张力。xaת6、涂料的流挂pgX3t•V=3η动力源是涂料重力。黏度η对流平和流挂的作用是相反的，只能调节到一个适中的情况。§2-2涂料组成、分类与命名重点：涂料的组成，我国涂料的分类和命名。一、涂料的组成（如图）涂料由主要成膜物质、次要成膜物质和辅助成膜物质组成。主要成膜物质和次要成膜物质在涂装施工后将成为固体涂膜，称为固体份；辅助成膜物质在涂装后将挥发或极少量的残留，因此称为挥发份。•涂料次要成膜物质颜料填料增塑剂主要成膜物质油料合成树脂辅助成膜物质各种溶剂水助剂（挥发份）（固体份）或简单划分：涂料的组成成膜物质颜料溶剂助剂•1、主要成膜物质：•自身能形成致密涂膜的物质，是涂料中不可缺少的成分，涂膜的性质主要由它所决定，又称为基料。•涂膜中的高分子化合物。•可作为涂料成膜物质的品种很多，主要可分为转化型和非转化型两大类。转化型涂料成膜物主要有干性油和半干性油，双组分的氨基树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、热固型丙烯酸树脂、酚醛树脂等等。非转化型涂料成膜物主要有硝化棉、氯化橡胶、沥青、改性松香树脂、热塑型丙烯酸树脂、乙酸乙烯树脂等。2、次要成膜物质：•自身不能形成完整的涂膜，但能与主要成膜物质一起参与成膜，赋予涂膜色彩或某种功能，也能改变涂膜的物理力学性能。次要成膜物质包括颜料、填料、功能性添加剂。•颜料是分散在漆料中的固体微粒，