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第5章涂料生产和色漆的制备树脂（成膜物）+溶剂＝漆料；漆料+助剂＝清漆；清漆+颜料＝色漆；5.1涂料的生产概述漆料制备——化学合成、溶解、炼制；颜料分散——润湿、研磨、稳定；色漆配制——添加助剂、混合完成。漆料生产直接作为漆料：醇酸树脂、乳胶乳液等。需要溶解：环氧树脂、硝基纤维素等。需要炼制：酯胶漆料、酚醛树脂漆料等。醇酸树脂生产醇解、酯化加溶剂稀释脱水氨基树脂生产反应釜标准釜式反应器锥底釜式反应器色漆配方设计程序颜料用量：依据漆膜的光泽和颜料的CPVC确定；计算颜料的PVC：散光遮盖的最佳PVC：颜料粒子的空隙等于可见光的半倍波长。确定工艺：研磨、分散、混合等。白色酯胶磁漆的配方计算实例：钛白粉颜料体积=221×0.32=70.72轻重碳酸钙颜料体积=44×0.373=16.41颜料总体积=70.72+16.41=87.13涂料的PVC=87.13/（87.13+337.42）=20.52%示例：常见色漆的PVC注意防锈颜料白色磁漆配方实例成膜物颜料催干助剂溶剂配方设计需要考虑的问题涂料的使用环境：户外、室内；干燥环境、潮湿环境；温暖气候、温差变化较大的气候；被涂物种类：木器（是否防水）、金属（需要防腐）。被涂物加工性能：是否金属加工。被涂物外观要求：光泽、颜色（透明性）成本：市场可接受程度。配方设计内容成膜物的结构：硬度、柔软性、干燥速度颜料PVC：漆膜外观要求、力学性能要求溶剂选择和固体物含量：涂料施工粘度要求涂料生产工艺确定：漆料合成、颜料分散研磨、配漆5.2颜料分散及稳定根据德国标准协会（GermanStandardOrganization）命名法，认为颜料颗粒状态可分为：原生颗粒（原始形态）、凝聚体和团聚体。一般商品颜料颗粒是指比团聚体还大的粒子，粒径在250μm至750μm（相当于通过60至200目筛）。色漆最终性能的好坏很大程度上取决于颜料均匀分散，持久稳定、无凝聚、无沉降的效果。颜料形态原生颗粒（原始形态）凝聚体团聚体5nm~1μm100μm250~750μm一、颜料的分散过程颜料的分散过程分为相互影响、相互制约的三个过程润湿、研磨与分散（分离）、稳定润湿的效果和速度取决于颜漆料的表面张力差与漆料的黏度。漆料的表面张力与黏度越小越容易润湿。1、润湿2、研磨与分散（分离）将颜料原生颗粒从团聚体分里开来的过程，该分离过程是通过施加在颜料上的剪切力或撞击力来实现的。提高剪切力可通过提高体系黏度和剪切速率来实现，在涂料工业上常用提高体系的内相黏度来提高剪切力。内相粘度来源于颜料。τ=Dη剪切力剪切速率：决定于设备内相粘度：决定于颜料分散润湿过程需低黏度，分散过程需高黏度，如何平衡他们的要求。由门尼公式：在体系中多加颜料少加成膜物来平衡润湿与分散对黏度的要求。3、稳定颜料经分散细分后，粒径减小，表面积增大，颜料表面自由能也增加，造成细化的颜料不稳定性。当机械研磨能去除以后，颜料粒子会再凝集起来。为此需要对分散后的颜料进行稳定。所谓的稳定就是使颜料颗粒处于准稳定态，即使颜料团聚体经分散、润湿后获得的粒径和粒径分布应该在涂料规定的储存期内保持不变。稳定化是提高分散效率的关键之一，它要求润湿速度要大于或等于分散速度。如果小于分散速度，那就是部分已分离的初级粒子又聚集了，还需要再次分离，从而降低了研磨效率，延长了研磨时间。（1）电荷稳定（水分散体系如：乳胶漆）：使粒子表面带电，形成双电层，相互排斥，减少碰撞。稳定的类型（2）立体保护稳定（熵排斥）电荷排斥机理在水性分散体系中比较重要，含钙和锌离子的肥皂能作为有效的颜料分散剂，通过金属离子吸附在颜料表面，使其表面带有离子电荷以达到稳定的分散体系。然而，大多数情况下，在有机分散体系中熵排斥是更加重要的稳定机理。熵排斥形成较厚的吸附层，相互排斥。吸附层厚度达到8～9nm以上。只有溶剂存在时，吸附层太薄，可以添加表面活性剂可以增加厚度，但是单纯使用表面活性剂(SAA:surfaceactiveagent)容易脱落，再添加聚合物使其形成厚度达50nm的吸附层，起到保护作用。二、颜料分散体的稳定机理颜料分散体不稳定的现象:沉降、絮凝、粘度升高1、颜料的沉降沉降：是指在某种力场（重力、离心力）中利用分散相与连续相之间的密度差异使之发生相对运动实现分离的过程。相关知识：沉降的利用沉降是化工分离工程中分离非均相混合物常用的一种方法。（1）收集分散物质（2）净化分散介质（3）环境保护沉降对涂料的储存、寿命是不利的，颜料在涂料中的沉降主要是重力沉降。可以利用斯托克斯沉降速度公式解释涂料中的颜料沉降现象。从式中可看出：r（粒子半径）↓，η↑，（ρ1-ρ2）↓v↓粒子表面吸附低聚物和SAA，r增加，ρ1也减少。增加介质的黏度如添加触变剂和增稠剂2、颜料的絮凝絮凝会严重影响涂料的性能：（1）降低遮盖力。（2）降低CPVC值，从而影响涂料的机械性能。（3）影响涂料的光泽。（4）絮凝会增加涂料的黏度，不利于流平。颜料颗粒间存在两种作用力：一是吸引作用(范德华力）；二是排斥力，当吸引力大于排斥力时，则颗粒发生絮凝或聚集。粒子数半衰期：粒子数减半需要的时间式中k是常数，T是温度，n0是初始粒子数。由颜料粒子的半衰期公式可见：η↑，t1/2↑，但是单提高黏度不足以稳定涂料。能否使颜料颗粒稳定关键是如何提高颜料颗粒间的斥力。增加双电层厚度，使粒子排斥力大，不让高能粒子碰撞进入吸引区。立体保护作用中，吸附层越厚，分散体系越稳定，所吸附的聚合物的结构对立体保护效果有重要的影响。（1）分子量愈大，吸附层愈厚。（2）聚合物中的极性基团不要连续排列，而要有一定的间隔。如：高醇解度聚乙烯醇平铺在粒子表面，吸附层较薄。（3）溶剂：选择不良溶剂，吸附聚合物密度高，吸附量大，稳定性好。3、贮存时黏度的上升针对颜料颗粒的“返粗”，在色漆的制备中必须采取“后稳定化”措施。（1）低分子聚合物聚集，高分子脱附，使介质粘度升高。（2）酸碱颜料的化学反应，导致凝胶。（3）金属颜料与酸反应导致凝胶。（4）多聚磷酸盐水解，失去螯合作用。4、表面活性剂的作用（1）润湿作用：降低介质表面张力。（2）稳定作用：产生吸附双电层，阴离子和非离子活性剂配合形成的双电层更加稳定。（3）挤水颜料：直接将湿研磨的颜料加入油溶剂中，用表面活性剂处理使颜料进入油相。三、聚合物的保护作用与丹尼尔流动点分析：（1）聚合物浓度低，没有足够的保护作用，吸附层薄。聚合物浓度高，低聚物吸附占有颜料表面，吸附层更薄。选择合适的聚合物浓度。（2）粘度：增加体系粘度，剪切力大，有利于颜料分散。但颜料量多，外相粘度高，设备负荷大，而且聚合物浓度小不利于保护作用；颜料少，剪切力小，分散效果不好。（3）如何决定聚合物浓度和颜料量：丹尼尔点。V-研磨浆中颜料体积分数；U-终极颜料体积分数；丹尼尔流动点配制一系列不同浓度的成膜物溶液，取一定的颜料，然后滴加配好的溶液，同时进行研磨，达到同一规定的黏度，测出该黏度下溶液与颜料体积之比值做图，所得曲线的最低点为丹尼尔点，该点的浓度为最佳树脂浓度。在丹尼尔点的右侧，溶剂含量少，树脂浓度高，粘度大不利于润湿和分散；在该点的左侧，虽然外相黏度降低了，但聚合物吸附的少，容易发生絮凝。等粘度曲线最佳浓度点丹尼尔点测定中不出现最低点原因可能是该聚合物和溶剂的组合对该颜料不能获得稳定的颜料分散体系。解决的方案：（1）改变溶剂：（2）改变聚合物：增加分子质量或增加极性基团。（3）添加稳定剂（分散剂）：DC分散剂等。其它方法：（1）塑性流变仪；（2）RedDevil振动器法；（3）迫近法5.3颜料的分散设备和工艺颜料要实现较好的分散必须选择合适的分散设备并配以合适的研磨料黏度。利用研磨设备进行分散时，颜料聚集体的分离主要取决于三个因素：有效的分离区，作用于聚集体上的能量及研磨时间。常用涂料分散设备1、三辊机三辊机是典型的利用剪切力作用来分散颜料的，利用三辊机时要注意①溶剂应为低挥发性的②冷却降温③在研磨料配方上应考虑黏度受热而下降。三辊机运转示意图2、球磨机球磨机利用剪切力和撞击力来实现分离。3、砂磨机4、高速盘式分散机工作原理5.4色漆的制备组成：成膜材料（基料）、溶剂、颜料、助剂。基料：转化型：油脂、油基树脂、醇酸树脂、氨基树脂、三聚氰胺甲醛树脂、热固性丙烯酸树脂。非转化型：纤维素改性聚合物、氯化橡胶、乙烯树脂、丙烯酸酯类。色漆的制备步骤球磨（分散）调稀调漆研磨终点的判断及注意问题(1)细度扳测定法涂料细度测定法GB/T1724-1979测定方法：1.将符合产品试样，取出数滴，滴入沟槽最深部位，即刻度值最大部位。2.以双手持刮刀，横置于刻度值最大部位(在试样边缘处)使刮刀与刮板表面垂直接触。在3秒钟内，将刮刀由最大刻度部位向刻度最小部位拉过。3.立即(不得超过5秒钟)使视线与沟槽平面成15°～30°角，对光观察沟槽中断痕处，并记下相应的刻度值。（2）通过遮盖力和着色强度来反映（3）调稀中的问题：用纯溶剂容易产生絮聚。（4）配色工序：使用计算机配色调制。附：液体及涂膜的一般性能检测标准1、涂料的分类与命名GB-T2705-1992涂料产品分类命名和型号2、液体涂料的黏度GB-T1723-1993涂料粘度测定法GB-T9269-1988建筑涂料粘度的测定斯托默粘度计法3、贮存稳定性GB-T6753.3-1986涂料贮存稳定性试验方法4、遮盖力GB/T1726-1979(1989)涂料遮盖力测定法5、干燥时间GB/T1733-1993漆膜干燥时间的测定法6、漆膜厚度GB/T1764-1979漆膜厚度测定法7、漆膜硬度GB-T6739-1996涂膜硬度铅笔测定法GB/T1730-93摆杆阻尼漆膜硬度测定法GB/T9279-88克利曼硬度法GB-T9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验8、漆膜耐冲击性GB-T1732-1993漆膜耐冲击测定法9、漆膜的柔韧性GB-T1731-1993漆膜柔韧性测定法10、涂层附着力GB-T5210-1985涂层附着力的测定法拉开法11、漆膜耐磨性GB/T1769—1979漆膜耐磨性测定法12、色漆流挂性的测定GB-T9264-1988色漆流挂性的测定13、光泽GB/T1743-1979(1989)漆膜光泽度测定法14、漆膜耐腐蚀性与耐候性的测定GB-T1733-1993漆膜耐水性测定法GB-T1865-1997色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露GB-T1766-1995色漆和清漆涂层老化的评级方法GB/T1771-1991色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定GB-T9780-1988建筑涂料涂层耐沾污性试验方法GB-T10834-1989船舶漆耐盐水性的测定盐水和热盐水浸泡法