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涂覆材料及应用绪论第一节涂料的作用一．保护作用。二．装饰作用。三．特殊功能作用。1．电磁方面：绝缘、导电、屏蔽电磁波、防静电、固体。2．生物化学方面：防酶、杀菌、杀虫、防海洋生物粘附。3．热学方面：保温、耐高温、示温、阻延热、烧蚀隔热。4．光学方面：光反射、发光、吸收和反射红外线、吸收太阳能、屏蔽射线。5．机械性能方面：防滑、自润滑、防破裂飞溅。6．其他方面：防噪声、减振、卫生消毒、防结露、防结冰、防结蜡、防结垢。四．涂料的特点1．广泛应用在各种不同材质的物件表面。如金属、木材、水泥、塑料、皮革、纸张。2．能适应不同性能的要求，故品种繁多、用途各异。3．使用方便，勿需太复杂的设备。4．涂膜容易，便于维护更新。5．涂膜为有机物，膜层较薄，其保护作用有一定局限性，不是永久性保护材料。第二节涂料的组成（u’t%）丙稀酸树脂溶液30硝酸纤维素7.1低醚化三聚氰胺树脂（60%）3.3硝基黑片（碳黑13.3%，硝酸纤维素69.3%，二丁酯22.8%）15.7苯二甲酸丁基酯2.42醋酸丁酯25.0丁醇10.0丙酮9.78成膜物质、颜料、溶剂、助剂。一．天然树脂成膜物质热塑性树脂合成树脂热固性树脂1．成膜物质的作用是：它能形成薄层涂膜，涂膜提供所需要的各种性能。它还能与涂料中所加入的必要的其他成分混合（如溶剂、颜料、助剂等）形成均匀的分散体。2．分类，按成膜物质本身的结构和所形成涂膜的结构来划分：①.非转化型成膜物质——大部分为热塑性树脂。如：天然树脂、过氯乙烯树脂、聚醋酸乙烯树脂等。②.转化型成膜物质——大部分为热固性树脂。如：酚醛树脂、醇酸树脂、环氧树脂、聚氨酯预聚物、热固性丙稀酸树脂等。二．颜料1．作用：它是色漆的主要组分之一，使涂膜呈现色彩，具有遮盖能力，以发挥其装饰和保护作用。有的还能增强涂膜的机械性能和耐久性能或给涂膜提供某种特殊功能（导电、阻热、示温、绝热等），降低成本。2．分类，按来源：天然；按化学成分：有机；按作用：着色合成有机体质（填料）三．助剂1．作用：对涂膜某方面的性能起改性作用。生产中根据涂料的性能要求来选择助剂。2．种类①对涂料生产过程发生作用的助剂。如：消泡剂、润湿剂、分散剂、乳化剂等。②对涂料贮存过程发生作用的助剂。如：防桔皮剂、防沉淀剂等。③对涂料施工成膜过程发生作用的助剂。如：催干剂、固化剂、流平剂、防流挂剂等。④对涂料性能发生作用的助剂。如：增塑剂、防霉剂、阻燃剂、防静电剂、紫外线、吸收剂。四．溶剂1．作用。将成膜物质溶解或分散为流态，而便于制备和施工。而施工后不能从涂膜中挥发出去，使涂膜成为固态物质。2．分类。习惯上分为普通溶剂（非活性稀释剂）和反应性溶剂（活性稀释剂）两类。常用的溶剂有，脂肪烃、芳香烃、醇、酯、醚、酮等。一种涂料可使用一个溶剂品种，也可以使用多个溶剂品种（混合溶剂）。第三节涂料的分类一．按涂料的形态分类和命名溶剂型涂料1．固体涂料（粉末涂料）2．有溶剂溶剂分散型液体涂料无溶剂水性涂料二．按涂料的成膜机理分类和命名挥发型涂料1．非转化型热熔型涂料水乳胶型涂料塑性溶胶氧化聚合型涂料热固化涂料2．转化型化学交联型涂料辐射能固化涂料刷（辊）涂型涂料3．按施工方法分类喷涂涂料浸涂涂料（淋涂涂料）电泳涂料五．按涂膜干燥方式分类和命名常温干燥涂料（自干漆）、加热干燥涂料（烘干漆）、湿固化涂料、蒸气固化涂料、辐射能固化涂料（光固化和电子束固化涂料）。五．按涂料使用层次分类和命名底漆、中间漆、面漆（包括调和漆、磁漆、罩光漆）六．按涂料外观分类和命名清漆、色漆、光漆、半光漆、无光漆等。七．按使用对象分类和命名1．从使用对象的材质分：钢铁用涂料、轻金属涂料、纸张涂料、皮革涂料、塑料表面涂料、木器涂料、混凝土涂料。2．从使用对象的具体物件分类：汽车涂料、船舶涂料、飞机涂料、家电涂料、铅笔漆、地板漆、甲板漆、锅炉漆、罐头漆、路标漆。八．按涂膜性能分类和命名绝缘漆、导电漆、防锈漆、耐高温漆、防腐蚀漆、可剥漆等等。九．按涂料成膜物质分类和命名醇酸漆、氨醛漆、酚醛树脂漆、环氧树脂漆、聚氨酯漆、丙稀酸树脂漆、乙烯类漆。我国国家标准为GB2705——81。第四节涂料的成膜一．成膜过程施工干燥、固化涂料在设备涂物体表面形成薄膜形成固态连续膜。1．施工①施工的目的和意义：根据所需要的涂膜性能将涂料均匀地展敷和粘结在被涂物件表面，形成薄膜，以便进一步发挥其作用。②施工质量对涂膜质量的影响。表面处理③施工过程涂敷④涂敷方法对液态涂料，刷涂、辊涂、浸涂、淋涂、喷涂（空气喷涂、高压无气喷涂）、刮涂、电沉积涂漆法等。对于固态涂料，流化床喷涂法、静电粉末喷涂法、粉末电沉积涂漆法等。2．干燥或固化湿涂料成膜的核心阶段。从液态固态，黏度和强度发生变化。二．成膜机理1．物理成膜——由非转化型成膜物质组成的涂料的物理方式成膜包括溶剂或分散介质挥发成膜和聚合物粒子凝聚两种形式。①溶剂或分散介质的挥发成膜，与挥发能力相关联，也与成膜时的条件（温度、通风条件）和漆膜的厚度有关。硝酸纤维素漆、过氯乙烯漆、沥青漆、热塑性乙烯树脂漆、热塑性丙稀酸树脂漆、橡胶漆都属于这类物理成膜方式。②聚合物粒子凝聚成膜方式分散介质挥发聚合物粒子接近、接触、挤压变形聚集起来由粒子状态聚集变为分子状态聚集成膜。水溶性涂料、塑性溶胶涂料（高聚物粒子溶胀、凝聚），固态的粉末涂料在受热条件下通过高聚物粒子热熔，凝聚成膜却属于这种成膜方式。2．化学成膜由转化型成膜物质组成的涂料主要靠化学方式成膜——即涂膜中的成膜物质聚合成为高聚合物的过程。遵循高分子合成反应机理。①链锁聚合反应成膜a．氧化聚合。含有油脂组分的天然树脂涂料，酚醛树脂涂料、醇酸树脂涂料、环氧树脂涂料等属于氧化聚合成膜涂料。b．引发剂引发聚合形式。不饱和聚酯涂料、丙烯酸单体聚合树脂等属于这类成膜形式。c．能量引发聚合形式。光固化涂料、辐射固化涂料、电子束固化涂料属于此种类型。②逐步聚合反应成膜a．缩聚反应形式。氨基醇酸树脂涂料、氨基聚酯涂料、氨基丙烯酸涂料属于这种成膜形式。b．氢转移聚合反应形式。多为含有氨基、羟基、还氧基、异氰酸酯基的涂料。如环氧树脂涂料、聚氨酯树脂涂料等属于此种类型。c．外加交联剂固化形式。如湿固化型聚氨酯涂料。三．成膜工艺1．常温固化成膜2．加热固化成膜。包括蒸气、电、远红外线加热等形式。需要相应的设备。3．特种固化成膜。包括电子束固化、光固化、氨蒸气固化等，也需相应的设备。第五节涂料的发展趋势省资源、省能源、无污染方向发展。水性涂料、粉末涂料、无溶剂涂料、光固化涂料、纳米涂料。第一章醇酸树脂第一节醇酸树脂所用的原料一．多元醇：二元醇——乙二醇、新戊二醇三元醇——甘油（丙三醇）、三羟甲基丙烷四元醇——季戊四醇伯醇H仲醇H叔醇│││二．多元酸一元酸——松香、苯甲酸、椰子油酸、豆油酸、亚麻油酸、蓖麻油酸、松浆油酸等。二元酸——乙二酸、苯二甲酸酐（苯酐）、间苯二甲酸、顺丁烯二酸酐。三元酸——苯偏三甲酸酐三．油类椰子油、蓖麻油、棉子油、豆油、亚麻油、桐油等。第二节与醇酸树脂制造有关的化学反应一．酯化反应醇中羟基的氢原子与酸中羧基的氢氧基团缩合，生成水与酯，通常是醇与酸混─C─OH│H─C─OH│─C─OH│合在一起加热而发生的。OO∥∥R─C─OH+HO─R´R─C─O─R´+H2O为使反应→应把反应时生成的水引出。二．醇解反应油类与醇共热，因有过多的羟基存在，将产生羟基的重新分配现象。+3CH3OH甘油脂肪酸酯甘油O∥3CH3─O─C─R脂肪酸甲酯油类也可用多元醇醇解（甘油、季戊四醇）。三．酸解反应油类与有机酸共热，因有过多的羧基存在产生羧基的重新分配现象，这种反应在实际生产中用的不多，只有用间苯二甲酸时才采用。COOH│+─COOH四．酯与酯的交换反应不同酯的相互作用，则发生酸与醇的重新组合。RCOOR＇＋R＇＇COOR＇＇＇RCOOR＇＇＇+R＇＇COOR＇五．醚化反应两个羟基缩合，脱出一个水分子，使原来两个羟基的化合物以醚链连接起来。在醇酸树脂制造中，反应温度为200～250℃，并有酸碱存在，醚化反应才能发生。CH2OHCH2OHCH2OHCH2OH││││HOH2C─CH2OH+HOH2C─CH2OH→H2C─CH2─O─H2C─C─CH2OH+H2O││││CH2OHCH2OHCH2OHCH2OH六．不饱和脂肪酸的加成反应干性油含有不饱和脂肪酸具有不饱和双键，在醇酸树脂的制造过程中，由于受R―C—O—CH2O∥R―C—O—CHO∥R―C—O—CH2O∥KOHCH2─O─OHCH2─O─OH+CH2─O─OHR―C—O—CH2O∥R―C—O—CHO∥R―C—O—CH2O∥R―C—O—CH2O∥R―C—O—CH+RCOOHO∥HOOC―C6H4―C—O—CH2O∥热而发生加成反应─二聚反应。─CH2─CH2─CH═CH─CH═CH─CH2─CH2+─CH2─CH2─CH2─CH═CH─CH2─CH2─CH2→─CH2─CH2CH═CHCH2─CH2─╲╱╲╱CHCH╲╱─CH2─CH2─CH2─CH─CH─CH2─CH2─CH2─第二节聚酯树脂聚酯树脂是单纯由多元酸和多元醇缩合而成的。而醇酸树脂则是由多元酸、多元醇和油类（脂肪酸）酯化生成的。可以说，醇酸树脂是改性了的聚酯。“官能度”一个有机化合物分子上能起化学反应的活性基团的数目，如醇的羟基，酸的羧基。甘油——官能度为3，季戊四醇——4，间苯二甲酸有两个羧基——官能度为2。一．一元醇与一元酸的酯化（官能度为1：1反应）甲醇与乙酸的反应，得醋酸甲酯与水，反应产物的官能度为0，不能继续酯化。OO∥∥CH3C─OH+CH3OHCH3C─OCH3+H2Of=1f=1f=0二．二元醇与一元酸的酯化（官能度为2：1的反应）乙二醇与醋酸反应得乙二醇二醋酸酯后反应产物得官能度为0，不能继续酯化。三．二元醇与二元酸得酯化（官能度为2：2的反应）HOOC─CH2─CH2─COOH+HO─CH2─CH2─OHHOOCCH2CH2COOCH2CH2OH+H20反应产物的官能度仍然是2，还能继续反应。HOOCCH2CH2COOCH2CH2OH+HOOCCH2CH2COOCH2CH2OHHOOC─CH2─CH2─COO─CH2─CH2─OOC─CH2─CH2─COO─CH2─CH2─OH+H20f=2生成物的官能度仍然是2，最后生成许多长键状结构分子的混合物，这种树脂可熔可溶，称为热塑性树脂。四．酸与醇官能度为2：3的酯化如苯二甲酸酐3克分子（6个羧基）与甘油2克分子（6个羟基）等当量反应，所得到的酯，其官能度为4，这样的两个分子还能继续反应，官能度为4：4，最后分子间产生交联形成体型结构。OOO0O╱╲OH‖‖‖‖O=CC=O│H─CC─O─C─C─C─O─CC─3+2HO─C─C─C─OH││││││H2HH2H2HH2OHOO│‖‖─O─C─C─C─O─CC─OH+2H2O│││H2HH2这时所形成的树脂不熔不溶，称为热固性树脂。五．酸与醇官能度为2：4的酯化季戊四醇与苯二甲酸酐的反应，它与四很相似，只是交联键较多，反应更快，反应产物呈网状结构。在以上反应过程中酸值，溶解度和粘度都发生着变化。酸值中，如甘油与苯二甲酸酐的酯化反应，当酸值降到136时，开始胶化。溶解度随反应的深化，溶解度降低，粘度上升，指示着树脂的分子量在增大。第四节不饱和聚酯树脂一．原料1．二元醇CH2─OH╱CH2CH2OHCH2─CH─CH3（CH2─CH─CH2）2O│O│││CH2─OH╲CH2CH2OHOHOHOH乙二醇一缩二乙二醇丙二醇一缩二丙二醇CH3│HO──C──OH│CH3丙三醇双酚AD─33二醇、季戊四醇2．不饱和二元酸CH─CO╲HOOC─CHO‖CH─CO╱CH─COOH顺丁烯二酸酐（马来酸酐）、马来酸、反丁烯二酸酐、氯化马来酸、衣康酸、拧康酸等。3．饱和二元酸CO╱╲HOOC──COOHHOOC──COOHO╲╱CO邻苯酐间苯二甲酸对苯二甲酸己二酸、癸二酸、四氯苯酐、氢化苯酐等。4．交联剂作用①固化时能与树脂分子键交联成体形结构大分子。②稀释剂苯乙烯——粘度低