68水性涂料

水性涂料高孙文彬2020/3/8目录1水性涂料简介2水性涂料分类3水性涂料助剂4水性涂料相关信息水性涂料简介水性涂料定义：凡是用水作溶剂或者作分散介质，树脂作为分散相，形成的非均相体系，都可称为水性涂料。水性涂料简介：水溶性涂料是以水溶性树脂为成膜物，以聚乙烯醇及其各种改性物为代表，除此之外还有水溶醇酸树脂、水溶环氧树脂及无机高分子水性树脂等。水性涂料的发展史自20世纪60年代以来，世界各国日益重视发挥性有机化合物（VOC）对大气的污染，工业发达国家开始成立了专门的管理机构，制定各种法规对涂装时的溶剂挥发量加以严格的限制。作为涂料工业的重要组成部分的水性涂料，同样也经历过一段重大的改革，那么让我们重温一下水性涂料“大事记”20世纪40年代，P.Schlack研发生产出了阳离子水性聚氨酯，标志着水性涂料的开端。20世纪70年代，随着水性醇酸树脂，阴离子型水性聚氨酯的成功研发，水性丙烯酸--聚氨酯共混体系开始用于木质地板涂料。1980年，水性丙烯酸共混体系在瑞典，挪威，丹麦被迅速推广并商品化。水性涂料发展史•1987年，所有欧洲国家开始使用水性透明地板漆，并首次开发出水性聚氨酯-丙烯酸共聚树脂。•1989年，水性聚氨酯-丙烯酸共聚树脂在欧洲商品化。•1992年至今，开发出新一代水性树脂；无助溶剂体系，非乳化剂体系（非皂化），自交联树脂体系，双组分体系，水性UV固化树脂体系。水性材料的组成•水性涂料的组成为：水性树脂、颜填料、助剂、中和剂、水等。水性树脂分类•纤维素衍生物丙烯酸树脂•改性油聚氨酯树脂•改性聚丁二烯树脂有机硅树脂•环氧树脂有机氟树脂•醇酸树脂•氨基树脂•聚醇树脂•酚醛树脂水性涂料水溶性机理•合成树脂之所以能溶于水，是由于在聚合物的分子链上含有一定数量的强亲水性基团，例如含有羧基、氨基、羟基、醚基、酰胺基等。•但是这些极性基团与水混合时多数只能形成乳浊液，它们的氨盐则可部分溶于水中，因而水溶性树脂大多数以中和成盐的形式获得水溶性。水溶性涂料分类1、水性涂料的分类：水溶性涂料水稀释性涂料水分散性涂料（乳胶涂料）2、干燥和固化方式分类：物理干燥、氧化干燥、热交联。3、按涂料的应用领域和应用对象分类：按应用领域可分为建筑涂料、工业涂装用涂料。其中建筑涂料又可分为内墙涂料、外墙涂料、天花板涂料、屋面防水涂料、地板涂料等。工业凃装用涂料按其应用对象也可分为汽车水性涂料、机械机床水性涂料、桥梁水性涂料等。水溶性涂料•水溶性涂料简介：水溶性涂料的高分子树脂颗粒大小在胶体分散范围内（粒径＜0,01μm）它应具有胶体溶液的可滤性、电动现象等性质；同时分散在水溶性涂料中的颜料和填料等的颗粒大于树脂的颗粒，因而水溶性涂料是一个兼具胶体溶液和悬浮液特征的多相体系。水溶性涂料的制备•通过溶液聚合，得到高固体份的溶液树脂，在树脂中引入—OH、—COOH、—NH2等亲水性官能团，将成盐或含其他亲水官能团的树脂分散在水中并形成透明溶液，此溶液为水溶性树脂。实际上，水性涂料在水中是不溶的，树脂以粒子的形式分散在水相中，为了获得稳定的水性树脂体系，一般需要加入亲水性的溶剂——助溶剂。水稀释性涂料•水稀释性涂料是指后乳化乳液为成膜物配制的涂料;使溶剂型树脂溶在有机溶剂中，然后在乳化剂的帮助下靠强烈的机械搅拌使树脂分散在水中形成乳液，称为后乳化乳液，制成的涂料在施工中可用水来稀释。水分散性涂料（乳胶涂料）•乳胶涂料简介：乳胶涂料是粒径约0.1~20μm的水分散体，聚合物乳液的特点是聚合物本身不溶于水，是依赖于表面活性剂使其以胶体形式分散于水中，因此体系的粘度较低，固含量较高。•乳胶型涂料与溶剂型涂料相比：乳胶型涂膜更容易渗透水蒸汽，但对粉体表面附着力更差，乳胶涂料干燥较快，大大缩短施工时间。•应用：主要应用于建筑材料。水性涂料助剂现状•随着人类需求的提高，对涂料性能的要求越来越严格，为了改善涂料的某些方面的性能，必定要添加一些涂料助剂，回顾涂料的发展，可以说没有涂料助剂就没有高质量的现代涂料。•助剂是解决涂料中基料与颜料所不能圆满解决的综合性能的原料。诸如增稠、气泡、沉淀、流平、增强附着力、增强耐水性等，仅靠涂料的基料和颜料是达不到要求的，这就必须添加相应的其他原料来与其配合，才能较圆满地提高涂料的综合性能。这些“添加相应的其他原料”即称为“助剂或者添加剂”水性涂料助剂分类•从涂料的物理化学本质来看，涂料助剂可分为溶剂型涂料助剂、水溶性涂料助剂、和粉末涂料助剂几大类。•更实用的是按照涂料助剂功能来分，可分为：•润湿剂•流平剂•分散剂•流变助剂•消泡剂•成膜助剂水性涂料助剂分类•防腐防霉剂•漆膜消光剂•蜡粉和蜡乳剂•pH调节剂•交联固化剂•腐蚀抑制剂和缓蚀剂•催干剂、防老结皮剂和催化剂•抗氧剂和光稳定剂•特殊效果添加剂•特种颜料和染料•其他助剂等润湿流平剂•作用：①改善涂料的流动性和流平性，避免涂料涂装时出现橘皮、缩孔、鱼眼和针孔，提高涂层光泽；②降低涂层摩擦系数，增大表面滑爽性；③增加涂层的抗划伤性；④改善涂料对基材的润湿性能；⑤防止色漆颜料出现浮色和发花润湿分散剂作用：将细粒颜料和填料润湿并分散在基料中，其中润湿的是不规则离子表面，润湿后表面活性剂长期吸附在粒子表面，并使粒子保持分散状态。机理：表面活性剂活性基团一端吸附在细小颜填料表面，另一端溶剂化进入基料形成吸附层，吸附基越多，链结越长，形成的吸附层越厚。分类：无机类有机类高分子聚合物消泡剂•水性涂料的泡沫问题最为显著。涂料组分中就存在着易起泡或使泡沫稳定的因素；涂料生产过程中需要使用各种机械；涂料上墙施工时所用的各种方式方法，如空气喷涂、无气喷涂、辊涂、刷涂等，在这些过程中，都会不同程度地增加涂料体系的自由能，帮助产生泡沫。成膜助剂•能够降低乳胶漆的最低成膜温度和在短时间降低其玻璃化温度的助剂称为成膜助剂，也称聚结助剂。通俗地说就是帮助涂料成膜的助剂。作用：使用后能使涂料的以下一些性能得到改善：①耐擦洗性；②展色性；③成膜性；④耐侯性。水性涂料中的颜料和填料•颜料：是涂料的重要部分，是漆膜的重要成膜物质。它不仅提供了人们所需要的装饰色彩，遮盖被涂底层，而且还能改善漆膜的性能，提高漆膜的机械强度和防腐蚀性能，减少漆膜的透气性和透水性，有的还表现出特殊性能，在涂料的功能化中起到关键性作用。水性涂料的颜料和填料•填料：在填料家族中，含硅的产品是最大的一类，它们所有的化学本质都是相同的，但细微的结构和特殊的性质差别导致了它们在应用上的显著差异。有滑石粉、云母、石英砂、方晶石、高岭土。除了硅酸盐外，碳酸钙也是比较重要的材料。此外还有其他无机盐填料以及聚合物填料。水性涂料的应用•（一）水性建筑涂料1.水性建筑涂料的组成包括乳胶性有机涂料（乳胶涂料）、水溶性有机涂料、无机涂料、有机无机复合涂料。其中乳胶涂料应用范围广泛，主要品种有聚醋酸乙烯乳胶涂料、苯丙乳胶涂料、乙丙乳胶涂料、纯丙乳胶涂料、氯偏乳胶涂、硅丙乳胶涂料等。•（1）水溶性建筑涂料主要品种是水性聚氨酯涂料、水溶性丙烯酸涂料等。•（2）无机涂料主要是无机高分子涂料，包括水溶性硅酸盐系（碱金属）、硅溶胶系、有机硅及无机聚合物系等，其中应用最多的是硅酸盐系的硅酸钾、硅酸钠、和硅溶胶系无机涂料。（3）有机无机复合涂料主要有两种复合形式：品种复合、涂层复合。品种复合包括：物理和化学复合•物理复合：将水性有机树脂与水溶性硅酸盐等搅拌混合即成（如聚乙烯醇-水玻璃涂料、苯丙-硅溶胶涂料）；•化学复合：即在无机材料的表面与水性树脂接枝制成悬浮液（如硅溶胶-丙烯酸涂料、二氧化硅-丙烯酸涂料等）。•涂层复合：是在建筑物墙体上先涂覆一层有机涂料，然后在有机涂层上再涂覆一层无机涂料，利用两层涂膜收缩率的差别，使无机涂料层形成随机分布的裂纹纹理，得到镶嵌花纹状涂膜的装饰效果。•2.水性建筑涂料的应用1）内墙的应用：乳胶涂料中，聚醋酸乙烯类是内墙涂料的主要品种，基本取带了耐水性差的聚乙烯醇为粘结剂的106、107建筑涂料。苯丙乳液目前大量用于内墙涂料的制备。2）外墙的应用：乳胶型外墙涂料主要以苯丙乳液为主（德国、日本），我国主要以丙烯酸乳液为主。（二）水性工业涂料1.水性汽车涂料水性汽车涂料有水性底漆、水性中涂漆、水性面漆和水性罩光漆。（1）水性底漆的应用水性底漆在应用时，会在金属的表面形成“闪锈”层，降低涂抹的附着力。电泳涂料不会出现“闪锈”层。原因：（以阴极电泳漆为例）在电沉积时，汽车车身作为涂膜阴极接通，盛有水性涂料的槽液作为阳极，在直流电场的作用下，带正电荷的涂料粒子在阴极表面失去电荷，呈不溶状态沉积在车身的金属板上，水溶性涂料在沉积过程放电并失去水分，沉积的粒子相互结合形成附着力牢固的连续均匀的涂层，烘干交联形成致密的涂膜。•阳极电泳涂料•是由水溶性阴离子树脂、颜（填）料、助溶剂、中和剂组成•主要品种有：酚醛改性水溶性油类、水溶性环氧酯类、水溶性聚酯类、水溶性丙烯酸类、水溶性聚丁二烯类等；阳极电泳涂料，被涂物是阳极，在电沉积过程中，被涂物金属盒表面和表面处理膜被溶出，不仅使涂膜的颜色加深而且使涂膜的物理性质、力学性能和防腐性能都下降；另外，在阳极区的水电解，产生氧气，对于易氧化的树脂影响较大，必要时还需要加入抗氧剂。•阴极电泳涂料•是由水溶性阳离子树脂、颜（填）料、助溶剂、中和剂组成。•制备阳离子树脂的关键在于聚合物中引入某些具有孤对电子的元素，例如氮、磷、硫等，其中引入最多的元素是氮，树脂用酸中和（质子化）使其具有水溶性。•阳离子树脂的漆膜为碱性，对金属有钝化作用，具有较好的防腐蚀性能。•主要品种有水溶性丙烯酸类、水溶性环氧类、水溶性丙烯酸环氧类、水溶性聚氨酯类、水溶性聚丁二烯类等；(2)水性木器涂料主要以水性聚氨酯为基体，通过丙烯酸、有机硅、有机氟等一种或多种进行改性。水性木器涂料•国外木漆涂料研究：研究较早，品种较多，有固体含量40%的水性聚氨酯分散体。•应用：木地板•优点：高耐磨性水性木器涂料•我国水性木器涂料研究：研究单位比较多，主要品种是以水性聚氨酯为基本树脂，采用丙烯酸、有机硅、有机氟等对其进行改性。•存在问题：耐水耐溶剂性较差，涂膜硬度偏低，耐热性还不能满足要求。水性涂料配方设计配方设计要求：要制得优良的水性涂料，首先要考虑以下几点因素：1、水性涂料稳定性2、水性涂料的交联与固化3、颜填料的体积浓度4、最低成膜温度5、水性涂料的流变性能和水性涂料中挥发有机物含量水性涂料的生产1、原料：原料中最重要也是应该最先考虑的是粘结剂。一般粘结剂要根据涂料的最终性能和应用要求进行调整。水基粘结剂往往比一般的溶剂涂料有更多的问题。突出的有以下方面：（1)剪切稳定性，也就是其耐机械作用的能力。（2）化学稳定性，对盐和溶剂(辅助溶剂和成膜助剂）的稳定性，页包括对所用设备的稳定性。（3）耐细菌侵蚀性。（4）所有过程都要尽可能温柔的进行。水性涂料的生产2、生产过程：成产过程可以分成几个独立的步骤，其中最关键的步骤是颜料和填料在液相(水或粘结剂）中的分散。这些步骤主要包括：（1）生产预混料；（2）分散过程；（3）全部混合好，放置；（4）测试、校正及最后调整；（5）过筛、包装其中分散过程又包括三个独立的而又紧密联系的过程：（1）颜料和填料的分散（分散的要尽量好）（2）表面的良好浸润（3）达到稳定状态，防止它们重新团聚。水性涂料的成膜•涂料的成膜定义：就是涂覆在基材表面的涂料由液态转化为无定形固态薄膜的过程。•按成膜机理分类：溶剂挥发成膜热熔成膜化学成膜乳胶凝聚成膜水性涂料成膜机理经过人们多年的研究和探讨，根据聚合物乳液的成膜过程的机理，目前，人们普遍认为其成膜过程分为三个阶段。•第一阶段：聚合物乳液中水分挥发，当乳胶颗粒占胶层的74%时，乳胶颗粒相互靠近，而达到密集的充填状态，水和水溶性物质充满在乳胶颗粒的空隙间。•第二阶段：随着水分继续不断挥发，聚合物颗粒表面吸附的吸附层被破坏，间隙越来越小，直至形成毛细管，毛细管作用迫使乳胶颗粒变形，随着挥发介质的增多，压力越来越大，直至颗粒间界面消失。•第三阶段：最后水分挥发，直到压力达到能使每个乳胶粒中的分子链扩散到另一颗