涂料工艺笔记.docx

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涂料工艺笔记

涂料工艺

第一章　绪论

第一节　涂料的发展概况

一、定义

涂料（coating）：

涂于物体表面能形成具有保护、装饰或特殊性能（如绝缘、防腐、标志等）固态涂膜的一类液体或固体材料。

二、发展概况

1.油漆paint

2.涂料coating

20年代硝基纤维素

30年代：

醇酸树脂

40年代：

环氧、有机硅

50年代：

聚丙烯酸酯

60年代：

聚氨酯

70年代：

粉未涂料

80年代：

基团转移聚合方法

目前1）功能性涂料：

耐温、防火、示温、导电、磁性、耐磨、润滑、吸波；

2）用生物学方法合成高分子原料

三、发展趋势

1.原材料的变化

原始涂料（天然矿物+色素）→油性涂料（油、松香）→天然树脂（大漆、虫胶）→合成树脂→？

2.形态的变化

溶剂型

水性化

高固体份化

无溶剂化

粉未化

3.制造技术

手工

管道化

密闭化

连续化

自动化

4.涂料品种

多样化；系列化；功能化；半永久化

第二节　涂料的功能

保护装饰标志特殊功能

第三节　涂料的基本组成及其作用

涂料的基本组成可用下图示意：

第四节　涂料的分类与命名

一、涂料有以下一些分类法：

1.用途：

家具漆、建筑漆、船舶漆、汽车漆、电气绝缘漆等。

2.施工方法：

涂刷用漆、喷漆、浸涂漆。

电泳漆等。

3.施工工序：

腻子、底漆、二道底漆、面漆、罩光漆等。

4.形态：

溶剂型漆、水溶性漆、水乳胶漆、粉末涂料、高固体份涂料、无溶剂涂料等。

5.外观：

大红漆、黑漆、有光漆、无光漆、半光漆、皱纹漆等。

二、涂料分类国家标准：

《涂料产品分类、命名和型号》国家标准GB2705-92

1.命名原则：

涂料全名＝颜色或颜料名称+成膜物质名称+基本名称

e.g.红硝基磁漆、铁红酚醛底漆

2.涂料型号：

涂料型号＝成膜物质代号+基本名称代号+序号代号

表1.1　成膜物质分类及命名代号

命名代号

涂料类别

主要成膜物质

Y

油性漆类

天然动植物油、清油、合成油

T

天然树脂漆类

松香、虫胶、乳酪素、动物胶、大漆

F

酚醛漆类

酚醛树脂、改性酚醛树脂、甲苯树脂

L

沥青漆类

天然沥青、煤焦沥青、石油沥青

C

醇酸漆类

醇酸树脂及改性醇酸树脂

A

氨基漆类

脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂

Q

硝基漆类

硝基纤维素、改性硝基纤维素

M

纤维素漆类

苄基纤维、乙基纤维、羟甲基纤维、乙酸纤维、乙酸丁酸纤维

G

过氯乙烯漆类

过氯乙烯树脂、改性过氯乙烯树脂

X

乙烯漆类

氯乙烯共聚树脂、聚乙酸乙烯及其共聚物、聚乙烯醇缩醛树脂、含氯树脂、氯化聚丙烯、石油树脂

B

丙烯酸漆类

丙烯酸树脂

Z

聚酯漆类

不饱和聚酯、聚酯

H

环氧漆类

环氧树脂、改性环氧树脂

S

聚氨酯漆类

聚氨酯

W

元素有机漆类

有机硅、有机氟树脂

J

橡胶漆类

天然橡胶、合成橡胶及其衍生物

E

其他漆类

聚酰亚胺、无机高分子材料

表1.2　涂料基本名称代号

代号

基本名称

代号

基本名称

代号

基本名称

00

清油

01

清漆

02

厚漆

03

调合漆

04

瓷漆

05

粉未涂料

06

底漆

07

腻子

09

大漆

11

电泳漆

12

乳胶漆

13

水溶性漆

14

透明漆

15

斑纹漆、裂纹漆、桔纹漆

16

锤纹漆

17

皱纹漆

18

金属漆、闪光漆

20

铅笔漆

22

木器漆

23

罐头漆

24

家电用漆

26

自行车漆

27

玩具漆

28

塑料用漆

30

（浸渍）绝缘漆

31

（覆盖）绝缘漆

32

抗弧磁漆、互感器漆

33

（粘合）绝缘漆

34

漆包线漆

35

硅钢片漆

36

电容器漆

37

电阻漆、电位器漆

38

半导体漆

39

电缆漆、其他电工漆

40

防污漆

41

水线漆

42

甲板漆

43

船壳漆

44

船底漆

45

饮水舱漆

46

油舱漆

47

车间（预涂）底漆

50

耐酸漆、耐碱漆

52

防腐漆

53

防锈漆

54

耐油漆

55

耐水漆

60

防火漆

61

耐热漆

62

示温漆

63

涂布漆

64

可剥漆

65

卷材涂料

66

光固化涂料

67

隔热涂料

70

机床漆

71

工程机械用漆

72

农机用漆

73

发电、输配电设备用漆

77

内墙涂料

78

外墙涂料

79

屋面防水涂料

80

地板漆、地坪漆

82

锅炉漆

83

烟囱漆

84

黑板漆

86

标志漆、路标漆

87

汽车漆（车身）

88

汽车漆（车盘）

89

其他汽车漆

90

汽车修补漆

93

集装箱漆

94

铁路车辆用漆

95

桥梁漆

96

航空、航天用漆

98

胶液

99

其他

表1.3　涂料产品序号代号表

涂料产品

代号

自干.

烘干

清漆、底漆、腻子

1－29

＞30

磁漆

有光

1－49

50－59

半光

60－69

70－79

无光

80－89

90－99

专业用漆

清漆

1－9

10－29

有光磁漆

30－49

50－59

半光磁漆

60－64

65－69

无光磁漆

70－74

75－79

底漆

80－89

90－99

3.实例

Q01－17硝基清漆

17表示自干

C04－2白醇酸磁漆

2表示自干有光

H52－98铁红环氧酚醛烘干防腐漆

98表示烘干底漆

G64－1过氯乙烯可剥漆

1表示自干清漆

Q86－31各色硝基标志漆

31表示自干有光磁漆

Y53－31红丹油性防锈漆

31表示自干有光磁漆

4.辅助材料

表1.4　辅助材料的分类

代号

X

F

G

T

H

名称

稀释剂

防潮剂

催干剂

脱漆剂

固化剂

第二章　涂料配方的基本概念

涂料配方的主要成分有：

树脂、颜料、溶剂和助剂

第一节　颜料体积浓度（PVC）和CPVC

1.颜料体积浓度（PVC）

各种色漆配方PVC值

色漆品种

PVC，%

酚醛磁漆

7~12

醇酸磁漆

3~20

各种底漆

40~55

各种半光漆

40~55

各种无光漆

45~60

中油度的醇酸树脂配制有光醇酸磁漆，黑色磁漆PVC约为2-3%，绿色磁漆PVC约为8-10%，白色磁漆约为16-18%。

2.临界颜料体积浓度（CPVC）:

树脂恰好填满全部空隙时的颜料体积浓度。

CPVC是漆膜性能的转折点，见下图2.1。

图2.1　涂料性质在CPVC时的突变

第二节CPVC的计算

OA为颜料的吸油量；ρ为颜料的密度。

OA为100克的颜料所能吸附的亚麻油量。

表2.1　一般涂料的PVC值

PVC/CPVC

有光涂料

0.05~0.6

半光涂料

0.6~0.85

墙体涂料

0.95~1.15

第三节　涂膜的干燥与固化

涂料的成膜过程就是将涂覆到被涂物表面的涂料由液态（或粉末状），转化为无定形薄膜的过程。

这一过程也称作涂料的固化或涂料的干燥。

一、涂料的成膜机理

（一）溶剂挥发型

在这类涂料的干燥成膜过程中不发生显着的化学变化，溶剂挥发后残留涂料组份形成涂膜。

硝基漆、过氯乙烯漆都属于这种类型，挥发过程包括下述两个阶段：

第一阶段是紧接涂装后大量自由溶剂的挥发。

第二阶段是与成膜物连结比较牢固的残余溶剂的挥发。

（二）乳液凝聚型

乳液是指细微的树脂粒子（直径在0.1~1mm之间）以非均相的方式分散于连续相即介质中的涂料体系。

根据连续相介质的不同，可分为水分散体和非水分散体，它的干燥就是这些树脂微粒的凝聚成膜。

这个过程与溶剂挥发同时发生，其间也没有显着的化学变化。

（三）缩合反应型

由大分子量的具有线型分子链结构的树脂通过缩合反应形成交联网状结构而固化成膜。

属于这一类型的有酚醛树脂。

氨基醇酸树脂、脲醛树脂等。

下面以氨基醇酸烘漆为例说明其机理：

（四）聚合交联型

聚合交联型涂料：

靠聚合反应形成高分子化合物涂膜的涂料。

特点是这种涂料施工时是低分子量的不饱和单体或其低聚物，干燥固化时发生聚合反应而形成高分子涂膜。

常见的有环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂涂料。

聚合交联型涂料又可分成下列几种情况：

1.树脂与单体的自由基聚合

2.两种低聚合度树脂的聚合交联

3.氧化聚合型

4.辐照聚合型

二、涂膜的干燥方式

干燥过程可分为三个阶段：

1.指触干（表干）：

涂层在被涂物表面经一段时间后首先达到表干阶段。

其特征是用手指轻触涂膜，涂膜不附在手指上。

2.半硬干：

表干后，溶剂挥发至基本完全，达到半硬阶段。

其特点是用手指轻按涂膜，在涂膜上不留有指痕。

3.干透：

涂膜达到完全干燥阶段。

其特征是用手指强压涂膜不留下指纹，用手指快速划过涂膜，不留下划痕。

涂膜的干燥方式可分为：

1.自然干燥

2.自然干燥是指将涂膜放置在大气中常温下干燥固化。

习惯又称自干或气干。

自然干燥仅适合于挥发型、乳液凝聚型、氧化聚合型及某些外加固化剂的聚合型涂料。

3.加热干燥

4.加热干燥可分为烘烤干燥和强制干燥。

烘烤干燥是指对烘烤型涂料的加热干燥，即对不加热就不能干燥的涂料的加热干燥。

对能自然干燥的涂料进行加热以促进干燥，缩短干燥时间，则称作强制干燥。

5.按烘烤温度，加热干燥可分为低温（<100℃）、中温（100~150℃）、高温（>150℃）三段。

6.表2.2　加热干燥3个温度范围

分段

温度范围

适用涂料

低温

<100℃

适用于强制性干燥，即本来可以自然干燥，但为缩短时间而烘烤和涂料，如硝基漆、某些醇酸树脂等

中温

100~150℃

氨基醇酸、热固性丙烯酸、环氧酯等

高温

>150℃

电泳涂料、粉末涂料、某些有机硅树脂涂料

7.照射干燥

8.照射干燥分为紫外光固化和电子束固化。

紫外光固化用的是波长在300~450nm之间的近紫外线，含有光敏引发剂的涂膜受照射后产生游离基引发聚合反应。

第三章　涂料的基本组份

涂料一般由主要成膜物质（油料、树脂）、次要成膜物质（颜料、填料）、辅助成膜物质（助剂）和挥发物质组成。

涂料组成中不含颜料和填料的透明体称为清漆，含有颜填料的不透明体称为色漆（磁漆、调合漆、底漆），加有大量体质颜料的稠厚浆状体称为腻子。

第一节　油

一、油的组成

主要成分是甘油的三脂肪酸酯，其结构如下：

其中R1、R2、R3是脂肪酸基，主要的脂肪酸有：

硬脂酸

CH3（CH2）16COOH

油酸

CH3（CH2）7CH=CH（CH2）7COOH

亚油酸

CH3（CH2）4CH=CHCH2CH=CH（CH2）7COOH

桐油酸

CH3（CH2）3CH=CHCH=CHCH=CH（CH2）7COOH

亚麻酸

CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH（CH2）7COOH

二、油的质量

碘值：

表征油的干性的主要指标，也就是表征油中双键含量多少。

定义：

100克油所能吸收碘的克数。

以油酸为例：

故油酸的碘值为：

三、油的种类

根据干燥性能和碘值，油可分成干性油、半干性油和不干性油三大类。

1.干性油

碘值在140以上，油分子中平均有六个双键以上。

特征：

在空气中就能被氧化干燥成几乎不溶于有机溶剂、加热不软化的膜。

代表性的有桐油、亚麻仁油、梓油和苏籽油。

2.半干性油