第四章水性涂料和粉末涂料

第四章水性涂料和粉末涂料第1頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二4.1.1概況凡是用水作溶劑或者作分散介質(zhì)的涂料，都可稱為水性涂料。水性涂料水溶性涂料水稀釋性涂料水分散性涂料第2頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二4施工簡單方便，施工機器可直接用水清洗。1以水為介質(zhì)，安全，無火災隱患。3能在潮濕環(huán)境下施工,對工件材質(zhì)的適應性好，附著力好。2VOC含量大大降低，減少了對大氣的污染。

優(yōu)點4.1.1概況第3頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二成膜時干燥時間較長，尤其是在低溫高濕環(huán)境下。由于水的表面張力較大，使得涂料對基材的潤濕困難。以水作溶劑，金屬基體極易腐蝕。樹脂與水的相容性不好，以致涂料的儲存穩(wěn)定性差。容易遭受微生物破壞。水性涂料中的基料和添加劑為有機物質(zhì)，體系中含有機溶劑為2%-12%，仍會對環(huán)境造成一定的污染。4.1.1概況缺點第4頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二4.1.1概況因此，水性涂料中需加入各種助劑來改善和提高其性能，這些助劑包括助溶劑、乳化劑、潤濕分散劑、成膜助劑、增稠劑、消泡劑、催干劑、防霉殺菌劑、緩蝕劑等。制備水性涂料的關鍵是在制備水性樹脂，可用作水性涂料基料的水性樹脂包括水性醇酸樹脂、水性環(huán)氧樹脂、水性丙烯酸樹脂、水性聚氨酯樹脂和水性聚酯樹脂等。第5頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二4.1.2水性樹脂的制備方法

制備水性樹脂的關鍵是在樹脂分子上引入親水性基團，使樹脂具有水溶性或水分散性。親水性基團主要包括：陽離子、陰離子或非離子親水鏈段。第6頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二4.1.2水性樹脂的制備方法

制備水性樹脂的方法很多，但最新的方法主要有以下幾種：(1)采用水性單體共聚

水性單體包括羧酸類、酰胺類、磺酸類單體和一些陽離子單體。在聚合過程中，共聚單體由于其強親水性而結(jié)合在膠粒表面，形成親水性膜而產(chǎn)生立體穩(wěn)定效應。離子型單體還能使膠粒表面產(chǎn)生電荷，通過靜電斥力來維持乳液的穩(wěn)定。影響因素：單體的種類、用量、加料方式和羧基單體的中和度對聚合及乳液的穩(wěn)定性均有較大影響。單體的水溶性太大，易在水相發(fā)生均聚；反之，易埋在膠粒里，均不利于共聚合。第7頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二4.1.2水性樹脂的制備方法

(2)采用可聚合乳化劑

可聚合乳化劑種類很多，主要有烯丙醇的衍生物、馬來酸的衍生物、丙烯酰胺的衍生物、丙烯酸及其酯的衍生物等。影響因素：聚合活性和親水性。聚合活性太高，它在聚合過程的早期就會和其他單體共聚而埋在粒子內(nèi)部；活性較低，則它在聚合過程的后期才與其他單體共聚，不易埋在顆粒內(nèi)而位于顆粒的表面；但聚合活性太小，它就難以鍵合到乳膠粒上。親水性太小的可聚合乳化劑也易埋在顆粒內(nèi)，但太大可能會水相聚合，形成水溶性聚合物。第8頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二4.1.2水性樹脂的制備方法

(3)采用大分子乳化劑

大分子乳化劑的遷移性遠低于小分子乳化劑，在聚合過程中還可能與乳膠粒發(fā)生接枝作用，因而采用大分子乳化劑可克服小分子乳化劑易遷移、易氣泡的缺點。大分子乳化劑主要包括嵌段共聚物、接枝共聚物等。(4)化學改性

對環(huán)氧樹脂，一般是通過化學改性的方法來達到水性化的目的。一般的環(huán)氧數(shù)字是不溶于水的，通過對環(huán)氧樹脂進行改性，在其分子中引入羧基、羥基、氨基、醚鍵、酰胺基或非離子親水鏈段等親水基團，使其轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄曰蛩稚⑿原h(huán)氧樹脂。第9頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二4防霉殺菌劑6緩蝕劑2水性消泡劑5水性流平劑成膜助劑3水性潤濕分散劑1水性助劑4.1.3水性助劑

第10頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二

水性潤濕分散劑

水性潤濕分散劑是為了確保顏料在水性體系的潤濕、分散。用于水性體系的潤濕分散劑可分為三類：無機分散劑、聚合物型分散劑和超分散劑。(1)無機分散劑目前使用最多的無機分散劑主要有聚磷酸鹽、硅酸鹽等。聚磷酸鹽主要有六偏磷酸鈉、多聚磷酸鈉、三聚磷酸鉀和焦磷酸四鉀等。作用機理：通過氫鍵和化學吸附，起靜電斥力穩(wěn)定作用。優(yōu)點：用量少(約0.1%左右)，對無機顏料分散效果好。第11頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二缺點：一是隨著pH值和溫度的升高，多聚磷酸鹽容易水解，造成長期儲存穩(wěn)定性不良；二是多聚磷酸鹽在乙二醇、丙二醇等二醇類溶劑中不完全溶解，會影響有光乳膠漆的光澤。(2)聚合物型分散劑

主要有聚丙烯酸鹽類、聚羧酸鹽類、縮合奈磺酸鹽、多元酸共聚物等。

水性潤濕分散劑

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水性潤濕分散劑

特點：在顏料表面產(chǎn)生較強的吸附或錨固作用，具有較長的分子鏈已形成空間位阻，鏈端具有水溶性，有的還輔以靜電斥力，達到穩(wěn)定的結(jié)果。要使分散劑具有良好的分散性，要嚴格控制相對分子質(zhì)量。相對分子質(zhì)量太小，空間位阻不足；相對分子質(zhì)量太大，會產(chǎn)生絮凝作用。(3)超分散劑分子結(jié)構(gòu)分為兩個部分：一部分為錨固基團，采用平面吸附方式，將分散劑錨合在顏料顆粒表面，防止超分散劑脫附；另一部分為溶劑化鏈，它與分散介質(zhì)具有良好的相容性，能在顏料表面形成足夠厚的保護層。第13頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二作用機理：通過伸展于液相中的高分子所產(chǎn)生的靜電斥力和位阻斥力的共同作用而使粒子均勻分散于體系中的。超分散劑親水端大多為側(cè)鏈帶羧基的聚合物，如丙烯酸(酯)、馬來酸(酯)及他們的衍生物，疏水端單體為不飽和烴類，如苯乙烯、乙烯、丁二烯、二異丁烯、a-甲基苯乙烯等。

水性潤濕分散劑

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水性消泡劑泡沫的存在使生產(chǎn)操作困難，給漆膜留下的氣泡造成表面缺陷，既有損外觀，又影響涂膜的防腐性和耐候性。水性涂料消泡劑一般分為三類：有機消泡劑、聚硅氧烷類消泡劑和聚醚類消泡劑。常用的有機消泡劑一般是由水溶性差、表面張力低的液體組成，破壞作用很強，而抑泡作用很差。有機消泡劑包括：礦物類如液體石蠟；胺類及酰胺類如二戊胺；醇類如己醇。礦物油類消泡劑使用比較普遍,主要用于平光和半光乳膠漆中。第15頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二

水性消泡劑聚硅氧烷類消泡劑表面張力低，消泡和抑泡能力強，不影響光澤,但使用不當時,會造成涂膜縮孔和重涂性不良等缺陷。常用聚硅氧烷類消泡劑包括乳液型聚硅氧烷消泡劑和聚醚改性有機硅氧烷消泡劑。乳液型聚硅氧烷消泡劑，俗稱有機硅消泡劑，通過乳化甲基硅油制得，它在水相中易分散，用量小，消泡快；聚醚改性有機硅氧烷消泡劑由聚甲基硅氧烷和聚醚兩種鏈段組成，通過改變硅氧烷、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷的比例，可以調(diào)節(jié)消泡能力。第16頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二成膜助劑通過對乳膠粒子的溶解作用，降低了乳膠體系玻璃化溫度。它能促進乳膠粒子的塑性流動，改善其聚結(jié)性能，使其能在廣泛的施工范圍內(nèi)成膜。一旦乳膠粒變形與成膜過程完成后，成膜助劑會從涂抹中揮發(fā)，從而使聚合物玻璃化溫度恢復到初始值，成膜助劑起一種“臨時”增塑劑的作用。成膜助劑大都為微溶于水的強溶劑，有醇類、醇醚及其酯類等。傳統(tǒng)的成膜助劑有：松節(jié)油、松油、1,2-丙二醇、乙二醇醚及其醋酸酯，這些溶劑都有一定的毒性，正逐漸為低毒性丙二醇醚類及其醋酸酯代替。

成膜助劑第17頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二

成膜助劑盡管成膜助劑對乳膠漆的成膜有很大作用，但成膜助劑是有機溶劑，對環(huán)境有一定影響，所以發(fā)展的方向是環(huán)境友好型的有效成膜助劑，如降低氣味、降低揮發(fā)性有機物含量，制備低毒、安全、生物降解的成膜助劑以及活性成膜助劑。第18頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二

防霉殺菌劑主要通過阻礙菌體呼吸、干擾病原菌的生物合成、破壞細胞壁的合成、阻礙類脂的合成發(fā)揮作用。常用防霉殺菌劑包括：取代芳烴類，如五氯苯酚及其鈉鹽，四氯間苯二甲腈，臨苯基苯酚等；雜環(huán)化合物類，如苯并咪唑氨基甲酸甲酯等；胺類化合物，如雙硫代氨基甲酸酯四甲基二硫化鐵蘭姆等；有機金屬化合物，如有機汞，有機錫和有機砷。目前應用的防霉殺菌劑大都有一種或多種活性成分進行復配,復配的活性成分不僅保證殺菌譜線的全面性，而且不易使周圍環(huán)境的細菌出現(xiàn)選擇性適應。第19頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二

水性流平劑水性涂料用流平劑主要有聚丙烯酸酯類、有機硅類、微粉化蠟乳液。聚丙烯酸酯類流平劑能降低涂料與基材之間的表面張力，使涂料與基材間有最佳的潤濕性?？梢栽诙虝r間內(nèi)遷移到涂層表面形成單分子層，以保證表面張力均勻化，增加抗縮孔效應，從而改善涂膜表面的光滑平整度。有機硅類流平劑是以相容性受限制的長鏈硅樹脂為主要組成,可分為聚醚改性有機硅、聚酯改性有機硅、反應性有機硅。改性有機硅可以消除貝娜德渦流，防止發(fā)花、橘皮，降低涂料與底層的界面張力，提高對底材的潤濕性，增加附著力，減少縮孔、針眼等涂膜表面病態(tài)。第20頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二

緩蝕劑緩蝕劑可以防止或減緩腐蝕作用，在金屬表面使用水性涂料，干燥過程中金屬表面與涂料中水的接觸容易發(fā)生閃繡等腐蝕現(xiàn)象，引入緩蝕劑，能有效避免金屬腐蝕。緩蝕劑可分為氧化型、非氧化無機鹽、金屬陽離子、有機化合物和無機緩蝕顏料。氧化型緩蝕劑包括鉬酸鹽、鎢酸鹽、鉻酸鹽等。非氧化無機鹽如磷酸鹽，可以多種形式使用，既可作為鋼鐵的處理劑，也可作為顏料用于涂料，非氧化型無機鹽的離子不直接參與氧化膜的形成，它的功能在于解決氧化膜的不連續(xù)性，使涂膜中缺陷部分的微孔通過陰離子的沉積而得到堵塞。第21頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二

緩蝕劑有機緩蝕劑主要包括堿式磺酸鹽、二壬基奈磺酸鹽、有機氮化物鋅鹽，螯合物助劑、胺與胺鹽等。它是靠化學吸附、靜電吸附或是π鍵的軌道吸附。無機緩蝕劑主要有磷酸鹽、硼酸鹽、鉬酸鹽、鋅粉等。在金屬材料表面的有機涂料中添加防腐蝕顏料，可以顯著提高有機涂層的抗腐蝕性能。第22頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二4.1.4乳膠漆以合成樹脂乳液為基料，以水為分散介質(zhì)，加入顏料和助劑，經(jīng)一定工藝過程制成的涂料。

定義第23頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二合成乳液成膜物質(zhì)無機顏料、有機顏料水分散劑、增稠劑、成膜物質(zhì)、消泡劑、顏料溶劑助劑

乳膠漆的組成第24頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二

乳膠漆的成膜機理第25頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二良好的附著力1抗開裂2透氣性3耐擦洗抗污性4抗UV紫外線輻射5耐水6防霉菌生長7

乳膠漆的性能特點第26頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二熱塑性：有限的抗壓痕和抗粘連性環(huán)境：貯存、施工和成膜質(zhì)量受環(huán)境影響附著力：對困難底材的附著力有限硬度：受到良好的成膜需求的限制乳膠漆的局限性

乳膠漆的局限性第27頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二

乳膠漆的類型(1)丁苯乳膠漆它是應用最早的乳膠漆,是由丁二烯和苯乙烯進行聚合獲得的乳膠制成的。主要作內(nèi)用建筑漆。但由于其漆膜易變黃變脆，對墻面附著力不好等缺點，現(xiàn)已被性能更好的聚醋酸乙烯乳膠漆所代替。(2)聚醋酸乙烯乳膠漆

它是應用最廣泛的乳膠漆，由醋酸乙烯聚合得到的乳膠制成。它作為室內(nèi)灰面墻漆，比丁苯乳膠漆有較好的保色性和附著力。它還具有適合室外使用的一定程度的耐侯性，為了使漆膜不開裂粉化，用順丁烯酸二丁脂作為增韌劑，可提高漆膜的柔韌性。這種漆對木面和舊漆膜也有一定的附著力。第28頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二(3)丙烯酸乳膠漆

它是由一些丙烯酸脂共聚物制成的。由于丙烯酸共聚物的種類不同，可得到不同品種的乳膠漆。由于丙烯酸乳膠漆具有漆膜柔軟，能耐水耐堿，戶外耐侯性好，與被涂物粘接力大等特點，因此常作為室外木面和抹灰面建筑用漆。

乳膠漆的類型(4)油基乳化漆

它是由干性植物油、松香甘油脂、乳化劑、催干劑加入適量的水與氨水組成。它具有一定的耐油性，絕緣性，可作為絕緣漆。由于儲存穩(wěn)定性不好，一般都做成漆基，使用時再乳化。還有一種粉末乳膠漆，有儲存期長、運輸使用方便等優(yōu)點。第29頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二

乳膠漆的類型(5)苯乙烯/丙烯酸系乳液苯乙烯/丙烯酸系乳液也稱為“改性丙烯酸乳液”，是以一部分或全部苯乙烯代替全丙烯酸系中的甲基丙烯酸甲酯。苯乙烯也是一種硬單體，其作用僅次于甲基丙烯酸甲酷．但價格都要便宜得多。在共聚乳液中苯乙烯含量可高達50％．但用量太多會降低在極性物上的附著力。在外用白漆中，其保色性比全丙烯酸酯差些。這類乳膠漆也具有良好的耐候性、耐水解性及抗粉化性,并可制成有光乳膠漆，價格與性能是比較適當?shù)?。因此這類乳膠漆得到了迅速的發(fā)展．特別在國內(nèi)應用廣泛。第30頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二4.2粉末涂料以粉末形態(tài)進行涂裝的涂料。第31頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二歷史背景4.2粉末涂料火焰噴涂法把聚乙烯粉末以熔融狀態(tài)涂覆到金屬表面上20世紀30年代后期50年代

流化床浸涂法,熱塑性粉末涂料有了較快的發(fā)展60年代熱固性環(huán)氧粉末涂料的開發(fā)和利用90年代后粉末涂料得到極大的發(fā)展4.2.1概況第32頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二不含有機溶劑，儲存穩(wěn)定、運輸方便。1VOC為0，既節(jié)省能源，又無環(huán)境污染。2涂裝效率高，其成膜物質(zhì)100%。3涂膜厚度容易控制。4涂層具有優(yōu)異的物理機械性能。5生產(chǎn)和操作比較安全，無臭，無毒。64.2.1概況優(yōu)點第33頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二4涂膜固化溫度高，不如高固體分涂料和輻射固化涂料節(jié)能.1制造粉末涂料的設備要求較高,投資較大.3只適合厚膜涂裝，不適合薄膜涂裝.2配色困難，換色也比較麻煩.

缺點4.2.1概況第34頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二4.2.2粉末涂料的種類粉末涂料熱塑性粉末涂料熱固性粉末涂料物理性熔融塑化成膜過程化學性交聯(lián)反應固化過程第35頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二

熱塑性粉末涂料主要包括聚乙烯粉末涂料、含氟粉末涂料、尼龍粉末涂料、聚苯硫醚粉末涂料、乙烯-醋酸乙烯粉末涂料、醋丁纖維素和醋丙纖維素粉末涂料。第36頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的最便宜的聚合物之一，一般由低密度聚乙烯制造，該涂料耐礦物、耐堿、耐鹽類和耐化學藥品性能好，涂膜拉伸強度、表面硬度和沖擊強度等物理機械性能好，涂膜電性能好。主要用于涂裝金屬網(wǎng)板、鋼制家具、化工設備等。聚乙烯粉末涂料第37頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二聚四氟乙烯含氟粉末涂料聚三氟氯乙烯聚偏氟乙烯具有優(yōu)異的耐腐蝕性，甚至在王水中也不腐蝕，優(yōu)良的介電性能，極低的摩擦系數(shù)和自潤滑性，所以素有“塑料王”之稱。應用于石油、化工防腐涂層、電子電器材料等。聚三氟氯乙烯價格比PTFE便宜加工溫度可以降低，涂層可在130℃以下長期使用，耐堿，耐酸。已大量應用于化工廠、農(nóng)藥廠、制藥廠、洗滌劑廠等的防腐設備。耐候性優(yōu)異，在室外曝曬有高的耐降解性，并且不吸灰塵，很容易保持原有光澤。第38頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二具有較高的機械強度、抗沖擊性能、硬度、耐磨性和摩擦系數(shù)小、低吸塵等優(yōu)點，可用于特殊要求的部件。如用于水泵葉輪、紡織機械零部件、汽車車輪、建筑和運動器材等。尼龍的抗鹽水和對霉菌、細菌的惰性，很適于制造浸于海水或接觸海水的涂層，尼龍粉末涂料無毒、無味，不被霉菌侵蝕，不會促使細菌生長，很適于噴涂食品工業(yè)的零部件，飲用水管和食品包裝等。尼龍粉末涂料第39頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二

熱固性粉末涂料熱固型粉末涂料是指以熱固性樹脂作為成膜物質(zhì)，加入起交聯(lián)反應的固化劑經(jīng)加熱后能形成不溶不熔的質(zhì)地堅硬涂層。溫度再高該涂層也不會像熱塑性涂層那樣軟化，而只能發(fā)生分解。所采用的樹脂為聚合度較低的預聚物，分子量較低，因此涂層的流平性較好，具有較好的裝飾性，而且低分子量的預聚物經(jīng)固化后，能形成網(wǎng)狀交聯(lián)的大分子，因而涂層具有較好防腐性和機械性能。第40頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二

熱固性粉末涂料主要包括熱固性聚酯環(huán)氧涂料、環(huán)氧粉末涂料、聚氨酯粉末涂料、丙烯酸粉末涂料、丙烯酸-聚酯粉末涂料等。第41頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二

熱固性粉末涂料熱固性聚酯環(huán)氧型涂料是以聚酯為主要成膜物質(zhì)，加環(huán)氧樹脂及助劑加工而制成的粉末涂料，是一種混合型粉末涂料。環(huán)氧樹脂起到了降低成本、賦予漆膜耐腐蝕性、耐水性等作用，而聚酯樹脂則可改善漆膜的耐候性和柔韌性。環(huán)氧粉末涂料是以雙酚A環(huán)氧樹脂為主體，加入適量的助劑，在一定的溫度下混煉、冷卻分化而成。無污染，熔融黏度低，流平性好，不需要底漆，涂膜堅固，力學性能好，有優(yōu)異的反應活性和儲藏穩(wěn)定性，應用范圍廣。第42頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二

熱固性粉末涂料聚氨酯粉末涂料是由端羥基的聚酯和各種封閉型多異氰酸酯為成膜物質(zhì)的粉末涂料，由羥基和異氰酸酯反應生成含氨基甲酸酯結(jié)構(gòu)的聚氨酯交換膜。該涂料有突出的流動性，漆膜光澤高、耐候性好、物理機械性能和耐化學性都十分優(yōu)越。丙烯酸粉末涂料有優(yōu)良的耐候性、保光性、裝飾性、耐污染性，物理性能和電氣絕緣性能良好，是一種具有高裝飾性能的涂料。第43頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二4.2.3粉末涂料的組成第44頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二4.2.4粉末涂料用助劑主要包括固化劑和固化促進劑、流平劑、消光劑、光穩(wěn)定劑、增稠劑、偶聯(lián)劑、脫氣劑等。(1)固化劑和固化促進劑熱固性粉末涂料的成膜是通過加入某種化學物質(zhì)并使其在一定的條件下與基料樹脂發(fā)生交聯(lián)反應形成不溶、不熔的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物來完成。第45頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二室溫下呈固態(tài)，并且易于粉碎以利于在預混階段均勻分散；

1固化劑和固化劑促進劑具備的性能室溫下應是穩(wěn)定的化合物，不易受大氣、潮氣的影響；

2與基體樹脂混溶，而熔融混煉時又不發(fā)生反應；

3室溫下交聯(lián)基團是潛伏的，只有在溫度升高后才發(fā)揮其交聯(lián)固化作用；

4第46頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二固化劑和固化劑促進劑具備的性能施工后能在較短時間內(nèi)迅速完成固化反應；

5使用時無刺激性氣體產(chǎn)生，無毒性危害；

6對涂膜無著色性；

7第47頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二(2)流平劑4.2.4粉末涂料用助劑熔融聚結(jié)形成涂膜流平第48頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二固態(tài)流平劑在粉末涂料的制造過程中直接加入，與其他物料一起干混合，在擠出、粉粹、篩分。流平劑液態(tài)流平劑必須是先與部分基料樹脂一起熔融分散，待冷卻粉碎后再與其他物料一起混合，擠出、粉粹。篩分。第49頁，共59頁，2023年，2月20日，星期二(3)消光劑粉末涂料的消光是通過在配方組分中加入消光劑來實現(xiàn)的。通常根據(jù)消光途徑的差異將消光劑分為物理消光劑和化學消光劑兩大類。物理消光劑是通過借助于其與基料樹脂不相容性來達到消光的目的的。主要包括金屬皂、某些低分子化合物、蠟和金屬鹽的混合物、金