涂料配方基本原理

關于涂料配方基本原理第1頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1涂料的基本組成成膜物質、顏料、溶劑、助劑。4.1.1顏料和體質顏料

不含顏料和體質顏料的透明體稱為清漆；

含有顏料和體質顏料的不透明體稱為色漆；

加有大量體質顏料的稠厚漿狀體稱為膩子。

定義：顏料是一種微奶粉末狀的有色物質，它不溶于水或油的介質中，而能均勻的分散在介質中，涂于物體表面形成色層，呈現(xiàn)一定的色彩。

第2頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月顏料和染料的區(qū)別：顏料是不溶于水、溶劑和油類的微細粉末。染料是能溶于水、醇、油或其它溶劑等液體中的有色物質。染料可溶于介質中，而使被染物品全部染色，而顏料不溶于介質中，僅能使物品表面著色。第3頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月分類（一）無機著色顏料1、白色顏料

A、鈦白粉（TiO2）是應用最廣泛的白色顏料，有兩種晶型，金紅石型和銳鈦礦型。金紅石型用于戶外高檔涂料；銳鈦礦型主要用于制備室內涂料。

B、鋅鋇白（ZnS+BaSO4）多用于室內涂料。

C、氧化鋅（ZnO）是堿性顏料，能與脂肪酸形成鋅皂，使酸性基料配成的涂料變稠，影響施工性和使涂膜細裂。

D、銻白（Sb2O3）遮蓋力接近于鋅鋇白，有良好的耐火耐熱性，但需配以少量氧化鋅改善干燥慢、涂膜軟的缺陷。第4頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2、黃色顏料

A、鉛鉻黃（PbCrO4）又稱鉻黃，該顏料有毒性，顏色由淺黃至深黃，分別為檸檬黃（PbCrO4·PbO/PbCrO4）、橘鉻黃（PbCrO4·PbO）等五種。它是底漆、面漆應用較多的一種黃色顏料。

B、鋅鉻黃（ZnCrO4）又稱鋅黃，有良好的耐光性，但遮蓋力較差。

C、鐵黃（Fe2O3·H2O）有良好的耐光、耐堿性，但不耐酸和高溫，在150℃轉變?yōu)殍F紅?？捎糜趹敉夂嫫嶂小?、綠色顏料鉻綠（Cr2O3）由鐵藍和鉻黃混合而成，有良好的遮蓋力和著色力，不耐酸堿，在工業(yè)氣氛中易發(fā)暗，在涂料中易發(fā)花和浮色。

第5頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4、藍色顏料

A、鐵藍{KFe[Fe(CN)6]}

鐵氰化鐵鉀，因含有氧化鐵，帶紅光，又稱普魯士藍。它的著色力高，遮蓋力較差，有較好的耐光、耐酸性，但不耐堿，不耐高溫。該顏料顆粒堅硬，難研磨。涂料用鐵藍常選用青光鐵藍，尤其是在配淡藍、天藍、湖藍等淺藍色時。

B、群青（3Na2O·3Al2O3·6SiO2·2Na2S）它粒粗質硬易沉淀，有良好的耐光、耐熱和耐堿性，但不耐酸，著色力和遮蓋力均較差，但它是無機顏料中最鮮艷的。5、紅色顏料鐵紅（Fe2O3）天然氧化鐵紅色相在橘紅至深棕色，多用于廉價涂料作著色劑。合成氧化鐵紅因純度高，色調較正，著色力變強，應用廣泛。鐵紅的耐熱、耐堿性好，不耐強酸。它能吸收紫外線，賦予涂膜良好的耐光性，遮蓋力僅次于炭黑。

第6頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月6、黑色顏料

A、炭黑是用量最大的黑色顏料。炭黑耐熱、耐光、耐酸堿、耐化學品，是最細、著色力和遮蓋力最好的顏料。

B、松煙由松枝在缺氧條件下燃燒而收集到松煙。它帶藍色相，粒子比炭黑粗，黑度、著色力和遮蓋力均劣于炭黑，多用于配制帶藍色調的灰色漆。

C、石黑耐光、耐熱、耐酸堿，常用于耐熱涂料。但單獨用于底漆會促進腐蝕。

D、氧化鐵黑（FeO·Fe2O3）它帶有永久磁性，遮蓋力和著色力均良好，可部分替代炭黑增加涂膜機械強度。第7頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月7、有機顏料

A、漢沙黃（耐曬黃）是一種偶氮顏料。著色力優(yōu)于鉛鉻黃，遮蓋力較差，良好的光穩(wěn)定性，即使在沖淡體系中任有良好的耐光和和耐候性。因無毒、廉價，比鉻黃應用廣。

B、聯(lián)苯胺黃是偶氮顏料。遮蓋力優(yōu)于耐曬黃，不溶于大多數(shù)溶劑，適用于室內烘漆等。

C、顏料綠良好的遮蓋力、耐溶劑性、耐熱性和耐堿性，不耐酸，多用于烘漆和堿性基料中，但粒子硬，難分散，光澤也低。

D、酞菁藍著色力強，遮蓋力高，耐光耐熱性好，耐溶劑和耐化學介質（強酸除外），色彩鮮明，是最佳的藍顏料，由于其經濟廉價和性能優(yōu)良而應用廣泛。

E、甲苯胺紅（耐曬紅）色澤鮮艷，遮蓋力好，耐光、耐水、耐油性好，耐酸堿，耐熱短期可達180℃。

F、芳酰胺紅顏色有橘紅至紫紅，包括大紅粉。

第8頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）防腐顏料

A、紅丹（PbO2·2PbO）紅丹為橘紅色的堿性合成顏料，是鋼鐵表面最優(yōu)良的防銹顏料，其分子結構可看作是鉛酸鉛。紅丹往往含有一定量的黃丹（PbO），黃丹的皂化活性比紅丹強，防銹性也更好，但涂料穩(wěn)定性變差。此類防銹顏料易使高酸性漆料迅速變稠，另外它的毒性較大，現(xiàn)代涂料已很少使用。

B、堿式硅鉻酸鉛（PbO·CrO3·SiO2）是一種暗淡橘黃色的低著色力防腐顏料，常與其他顏料一起使用，給予良好的防銹性能。

C、磷酸鋅[Zn3(PO4)2]白色不溶性防腐蝕顏料，適用于各種涂料介質，防腐性一般，并且無毒、無污染。第9頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）體質顏料體質顏料是不溶于膠黏劑和溶劑的涂料助劑，它對漆膜幾乎沒有遮蓋力和著色力，但能提高漆膜的厚度，故又稱填料。

1、重晶石（BaSO4）天然重晶石粉堅硬致密、密度大，有良好的耐酸耐堿性，吸油量低，對各種基料適用，并使涂膜堅硬，不透紫外線。該填料的最大缺點是沉降性大。

2、瓷土（Al2O3·2SiO2·2H2O）又稱高嶺土、白土。少量的這種微細粉末便使涂料流動性產生很大影響，可防止顏料的沉降。多用于底漆、半光面漆、高黏度低顏料分漆及乳膠漆中。

3、云母粉（K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O）良好的阻光阻水性，特別適合于保護、裝飾性單涂層中。第10頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4、滑石粉（3MgO·4SiO2·H2O）為天然水合硅酸鎂礦粉，可用在底漆和面漆中增加防護性、耐洗性、耐磨性。

5、碳酸鈣（CaCO3）有重質碳酸鈣和輕質碳酸鈣之分。該填料的耐酸性差，一般用于配制中間涂層涂料和乳膠漆。4.1.2溶劑涂料溶劑分為真溶劑、非溶劑和助溶劑三類。

真溶劑是指能溶解樹脂成為均勻透明溶液的揮發(fā)性液體。不溶解樹脂的揮發(fā)性液體叫非溶劑，它與溶劑配合能降低涂料黏度。不溶解樹脂但有潛在溶劑化作用能力的揮發(fā)性液體叫助溶劑。第11頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）溶度參數(shù)

1959年，Hildebran首先提出“溶度參數(shù)”，定義溶度參數(shù)等于內聚能密度的平方根。δ1=（△E1/V）1/2δ2=（△E2/V）1/2式中△E1——溶劑的內聚力；

△E2——高聚物的內聚能；

V——溶液的總體積。當δ1=δ2，有很好的溶解性。

第12頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）溶劑的揮發(fā)性涂料中溶劑揮發(fā)速度對涂膜干燥過程和干膜外觀質量有很大的影響。溶劑的相對揮發(fā)速度如下表示：E=t90（乙酸正丁酯）/t90（試驗溶劑）式中E——試驗溶劑的相對蒸發(fā)速度；

t90——規(guī)定條件下，蒸發(fā)溶劑總量的90%所需的時間。極性溶劑較難揮發(fā)，醇類溶劑揮發(fā)慢。為了改善性能并降低成本，涂料用溶劑都采用混合溶劑，并且約50%左右是稀釋劑，其余為良溶劑和少量助溶劑。第13頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）涂料常用溶劑種類

1、烴類溶劑烴類溶劑分脂肪烴和芳香烴兩大類。脂肪烴主要是200﹟溶劑汽油，亦稱松香水或白酒精，沸程在150~190℃。它的毒性較小，常用作油性漆、油基漆和長油度醇酸樹脂漆的溶劑，不溶于合成樹脂。

芳烴溶劑有二甲苯、甲苯、苯、200﹟煤焦油及重質苯等，溶解性比脂肪烴大。甲苯和二甲苯則廣泛用作合成樹脂漆的稀釋劑。

200﹟煤焦油或重質苯屬萘溶劑，亦稱石腦油。它們主要用在厚漿型煤焦瀝青重防腐蝕涂料中，但萘的毒性較大。

第14頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2、醇類溶劑主要有乙醇和丁醇。醇類溶劑對含有親核基團的樹脂有溶劑化作用，即氫鍵作用。3、酯類和酮類溶劑酯類溶劑溶解力較強，主要有醋酸乙酯、醋酸丁酯、乳酸乙酯等。酮類溶劑主要有丙酮、甲乙酮、環(huán)己酮、甲基異丁基酮等，溶解力強。第15頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1.3輔助材料（一）催干劑

催干劑是指能提高氧化交聯(lián)型涂膜固化速度的物質，俗稱干料。1、鈷、鉛催干劑鈷、鉛干料的催干能力最強，但作用機理不同。鈷干料是表干催干劑，若單獨使用，易造成涂膜表面很快結膜封閉，使內層長期不干，造成涂膜起皺。鉛干料是促進氧穿透涂膜的干料，稱內催干劑。第16頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2、錳催干劑錳鹽也是表面催干劑，但作用較弱，可用于調整干燥速度的均一性。3、鋯催干劑鋯鹽是配位聚合型催干劑，并能有效地提高鈷和鉛干料的催干劑。具有表面和底催干的多功能性，在氣干型涂料和烘干型涂料中使用，能提高涂膜的整體性能，如光澤和硬度等。第17頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）增塑劑用于增加脆性涂膜柔韌性的有機添加劑叫增塑劑。脆性樹脂可通過共聚改性的這種內增塑方法來賦予長期韌性。涂料生產中，都采用方便的外增塑方法。外增塑就是采用與脆性樹脂相容的非揮發(fā)液體來增塑，或拼混柔性樹脂，如醇酸樹脂改性氯化橡膠。

1、氯化石蠟主要用于氯化橡膠和乙烯基漆中，對涂膜的耐化學性無不利影響。最大用量可達50%。

2、鄰苯二甲酸二丁酯這是一種應用廣泛的增塑劑，與許多樹脂相容，中等抗泛黃性，但有一定的揮發(fā)性。第18頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）顏料分散劑顏料分散是把固體顏料微細粉碎并均勻分布在液體漆料溶液中，得到能長期穩(wěn)定的懸浮體。

顏料分散的操作可被看作是潤濕、分散和穩(wěn)定這三個相關過程。

1、潤濕是樹脂溶液滲透進入顏料附聚體空間的過程，使顏料表面吸附的空氣和水汽被樹脂溶液所逐出，將固/氣界面轉變?yōu)楣?液界面；

2、分散是施加機械能于體系，靠強大的沖擊和剪切力將顏料附聚體破碎成接近一次粒子的微細顆粒，構成懸浮分散粒；

3、穩(wěn)定是懸浮分散體在無外力作用下，仍處于懸浮分散狀態(tài)，即防止不受控制的絮凝形成。

第19頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月顏料潤濕分散劑的分類：

1）潤濕分散劑按化學結構分類潤濕分散劑按化學結構分為陰離子型、陽離子型、兩性或電中性及非離子型的潤濕分散劑，根據(jù)顏料表面的電荷性質分別選用。

2）潤濕分散劑按穩(wěn)定形態(tài)分類潤濕分散劑按分散顏料的穩(wěn)定形態(tài)又分為解絮凝型和受控絮凝型兩種。

A、解絮凝型潤濕型分散劑它具有色相穩(wěn)定、著色力高、透明性好和遮蓋力強，涂料為牛頓型流動，流動性好及涂膜光澤高等特點。主要用于面漆。

B、受控絮凝型潤濕分散劑它具有防顏料沉淀和防浮色發(fā)花的能力，其實質是防沉劑。主要用于底漆和中間涂料，并提高防護性能。

第20頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）流變性改進劑流變性改進劑也稱黏度改進劑，其主要目的是改進涂料的流動性能。

1、有機膨潤土有機膨潤土可用于工業(yè)涂料、乳膠漆、底漆中，用量0.2%~1.0%。它會降低涂膜光澤，對聚氨酯和環(huán)氧-聚酰胺的使用期、附著力亦產生不良影響。

2、氣相二氧化硅為平均原始粒徑7~40nm的球形，在其表面有硅醇基團，通過氫鍵作用能形成三維結構。

3、氫化蓖麻油衍生物在非極性溶劑中，溶脹的微粒分子在極性基團的氫鍵作用下，構成觸變作用的凝膠體，主要用于厚漿型涂料，用量為0.5%~1.5%。第21頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）流平劑涂料施工后，有一個流動及干燥成膜過程，然后逐步形成一個平整、光滑、均勻的涂膜。涂膜能否達到平整光滑的特性，稱為流平性。

1）溶劑類都是高沸點良溶劑，如高沸點的酯、酮、芳烴及其混合物，用于溶劑性涂料中，延長涂膜的開放時間，對調整流動控制有效，提高涂料的流平性或防止因樹脂溶解性變差產生的縮孔現(xiàn)象。

2）醋丁纖維素用作流平劑選用高丁酰基含量的醋丁纖維素。作用機理是由于溶劑揮發(fā)時，低分子量的醋丁纖維素于基料滲出潤濕底材表面，降低了界面能力，或于表面形成單分子層。第22頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3）聚丙烯酸酯類采用分子量分布窄的較低相對分子質量的丙烯酸酯共聚物，與合成樹脂有限相容，用量1%左右。多用于粉末涂料。

4）有機硅樹脂類有機硅樹脂類助劑能有效地降低表面張力和改善潤濕性能，屬表面流動控制助劑，并具有多功能性，除了防縮孔和流平劑外，還有消泡劑和抗浮色發(fā)花劑。（六）消泡劑

1、消泡原理泡沫是在外力的作用下，不溶性氣體進入液體，形成被液體所隔離的非均相體系。泡沫的消除要經過三個過程：氣泡的再分布、氣泡膜的減薄及膜的破裂。

第23頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2、消泡劑分類

1）有機硅類消泡劑有機硅類消泡劑在溶劑性涂料中主要用于面漆。

2）聚合物類消泡劑聚合物類消泡劑主要用于溶劑性底漆和中漆，不影響重涂性。

3）有機硅與聚合物混合型消泡劑特別適合于環(huán)氧樹脂的防護涂料及工業(yè)漆等高黏度體系，有顯著的脫泡和消泡作用。

4）乳膠漆專用消泡劑的主要成分是脂肪烴、高級脂肪醇、高級脂肪酸酯，或與聚醚，或與二氧化硅和少量有機硅的混合物。第24頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（七）光穩(wěn)定劑

1、光降解作用在日光中，紫外線（290~400nm）的能量約4.2×105J/mol，與有機材料的化學鍵能相當，當有機材料長期曝露于日光中時，會發(fā)生光氧化降解而老化。

2、光氧穩(wěn)定劑

1）紫外線吸收劑

這類光穩(wěn)定劑有二苯甲酮衍生物、鄰羥基苯基苯并三唑衍生物、水楊酸苯酯等。

2）猝滅劑猝滅劑主要是有機鎳化合物。由于有著色性，適用于深色涂料。

3）自由基捕獲劑

4）氫過氧化物分解劑第25頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

選用光穩(wěn)定劑需要考慮以下幾個方面：①用量少，效率高；廉價無毒。②吸收紫外線的波長范圍寬，但不吸收可見光，以免著色。③自身有良好的光穩(wěn)定性、熱氧穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性及低揮發(fā)性。例如大多數(shù)耐候性要求高的涂料，都要經過140℃的烘烤，光穩(wěn)定劑不得有揮發(fā)和分解。對于聚氨酯漆要考慮異氰酸酯基團與穩(wěn)定劑中羧基的反應性。④與涂料樹脂和溶劑有良好的相容性。第26頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2涂料配方的基本原理

4.2.1顏料體積濃度一、顏基比涂料配方中顏料(包括填料)與固體基料的質量比稱為顏基比（Pig/B）。面漆的顏基比約為（0.25～0.9）：1.0；底漆的顏基比大多為(2.0～4.0)：1.0；室外乳膠漆顏基比為(2．0～4.0)：1.0；室內乳膠漆顏基比為(4.0～7.0)：1.0

。第27頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、顏料體積濃度與臨界顏料體積濃度

在顏料和基料的總體積中即干膜體積中，顏料所占的體積分數(shù)稱為顏料體積濃度，用PVC表示。即：

當基料逐漸加入到顏料中時，基料被顏料粒子表面吸附，同時顏料粒子表面空隙中的空氣逐漸被基料所取代，隨著基料的不斷加入，顏料粒子空隙不斷減少，基料完全覆蓋了顏料粒子表面且恰好填滿全部空隙時的顏料體積濃度定義為臨界顏料體積濃度，并用臨界顏料體積濃度（CPVC）表示。第28頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月三、顏料體積濃度對涂料性質的影響1、對漆膜的物理力學性質的影響（1）涂膜密度往純樹脂膜添加顏料，涂膜密度增加，到CPVC點時，由于孔隙產生，涂膜密度開始下降。（2）拉伸強度和黏結強度在CPVC處，漆膜的拉伸強度和黏結強度達到最大值。第29頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2、對漆膜的滲透性質的影響（1）生銹當PVC>CPVC時，易造成腐蝕。（2）起泡隨著PVC的增加，漆膜會出現(xiàn)嚴重起泡到不起泡的突變。（3）抗?jié)癫列噪S著PVC的增加，抗?jié)癫列悦黠@下降。（4）抗污性PVC增