精細(xì)化學(xué)品化學(xué)Ⅰ.ppt

1、涂 料,第一章 概論,1.1 有關(guān)涂料的基本情況 1.1.1 涂料的定義 涂料是指用特定的施工方法涂覆到物體表面后，經(jīng)固化使物體表面形成美觀而有一定強(qiáng)度的連續(xù)性保護(hù)膜、或者形成具有某種特殊功能涂膜的一種精細(xì)化工產(chǎn)品。,1.1.2 涂料的歷史,古代 ： 大漆 漆器。 18世紀(jì)后形成工業(yè)體系： 1790年英國第一個(gè)涂料工廠。 1855年： 第一個(gè)樹脂廠。 20世紀(jì)20年代 ：一戰(zhàn)后 硝基漆，酚醛漆。 20世紀(jì)60年代以后 ：涂料工業(yè)大發(fā)展。,1.1.3 現(xiàn)代涂料的特點(diǎn),1.以現(xiàn)代科學(xué)理論為指導(dǎo)，有目的的進(jìn)行研究開發(fā)工作（如涂料助劑的發(fā)展）。 利用共聚、改性和混合的方法制備各種特色樹脂，提高了涂料性

2、能。 對涂料的測試，從測定表面現(xiàn)象轉(zhuǎn)向測定內(nèi)在質(zhì)量和結(jié)構(gòu)。,世界排名前十位的涂料,阿克蘇諾貝爾 (AKZO Nobel ) AKZO Nobel 2001年涂料銷售額達(dá)495億美元，是當(dāng)今世界首屈一指的涂料和油漆制造、供應(yīng)商。,PPG工業(yè) (美國玻璃工業(yè)公司) PPG是美國最大的涂料制造公司，也是全球最大的交通運(yùn)輸涂料生產(chǎn)企業(yè)，并在建筑和金屬包裝涂料方面，居全球優(yōu)勢地位。,BASF(德國巴斯夫) 2001年巴斯夫的涂料業(yè)務(wù)銷售額大約203億美元，巴斯夫涂料的最重要部份是汽車原裝涂料。,Du Pont(美國杜邦) 2000年杜邦公司完成了較高的銷售額達(dá)到32億美元，這包括了約占5的印刷油墨。公司

3、完成的銷售額主要來自汽車涂料營業(yè)，其中原裝漆占35，修補(bǔ)漆占45。,Henkel KgaA(德國漢高) 2001年漢高涂科和粘合劑營業(yè)額為36億美元，包括工業(yè)和機(jī)械涂料、商標(biāo)收入及相關(guān)產(chǎn)品的銷售收入。,ICI(英國、帝國化學(xué)工業(yè)公司) 按照最新國際上劃分的標(biāo)淮，ICI的涂料和粘合劑在全球市場中占有領(lǐng)先地位。2001年涂料和粘合劑的銷售額為43億美元，在全球涂料企業(yè)排名榜中占第三位。,SherwinWilliams(宣威公司) 作為美國涂料生產(chǎn)和銷售能力最大的一家涂料供應(yīng)商SW公司，在全球銷售額中排名占第4位，銷售收入大約41億美元。,Sigmakal Group(荷蘭) 西格瑪卡勒集團(tuán)2001

4、年涂料銷售額達(dá)到15億美元，其中工業(yè)涂料占10，海洋和防護(hù)涂料占15，裝飾涂料占75。,RPM(立賓)公司 美國RPM公司2001年銷售額達(dá)到20億美元，是最近幾年來涂料這一產(chǎn)品銷售額最好的一年。 Valspar(美國瓦爾斯帕) 瓦爾斯帕公司2001年涂料銷售額有重大突破，達(dá)到19億美元，其中295的銷售額增長來自于利爾(Lilly)工業(yè)集團(tuán)加入后發(fā)生。,涂裝過程,涂裝后得到的涂膜,1.1.4涂料的作用,1.裝飾作用目的首先在于遮蓋建筑物表面的各種缺陷，又能與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)配合。 2. 保護(hù)作用能阻止或延遲空氣中的氧氣、水氣、紫外線及有害物對建筑物的破壞，延長建筑物的使用壽命。 3. 特殊功能例

5、如，防火、防水、防輻射、隔音、隔熱等。 4. 標(biāo)志作用 例如,各種化學(xué)品、危險(xiǎn)品、交通安全等。,1.1.5 涂膜的特點(diǎn),涂膜與基質(zhì)間的結(jié)合能力是涂料的粘結(jié)力。 內(nèi)聚力是向內(nèi)的，粘結(jié)力是向外的力，具有高度向內(nèi)的力的物質(zhì)就不在有更多的粘結(jié)力。 涂膜固化原理： 1.物理機(jī)理干燥 涂料與空氣中的氧反應(yīng)固化 涂料的組分間的反應(yīng)使其交聯(lián)固化,1.1.6 涂料的分類與命名,1.按主要成膜物質(zhì)的化學(xué)成分分類,有機(jī)涂料、無機(jī)涂料、無機(jī)和有機(jī)復(fù)合涂料。,2.按涂料的形態(tài)分類 固態(tài)涂料，即粉末涂料 液態(tài)涂料：溶劑型涂料、水溶性涂料、水乳型涂料 3.按涂料的光澤分類 高光型或有光型涂料、絲光型或半定型涂料、無光型或亞

6、光型涂料,涂料的分類,4.按涂刷部位分類 內(nèi)墻涂料、外墻涂料、地坪涂料、屋頂涂料、頂棚涂料等5.按涂料涂層狀態(tài)分類平涂涂料、砂壁狀涂料、含石英砂的裝飾涂料、仿石涂料等6.按涂料的特殊性能分類建筑涂料、防腐涂料、汽車涂料、防露涂料、防銹涂料、防水涂料、保濕涂料、彈性涂料等,涂料的分類和命名代號(hào) 我國的涂料共分為17大類，每一類用一個(gè)漢語拼音字母為代號(hào)表示。,涂料基本名稱編號(hào)原則（表）,涂料基本名稱編號(hào)原則是采用00-99二位數(shù)字來表示。00-O9代表基本品種；10-19代表美工漆；20-29代表輕工用漆；30-39代表絕緣漆；40-49代表船舶漆；50-59代表防腐蝕漆等等。,涂料的命名,根據(jù)國

7、家標(biāo)準(zhǔn)（GB270592）對涂料命名的規(guī)定，涂料全名一般是由顏色或顏料名稱加上成膜物質(zhì)名稱，再加上基本名稱而組成。 對不含顏料的清漆，其全名一般是由成膜物質(zhì)的名稱加上基本名稱組成。 基本名稱表示涂料的基本品種、特性和專業(yè)用途。 涂料命名原則規(guī)定如下： （1）全名=顏料或顏色名稱+成膜物質(zhì)名稱+基本名稱。（若顏料對漆膜性能起顯著作用，則用顏料名稱代替顏色名稱） （2）對于某些有專業(yè)用途及特性的產(chǎn)品，必要時(shí)在成膜物質(zhì)后面加以闡明。 如：紅醇酸磁漆，醇酸導(dǎo)電磁漆。,涂料的型號(hào),涂料的型號(hào)由三部分組成：第一部分是涂料的類別，用漢語拼音字母表示；第二部分是基本名稱，用兩位數(shù)字表示；第三部分是產(chǎn)品序號(hào)（一

8、位或兩位數(shù)字，用來區(qū)別同類、同名稱涂料的不同品種），涂料基本名稱和序號(hào)間加“”。 例如Q0117硝基清漆、H075灰環(huán)氧膩?zhàn)拥取?1.1.7涂料的組成,一般涂料的組成中包含成主要膜物質(zhì)、顏填料、溶劑、助劑共四類成分。 1.1.7.1主要成膜物質(zhì) 主要成膜物質(zhì)又稱基料。它的作用是將涂料中的其他組分粘結(jié)在一起，并能牢固地附著在基層表面，形成連續(xù)均勻、堅(jiān)韌的保護(hù)膜。具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和一定的機(jī)械強(qiáng)度。,1.1.7.2次要成膜物質(zhì),指涂料中所用的顏料和填料，它們是構(gòu)成涂膜的組成部分，并以微細(xì)粉狀均勻地分散于涂料介質(zhì)中，賦予涂膜以色彩、質(zhì)感，使涂膜具有一定的遮蓋力，減少收縮，還能增加膜層的機(jī)械強(qiáng)度，防

9、止紫外線的穿透作用，提高涂膜的抗老化性、耐候性。,1.1.7.3溶劑和稀釋劑,溶劑和稀釋劑，是涂料的揮發(fā)性組分，它的主要作用是使涂料具有一定的粘度，以符合施工工藝的要求。 常用的溶劑有松香水、酒精、200號(hào)溶劑汽油、苯、二甲苯、丙酮等。,1.1.7.4輔助材料,輔助材料又稱助劑，是為進(jìn)一步改善或增加涂料的某些性能，在配制涂料時(shí)加入的物質(zhì)，其摻量較少，一般只占涂料總量的百分之幾到萬分之幾，但效果顯著。常用的助劑有如下幾類： (1)硬化劑、干燥劑、催化劑等。 (2)增塑劑、增白劑、紫外線吸收劑、抗氧化劑等。 (3)防污劑、防霉劑、阻燃劑、殺蟲劑等。 此外還有分散劑、增稠劑、防凍劑、防銹劑、芳香劑等

10、。,1.2 有關(guān)膠粘劑的基本情況,1.2.1 膠粘劑的定義：凡藉其能把同種的或不同種的固體材料表面膠接在一起的媒介物統(tǒng)稱為膠粘劑,膠粘劑也稱為粘合劑、膠。 通過膠粘劑的粘接力使固體表面連接的方法叫做粘接或膠接。,1.2.2膠粘劑的組成,膠粘劑一般是由基料、固化劑、填料、助劑（稀釋劑、增塑劑、偶聯(lián)劑、引發(fā)劑、促進(jìn)劑、增稠劑、防老劑、阻聚劑、穩(wěn)定劑、絡(luò)合劑、乳化劑等多種成分）構(gòu)成的混合物。,1.2.2.1 基料,基料即主體高分子材料，是賦予膠粘劑膠粘性的根本成分，有樹脂型和橡膠型兩大類，有均聚物也有共聚物，有熱固性的，也有熱塑性的。粘接接頭的性能主要受基料性能的影響，而基料的流變性、極性、結(jié)晶性、

11、分子量及分布又影響著物理機(jī)械性能。 天然高分子化合物也可作為粘結(jié)物質(zhì)。,1.2.2.2 固化劑,固化劑是促使粘結(jié)物質(zhì)通過化學(xué)反應(yīng)加快固化的組分，它可以增加膠層的內(nèi)聚強(qiáng)度。有的膠粘劑中的樹脂如環(huán)氧樹脂若不加固化劑，本身不能變成堅(jiān)硬的固體。 固化劑性質(zhì)和用量對膠粘劑的性能起著重要的作用。,1.2.2.3增韌劑和稀釋劑,增韌劑用于提高膠粘劑硬化后粘結(jié)層的韌性，提高其抗沖擊強(qiáng)度的組分。常用的有鄰苯二甲酸二丁酯和鄰苯二甲酸二辛酯等。 稀釋劑主要是起降低膠粘劑黏度的作用，以便于操作，提高膠粘劑的濕潤性和流動(dòng)性。常用的有機(jī)溶劑有丙酮、苯、甲苯等。,1.2.2.4填料和改性劑,填料一般在膠粘劑中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

12、，它能使膠粘劑的稠度增加，降低熱膨脹系數(shù)，減少收縮性，：提高膠粘劑的抗沖擊韌性和機(jī)械強(qiáng)度。常用的品種有滑石粉、石棉粉、鋁粉等。 改性劑是為了改善膠粘劑的某一方面性能，以滿足特殊要求而加入的一些組分。如為增加膠結(jié)強(qiáng)度可加入偶聯(lián)劑，還可以分別加入防老化劑、防腐劑、防霉劑、阻燃劑、穩(wěn)定劑等。,1.2.3.膠粘劑的分類,膠粘劑的分類方法很多，按應(yīng)用方法可分為熱固型、熱熔型、室溫固化型、壓敏型等； 按應(yīng)用對象分為結(jié)構(gòu)型、非構(gòu)型或特種膠； 接形態(tài)可分為水溶型、水乳型、溶劑型以及各種固態(tài)（膠粉、膠棒、膠膜）型等。 合成化學(xué)工作者常喜歡將膠粘劑按粘料的化學(xué)成分來分類。,1.2.3.1無機(jī)膠粘劑,1、硅酸鹽：硅

13、酸鈉（水玻璃）硅酸鹽水泥；2、磷酸鹽：磷酸鈉氧化銅；3、陶瓷：氧化鉛、氧化鋁；4、低熔點(diǎn)金屬：錫-鉛合金。,1.2.3.2天然膠粘劑,1、動(dòng)物膠：皮膠、骨膠、蟲膠、酪素膠、血蛋白膠、魚膠等類；2、植物膠：淀粉、糊精、松香、阿拉伯樹膠、天然樹膠、天然橡膠等類；3、礦物膠：礦物蠟、瀝青等類。,1.2.3.3合成膠粘劑,1、合成樹脂（1）熱塑性：纖維素酯、烯類聚合物（聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、過氯乙烯、聚異丁烯等）、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇縮醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等類；（2）熱固性：環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰-甲醛樹脂、有機(jī)硅樹脂、呋喃樹脂、不飽和聚酯、

14、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇縮醛、酚醛-聚酰胺、酚醛-環(huán)氧樹脂、環(huán)氧-聚酰胺等類；,2、合成橡膠型： 氯丁橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、丁鈉橡膠、異戊橡膠、聚硫橡膠、聚氨酯橡膠、氯磺化聚乙烯彈性體、硅橡膠等類；3、橡膠樹脂型： 酚醛-丁腈膠、酚醛-氯丁膠、酚醛-聚氨酯膠、環(huán)氧-丁腈膠、環(huán)氧-聚硫膠等類。,1.2.4膠粘劑的選擇,1.2.4.1、選擇膠粘劑的原則 （1）考慮膠接材料的種類性質(zhì)大小和硬度； （2）考慮膠接材料的形狀結(jié)構(gòu)和工藝條件； （3）、考慮膠接部位承受的負(fù)荷和形式（拉力、剪切力、剝離力等）； （4）考慮材料的特殊要求如導(dǎo)電導(dǎo)熱耐高溫和耐低溫。,1.2.4.2、膠

15、接材料的性質(zhì),（1） 金屬：金屬表面的氧化膜經(jīng)表面處理后，容易膠接；由于膠粘劑粘接金屬的兩相線膨脹系數(shù)相差太大，膠層容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；另外金屬膠接部位因水作用易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。 （2） 橡膠：橡膠的極性越大，膠接效果越好。其中丁腈氯丁橡膠極性大，膠接強(qiáng)度大；天然橡膠、硅橡膠和異丁橡膠極性小，粘接力較弱。另外橡膠表面往往有脫模劑或其它游離出的助劑，妨礙膠接效果。 (3) 木材：屬多孔材料，易吸潮，引起尺寸變化，可能因此產(chǎn)生應(yīng)力集中。另外，拋光的材料比表面粗糙的木材膠接性能好。,1.2.4.2、膠接材料的性質(zhì),(4）塑料：極性大的塑料其膠接性能好。 (5）玻璃：玻璃表面從微觀角度是由無數(shù)部均勻的凹凸

16、不平的部分組成.使用濕潤性好的膠粘劑,防止在凹凸處可能存在氣泡影響.另外,玻璃是以si-o-為主體結(jié)構(gòu),其表面層易吸附水.因玻璃極性強(qiáng),極性膠粘劑易與表面發(fā)生氫鍵結(jié)合,形成牢固粘接.玻璃易脆裂而且又透明,選擇膠粘劑時(shí)需考慮到這些,1.2.4.3 膠粘劑的特點(diǎn)和選擇,（1）. 連接各種彈性模量和厚度不同的材料尤其是薄材料； （2）. 膠接表面光滑，氣動(dòng)性良好； （3）. 密封性能好，腐蝕性能好； （4）. 延長膠接件的使用壽命和減輕膠接件重量； （5）. 勞動(dòng)強(qiáng)度低，成本少，生產(chǎn)效率高； （6）. 非導(dǎo)電膠耐熱抗震絕緣，,1.2.5 粘接的基本原理,粘接是界面上分子之間的相互作用。 接頭強(qiáng)度取決

17、于：膠粘劑的內(nèi)聚強(qiáng)度；被粘材料的強(qiáng)度；膠粘劑與被粘材料之間的粘合力。最終強(qiáng)度取決于三者最弱的部分。 粘接的過程： 表面潤濕； 膠粘劑分子向被粘物表面移動(dòng)； 擴(kuò)散與滲透； 膠粘劑分子與被粘物表面形成結(jié)合。,1.2.5.1 機(jī)械結(jié)合理論,機(jī)械結(jié)合理論是最早提出的粘接理論。任何物體表面即使宏觀上用肉眼看起來十分光滑，但放大起來看還是十分粗糙，遍布溝痕，有些表面還是多孔性的，膠粘劑滲透到這些凸凹不平的溝痕或孔隙中，固化后在界面區(qū)產(chǎn)生了嚙合力，這些情況類似于木箱邊角的嵌接，釘子與木材的接合或根植入泥土的作用。機(jī)械連接力本質(zhì)是摩擦力，在粘接多孔材料、布、織物及紙等時(shí)，機(jī)械作用力是很重要的。,1.2.5.1

18、 機(jī)械結(jié)合理論,四種方式,1.2.5.2吸附理論,吸附理論認(rèn)為粘接是類似吸附現(xiàn)象的表面過程，膠粘劑中的有機(jī)大分子通過鏈段與分于鏈的運(yùn)動(dòng)逐漸向被粘物表面遷移，極性基團(tuán)靠近，當(dāng)距離很小時(shí)(5nm)，能夠相互吸引，產(chǎn)生分子間力，也就是所謂的范德華力和氫鍵形成粘接。 兩個(gè)理想平面距離小于1nm時(shí)吸引力可達(dá)10100MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)代最好的結(jié)構(gòu)膠的強(qiáng)度。 分子間作用力是粘接力的最主要來源。它廣泛存在于所有的粘接體系中。 吸附理論正確地把粘接現(xiàn)象與分子間的作用力聯(lián)系起來。,1.2.5.3擴(kuò)散理論,擴(kuò)散理論認(rèn)為分子或鏈段的熱運(yùn)動(dòng)(微布朗運(yùn)動(dòng))產(chǎn)生了膠枯劑和被粘物分子之間的互相擴(kuò)散從而使一個(gè)物體的分子跑到另

19、一個(gè)物體的表層里，另一物體的分子也跑到這個(gè)物體的表層里，中間的界面逐漸消失，相互“交織”而牢固地結(jié)合。擴(kuò)散理論在解釋聚合物的自粘作用方面已得到公認(rèn)。但對不同聚合物之間的粘接，是否存在穿越界面的擴(kuò)散作用，目前尚在爭議階段。,1.2.5.3擴(kuò)散理論,1. 潤濕 （1）擴(kuò)展?jié)櫇?（2）浸泡潤濕 （3）接觸潤濕 潤濕程度根據(jù)液體對固體的接觸角來判斷。 2.膠粘劑分子的移動(dòng)和擴(kuò)散。距離小于5nm，產(chǎn)生物理化學(xué)結(jié)合。 3.膠粘劑的滲透。,1.2.5. 4化學(xué)鍵理論,化學(xué)鍵理論認(rèn)為膠粘劑與被粘物表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而在界面上形成化學(xué)鍵結(jié)合，象鐵鏈一樣，把兩者牢固地連接起來。因?yàn)榛瘜W(xué)鍵能比分子間力要大l2個(gè)數(shù)量級(jí)，所