第十章 涂料

教学重点：涂料的基本概念、作用和应用范围、分类和命名、生产、和发展趋势，油性漆类、醇酸树脂漆、氨基树脂漆、环氧树脂漆、聚氨酯漆、丙烯酸漆、聚酯漆和水性漆的原料、分类、配方设计、性能与应用，涂料的性能测试及施工

第一节 概述

1.2   涂料的功能

保护、装饰、标志和特殊作用

    最早的油漆主要用于装饰，现代涂料更是如此，如房屋、家具、日常用品涂上涂料使人感到美观。

1.2   涂料的功能

各种化学品、危险品的容器；各种管道、机械设备；道路划线、交通运输等均可采用不同色彩的涂料来表示警告、危险、停止、前进等信号。

    电子工业的导电、导磁涂料；航空航天工业的烧蚀、温控涂料；军事上的伪装和隐形涂料等。

   例如：  来自美国世贸大楼保安公司的消息表明，疏散人群时,世贸大楼中采用的自发光紧急疏散系统发挥了非常重要的作用。

      911 事件后，生产自发光紧急疏散系统的企业的订单大量增加, 难怪有媒体称 “ 911 事件催熟自发光涂料 ” 。

1.3  涂料的组成

Ø 1  树脂

Ø 2  颜料/填料

Ø 3  溶剂

Ø 4  助剂

1.3.1 树脂 ( Resins )

    树脂通常是指受热后有软化或熔融范围，软化时在外力作用下有流动倾向，常温下是固态、半固态，有时也可以是液态的有机聚合物。涂料生产中用到的树脂通常为树脂单体，需要经过固化成膜后才能发挥其实用价值。

作用

    将颜料和填料粘结在一起，在底材上形成均匀的漆膜，并为漆膜提供各种性能，如机械性能，耐水、耐盐、耐溶剂、耐紫外线、耐化学品性能等。

 

1.3.1 树脂 ( Resins )

常用树脂

(1) 环氧树脂：02540, 02563, 05172, 14116 （不耐老化）

(2) 醇酸树脂：08662, 05742, 13093 （一般用于要求不高的环境）

(3) 胺类树脂：06424, 02049, 08213, 08703 （固化剂）

(4) 氯醚树脂：01584 （不耐有机溶剂，不耐高温）

(5) 丙烯酸树脂：01004, 01864, 04042 （主要用作面漆）

(6) 聚氨酯树脂：01514（耐碱性略比环氧差和对潮气敏感）

(7) 其他树脂

 

1.3.2 涂料的组成—颜料/填料

氧化铁红

颜料 ( Pigment )

    赋予涂料着色、遮盖力、防腐蚀及一些特殊功能。

着色颜料：03731 钛白粉；13046 氧化铁红；03444 钼铬橙等；

防锈颜料：03915 锌粉；06260 磷酸锌；03810 云母粉；

功能颜料：珠光颜料，荧光颜料等。

 

1.3.2 涂料的组成—颜料/填料

铝粉

填料 (Extender)

    是一种在介质中以“填充”为主要作用的微细颗粒状物质，通常为白色或稍带颜色，不溶于分散介质，用于提高性能或增加体积。

    根据其在涂料中所起的作用可分为功能性填料和非功能性填料。

提高涂膜的机械性能

调节涂料的流变性能，如增稠，防沉淀；

调节涂料的光学性能，改变涂膜的外观，如消光等；

与成膜物质发生化学反应，使之成为一个整体，提高其耐水性和耐候性，延长涂膜的使用寿命；

对涂膜的化学性能起辅助作用，如增强防锈、阻燃性等。

      作为涂料中的填充物质，用来提高固含量，减少昂贵树脂和颜料的用量，降低成本。

 

1.3.3 涂料的组成—溶剂

溶剂 ( Solvent )

    用来溶解或分散树脂，形成便于施工的溶液，并在漆膜形成过程中挥发掉的液体。

ü 脂肪烃类：02000 200#溶剂油

ü 芳香烃类：01990 二甲苯；02110 三甲苯

ü 醇类：01050 乙醇；01100 正丁醇；06250 异丙醇

ü 酮类：02090 甲基异丁基酮；05870 环己酮

ü 酯类：02300 醋酸丁酯；01361 丙二醇甲醚醋酸酯

ü 醚类：02101 丙二醇甲醚；06560 乙二醇单丁醚。

1.3.4 涂料的组成—助剂

助剂 ( Additive )

     助剂是涂料中不可缺少的组分，它可以改进生产工艺，保持储存稳定，改善施工条件，提高产品质量，赋予特殊功能等。

     助剂种类众多，在涂料生产的各个阶段发挥着不同作用。合理正确的选用助剂可以降低生产成本，提高经济效益。

常用助剂

² 分散剂：提高溶剂对颜料的润湿能力 (01353, 01170, 01785等)；

² 消泡剂：防止泡沫形成或减少泡沫 (01288, 14005等)；

² 催干剂：促进涂膜固化 (13079, 13081);

² 流平剂：使涂料在干燥过程中形成平整、光滑的涂膜 (01007, 01170)；

² 增稠剂：使涂料增稠，提高储存稳定性 (01763)；

² 偶联剂：提高涂料与底材的附着力 (01289)；

² 防结皮剂：防止单组分涂料表面自然固化导致结皮 (02941)；

² 光稳定剂：屏蔽或吸收紫外线，延长涂料的使用寿命 (01138)……

 

1.4 涂料的分类

a. 按照是否有颜料：

      清漆(不含有颜料)和色漆。

b. 按照成膜物质和颜料的分散状态：

      溶剂型涂料、无溶剂型涂料、分散悬浮型涂料、水乳胶型涂料和粉末涂料。

c. 按用途：

      建筑涂料、汽车漆、飞机漆、木器漆等。

d.按固化方式：

    常温固化涂料、高温固化涂料、射线固化涂料。

e.涂漆方式：

    喷漆、浸漆、烘漆、电泳漆等。

f.按施工工序：

     底漆、腻子、二道漆、面漆、光漆。

g.按涂膜的特殊功能：

     绝缘漆、防锈漆、防腐蚀漆等。

 

1.5 涂料的命名

1.5.1 涂料命名原则：

全名 = 颜料或颜色名称 + 成膜物质名称 + 基本名称

例：红色+醇酸树脂+磁漆 = 红醇酸磁漆

    ※ 对于某些有专业用途及特性的产品，必要时在成膜物质后加以诠释，即：

  全名 = 颜料或颜色名称 + 成膜物质名称（用途或特性）+ 基本名称

  例：醇酸导电磁漆、白硝基外用瓷漆。

1.5.2 涂料的编号原则

涂料型号分为三个部分：

第一部分是成膜物质，用汉语拼音字母表示；

第二部分是基本名称，用两位数字表示；

第三部分是序号，表示同类品种间的组成、配比或用途的不同。

 

1.6 涂料的特点

☆ 广泛性和专用性

☆ 投资少，见效快

☆ 带有加工工业的性质

☆ 技术密集度高、涉及学科多

1.7 涂料的应用

防腐、防静电、防火、绝缘、纳米、氟碳、钇涂料

① 建筑涂料

② 油漆

③ 汽车涂料

④ 木器涂料

⑤ 粉末涂料

⑥ 船舶涂料

⑦ 特种涂料

1.6 常见涂料品种的应用范围

品种	主要用途
醇酸漆	一般金属、木器、家庭装修、农机、汽车、建筑等的涂装
丙烯酸乳胶漆	内外墙涂装、皮革涂装、木器家具涂装，地坪涂装 溶剂型
丙烯酸漆	汽车、家具、电器、塑料、电子、建筑、地坪涂装环氧漆金属防腐、地坪、汽车底漆、化学防腐
聚氨酯漆	汽车、木器家具、装修、金属防腐、化学防腐、绝缘涂料、仪器仪表的涂装
硝基漆	木器家具、装修、金属装饰
氨基漆	汽车、电器、仪器仪表、木器家具、金属防护
不饱和聚酯漆	木器家具、化学防腐、金属防护、地坪 酚醛漆绝缘、金属防腐、化学防腐、一般装饰
乙烯基漆	化学防腐、金属防腐、绝缘、金属底漆、外用涂料

 

第二节 丙烯酸漆

2.1 丙烯酸漆的概念及特点

丙烯酸漆：一般是由甲基丙烯酸酯与丙烯酸酯的共聚物制成的涂料。

组成：一般由丙烯酸类乳液、颜填料、水、助剂组成。

具有成本适中，耐候性优良、性能可调整性好，无有机溶剂释放等优点，是近来发展十分迅速的一类涂料产品。

用途：主要用于建筑物的内外墙涂装，皮革涂装等。近来又出现了木器用乳胶漆、自交联型乳胶漆等新品种。

分类：丙烯酸乳胶漆根据乳液的不同可分为纯丙、苯丙、硅丙、醋丙等品种。　　　　　　　　　

 

第二节 丙烯酸漆

2.2 丙烯酸漆的分类

  按制造时选用单体的不同分类:

 可分为热塑性和热固性两大类。

(1) 热塑性丙烯酸树脂涂料：由丙烯酸树脂溶于有机溶剂中制得，如丙烯酸清漆、丙烯酸磁漆，待溶剂挥发后，形成美观而坚固的涂膜。

(2) 热固性丙烯酸树脂涂料：通过自交联或与环氧树脂、氨基树脂、异氰酸酯等交联完成成膜过程，交联是漆膜变成巨大的网状结构，提高了涂膜多方面的物理性能及防腐、耐化学品性能。

 

2.3 丙烯酸乳胶漆的特点及应用

   丙烯酸树脂漆的特点：

（1）保光、保色性能优良：树脂水白，透明好，在大气中及紫外光照射下不易发生褪色及变色，因此其颜色及光泽可以长期保持稳定，最适宜做浅色漆；

（2）有良好的耐候性：户外耐久性好于硝基、醇酸等类产品；

（3）与适当的底漆配套时，附着力良好；

（4）耐化学品性能好，对酸、碱、醇、油等稳定；

（5）突出的“三防”（湿热、盐雾和霉菌）性能；

（6）可制成中性涂料：可调入铜粉、铝粉，使涂层具有似金银一样光泽夺目的色泽，切不会变暗，涂料长期贮存也不会变质。

 

2.3 丙烯酸乳胶漆的特点及应用

       þ 丙烯酸漆作为一种优良的装饰性涂料，应用范围广泛：

广泛应用于航空、车辆、及其、仪表以及轻工业产品，如电冰箱、医疗器械、电风扇、自行车、木器、罐头内外壁等均可使用；

可用来制造无毒、安全的水性乳胶漆及水溶性漆；

也可作为某些其他树脂的改性剂，以提高其保色、保光性能。

 

2.4  丙烯酸树脂及涂料的生产工艺

      丙烯酸树脂是丙烯酸、甲基丙烯酸及其脂或其衍生物的均聚和共聚物的总称。其化学结构为：

     作为涂料用丙烯酸树脂则主要是丙烯酸、甲基丙烯酸及其脂与苯乙烯经共聚而得到的热塑性或热固性的丙烯酸树脂，以及其他树脂改性的丙烯酸树脂。

 

2.4  丙烯酸漆的生产工艺

 丙烯酸树脂涂料的生产主要包括树脂的聚合和配漆两个部分。

 丙烯酸树脂的生产方法主要有溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合、沉淀聚合等；

 不同生产方法的介质体系、控制措施、工艺设备、产品性能都不相同。

涂料的配制有溶剂的选择、颜料的配用、各种助剂的有效利用、一个满足各种性能要求的配方，生产工艺及设备等内容。

 例如：涂料用丙烯酸树脂的溶液聚合工艺主要由单体的精制、催化剂的配制、溶液聚合、树脂分离和干燥、溶剂回收五个部分构成。

 

第三节 聚氨酯漆

3.1 聚氨酯漆的概念和特点

聚氨酯漆是聚氨基甲酸酯漆的简称，是以多异氰酸酯和多羟基化合物反应而制得的含有氨基甲酸酯的高分子化合物。

特点：

突出的耐久性与优良的综合性能；

低温固化特性；

可与聚酯、聚醚、环氧、醇酸等配合制成满足不同要求的许多涂料品种。

在国外已选用为军事和工业航空器的OEM涂料，以及船舰、汽车、机车牵引的油罐车的维修涂料。还可用于防腐领域。

 

OEM涂料：原始设备制造涂装用涂料。

特点：施上采用工业涂装流水线作业，故也称在线涂料。

 

3.1 聚氨酯漆的分类

聚氨酯漆的分类：分为双组分聚氨酯涂料和单组分聚氨酯涂料。

A.双组分聚氨酯涂料：一般是由异氰酸酯预聚物（也叫低分子氨基甲酸酯聚合物）和含羟基树脂两部分组成，通常称为固化剂组分和主剂组分。

这一类涂料的品种很多，应用范围也很广，根据含羟基组分的不同可分为丙烯酸聚氨酯、醇酸聚氨酯、聚酯聚氨酯、聚醚聚氨酯、环氧聚氨酯等品种。

一般都具有良好的机械性能、较高的固体含量、各方面的性能都比较好。是目前很有发展前途的一类涂料品种。

 

3.2 聚氨酯漆的应用

主要应用方向：木器涂料、汽车修补涂料、防腐涂料、地坪涂料、电子涂料、特种涂料等。

缺点：施工工序复杂，对施工环境要求很高，漆膜容易产生弊病。

B.单组分聚氨酯涂料：主要有氨酯油涂料、潮气固化聚氨酯涂料、封闭型聚氨酯涂料等品种。

应用面不如双组分涂料广，主要用于地板涂料、防腐涂料、预卷材涂料等，其总体性能不如双组分涂料全面。

 

3.3 聚氨酯漆的性能特点

聚氨酯漆形成的漆膜中含有酰胺基、酯基等，分子间很容易形成氢键，因此有多种优异性能：

 

物理机械性能好、涂膜坚硬、柔韧、光亮、丰满、耐磨、附着力强；

耐腐蚀性能优异，涂膜耐油、耐酸、耐化学药品和工业废气；

电气性能好，宜作漆包线漆和其他电绝缘漆。

 

第四节 硝基漆

4.1 硝基漆的概念和品种

   硝基漆：以硝酸纤维素为主体，加入树脂、增塑剂、溶剂及助剂等经调配炼制而成的，因而又称硝酸纤维素漆，喷漆、蜡克等，是一种挥发型漆。

   硝基漆品种：硝基清漆、硝基磁漆、硝基底漆、硝基腻子等。

 

4.2 硝基漆的组成

硝基漆的主要成膜物：以硝化棉为主，配合醇酸树脂、改性松香树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂等软硬树脂共同组成。

一般还需要添加邻苯二甲酸二丁酯、二辛酯、氧化蓖麻油等增塑剂。

溶剂主要有酯类、酮类、醇醚类等真溶剂，醇类等助溶剂、以及苯类等稀释剂。

硝基漆用途：主要用于木器及家具的涂装、家庭装修、一般装饰涂装、金属涂装、一般水泥涂装等方面。

 

4.3 硝基漆的固化机理

        涂层干燥主要靠漆中所含溶剂的蒸发。硝基漆属典型的挥发型漆，一旦涂层中所含溶剂全部挥发完毕，涂层便干燥固化，变成固体漆膜，在这一成膜过程中没有任何成膜物质的化学反应发生。

施工时环境温度、湿度对工艺质量影响很大

 

4.4 硝基漆的优缺点

目前比较常见的木器及装修用涂料。

优点：装饰作用较好，施工简便，干燥迅速，对涂装环境的要求不高，具有较好的硬度和亮度，不易出现漆膜弊病，修补容易。

缺点：

固含量较低，需要较多的施工道数才能达到较好的效果；

耐久性不太好，尤其是内用硝基漆，其保光保色性不好，使用时间稍长就容易出现诸如失光、开裂、变色等弊病；

漆膜保护作用不好，不耐有机溶剂、不耐热、不耐腐蚀。

 

第五节 环氧树脂漆

5.1 环氧树脂漆概述

 环氧树脂（Epoxy Resin）：组成中含有较多环氧基团的涂料统称为环氧漆。

 环氧树脂是分子结构中含有两个或两个以上环氧基的一类高分子预聚体，是一种重要的热固性树脂，由环氧树脂和固化剂组成。使用固化剂交联后即成为三维网状结构的树脂。