涂料工艺学.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,涂料工艺学培训,1,一、培训内容,培训计划分七个单元进行，各单元培训专题分别为：,涂料化学基础,现代涂料用树脂（一）,现代涂料用树脂（二）,颜料与颜色,溶剂和助剂,涂料配方设计,涂料配制、涂膜缺陷分析与对策,2,二、培训目的：,建立有关涂料基本知识和基本理论认识,包括：涂料的发展、涂料的构成、涂料的功用、涂料分类命名、涂料研究困惑、涂料成膜原理、涂料流变学等。,培养涂料配方设计的基本思想和方法,包括：配方设计基本原则、涂料组份及其遴选等。,3,二、培训目的：,了解和掌握配方试验的科学研究方法,包括：正交试验法、线性规划法等；,熟悉涂料的生产工艺过程和组织管理,4,UNIT 1,涂料化学基础,一、涂料的发展,从最早作为经验艺术或技巧而得以应用的涂,料，发展至今已有几千年的历史，其发展历程可,粗略划分为以下三个阶段：,基于装饰目的的油性漆、天然树脂漆阶段,以中国、埃及等国为代表，品种主要有,生漆、桐油、亚麻油和阿拉伯胶。,5,UNIT 1,涂料化学基础,一、涂料的发展,合成树脂阶段,与科学结合，进入科学时代。,年代,品种,公司,主要应用,20,硝基纤维素,杜邦,汽车用喷漆,30,醇酸漆,杜邦,工业等,40,环氧树脂,Ciba,防腐涂料,等,50,聚丙烯酸酯,汽车漆,阳极电泳漆,Ford motor Glidden,工业涂料,阴极电泳漆,PPG,工业涂料,6,UNIT 1,涂料化学基础,一、涂料的发展,合成树脂阶段,（续前表）,年代,品种,公司,主要应用,60,聚氨酯,涂料,广泛应用,70,粉末涂料,80,高固体份涂料,杜邦,广泛应用,环保及,“,节约,”,型阶段,提出,“,四,E,”,原则：经济、高效、环保、节能,7,UNIT 1,涂料化学基础,二、涂料的构成,构成涂料的组分一般按其作用和功能概括为三个大的部分，即：,主要成膜物质、次要成膜物质和辅助成膜物质。,主要成膜物质,是构成涂料的基础物质，它可能单独成膜，也可以通过粘结其它组分成膜，所以又称固着剂。也有称为基料、漆基、漆料、载色剂等。主要成膜物质包括各种油漆和树脂，油脂有动物油、植物油、树油等，树脂包括天然树脂、人造树脂和合成树脂,。,8,UNIT 1,涂料化学基础,次要成膜物质,包括各种颜料和增塑剂，它需要依靠,主要成膜物质聚结成膜，就像混凝土中的黄砂、石子,能够提高构件的强度性质一样,。,颜料的作用：,1）构成漆膜彩色 2）增加漆膜硬度,3）隔绝紫外线破坏 4）提高漆膜耐久性能。,增塑剂,是增强漆膜韧性，克服或减弱脆性，延长漆膜,寿命的主要物质。,二、涂料的构成,9,UNIT 1,涂料化学基础,二、涂料的构成,辅助成膜物质,包括各种溶剂和助剂。它不能单独成膜，只是对涂料形成涂膜的过程或涂膜性能起辅助作用。,10,UNIT 1,涂料化学基础,三、涂料的功用,保护作用,装饰作用,特殊功能,标记功能,11,UNIT 1,涂料化学基础,四、涂料的分类和命名,涂料的分类,按涂料形态分类：有溶剂性涂料、高固体分涂料、无溶剂型涂料、水性涂料、非水分散涂料及粉末涂料等。,按涂料用途分类：有建筑涂料、工业用涂料和维护涂料。工业用涂料包括汽车涂料、船舶涂料、飞机涂料、木器涂料、皮革涂料、纸张涂料、卷材涂料、塑料涂料等工业化涂装用途料。,按涂膜功能分类：有防锈漆、防腐漆、绝缘漆、防污漆、耐高温涂料、导电涂料,等。,12,UNIT 1,涂料化学基础,四、涂料的分类和命名,涂料的分类,按成膜工序分类：有底漆、腻子（中涂）、二道底漆（或二道浆）、面漆、罩光漆等。,按施工方法分类：有喷漆、浸漆、电泳漆、自泳涂料及烘漆等。,按所含颜料情况分类：有清漆、磁漆、厚漆（如聚,酯腻子）等。磁漆又分为有光、半光和无光等。,13,四、涂料的分类和命名,涂料的分类,UNIT 1,涂料化学基础,按成膜机理分类：,有转化型涂料和非转化型涂料,。非转化型涂料是热塑型涂料，包括挥发性涂料、热塑型粉末涂料、乳胶漆、热塑型溶胶等；转化型涂料包括气干性涂料、固化剂固化涂料、烘烤涂料及辐射固化涂料等。,按成膜物质分类：根据化工部颁布的涂料分类命名原则，把涂料按主要成膜物质分类的方法，共分成18类，其中第18类为涂料用辅助材料,14,15,序号,1,2,3,4,5,代号,X,F,G,T,H,名称,稀释剂,防潮剂,催干剂,脱漆剂,固化剂,表12 辅助材料代号,16,UNIT 1,涂料化学基础,四、涂料的分类和命名,涂料的编号与命名,（1）涂料的命名,涂料全名,颜色或颜料名称成膜物质名称基本名称,（2）涂料的编号,涂料编号由成膜物质汉语拼音字母、基本名称代码代号及产品序号组成。例如：,C 04-2,序号,基本名称代号（磁漆）,成膜物质字母代号（醇酸树脂）,17,UNIT 1,涂料化学基础,涂料产品序号表示同类涂料其组成、配比或用途不同的系列品种，见表 1-3,18,UNIT 1,涂料化学基础,辅助材料编号由辅助材料字母代号和序号两部分组成。,例如：,X 5,序号,辅助材料种类（稀释剂）,(3)其他规定,a.,涂料中含有松香改性酚醛树脂和松香甘油酯时，若松香改性酚醛树脂占树脂总量的50%以上为酚醛漆类，反之为酯胶漆。,19,b.,油性漆中树脂：油在1：2以下为短油度、在 1：21：3之间为中油度、1：3以上则为长油度。,c.,醇酸漆中，含油60以上为长油度、4660为中油度、小于45为短油度。,d.,氨基漆根据氨基树脂与醇酸树酯的比例，1：12.5为高氨基、1：2.55为中氨基、,UNIT 1,涂料化学基础,20,UNIT 1,涂料化学基础,五、涂料的成膜原理,概述：涂料的作用是通过最终形成的涂膜所具有的性能来发挥的。涂料配方组成、成膜条件、成膜过程制约着涂膜的质量，同时也制约着涂料的表现。对涂料配方师而言，了解涂料组分在成膜过程中的作用、环境因素的影响将帮助他们建立合理而有效的设计思想。,21,涂膜形成过程是一个复杂的物理化学过程，它是指涂料经由指定的施工方法和施工条件，以合适的粘度施涂后，在规定时间内固结干燥形成,“,固体膜,”,的过程，这里有一个对,“,固体膜,”,理解的受限问题。按照固体的定义，即一类具有一定体积和形状的物质，真正的固体是指没有任何流动的晶体。事实上，由于涂料用基料几乎总是无定形聚合物，因而干燥固化后形成的固体膜，并非真正意义上的固体，而是在使用过程中，经受到的压力下不发生明显的流动，是扩展了的固体类型。如同对玻璃的理解一样。通过对现有涂料的干燥成膜过程考查，可区分为以下几种不同机理：,22,物理机理,通过涂料内挥发性组分的挥发干燥形成。在涂料挥发过程中，涂料组分，主要是主要成膜物质不发生任何化学反应，或者是不发生显著的化学反应，这类涂膜形成机理称为物理干燥机理。此类干燥机理对成膜物质要求：,（1）,成膜物质本身具有足够大的分子量，状态为固态或半固态，在失去挥发分后本身就能形成相当硬而不粘手的膜；,（2）,成膜物质为线型或轻度支链化的高聚物，否则不溶解于任何溶剂就无法配漆；,23,对于采用此种机理干燥的涂料又有两种不同类型：,非转化型溶剂漆：该类漆溶剂挥发后，成膜物质自行固化成膜，不发生任何反应。包括：热塑型溶剂型丙烯酸漆、氯化橡胶类漆、乙烯类树脂漆、硝基漆等。,乳胶型漆,乳胶漆的成膜过程可参见下图,水分蒸发,24,热熔融成膜,热塑性粉末涂料，热塑型非水分散涂料必须加热到熔融温度以上，才能使树脂颗粒融合形成连续完整涂膜此时成膜取决于熔流温度、熔体温度和熔体表面张力。,化学机理,使成膜物质在结构上交联，可提高漆膜的性能。但已经交联的高分子聚合物不能溶于溶剂，因此也不能配漆。故而成膜物质的结构交联只能在干燥过程中完成。也就是说，只能将未交联的线型聚合物和轻度支化的聚合物溶于溶剂配成涂料。待成膜后，使之交联。由于发生交联反应，因而称此干燥机理为化学机理。,25,在化学干燥机理中，又可根据反应的方式分为两类：一类是涂料组分间不发生反应，而是与空气中的氧和水蒸汽发生反应而交联固化；一类是涂料组分之间发生化学反应的交联固化，前者称为气干型涂料，后者成为化学交联反应型涂料。,气干型涂料,包括以下两类：,氧化聚合涂料,潮气固化型涂料,化学交联反应型涂料,反应交联固化的基本条件是涂料中所用的树脂要有能反应的官能团，固化它的固化剂要有活性基团，这样才能把线型结构 网状结构漆膜。,26,UNIT 1,涂料化学基础,六、涂料流变学,流变学基本概念,流变学：,描述物体在外力作用下产生流动和形变规律的学科，称为流变学。,剪切应力：,作用于物体单位面积切线方向上的力，称为剪切应力。,作为流变模型，可将液体看作多层极薄液体层堆积而成的长方体。它们充满于两块平行板之间，其底板固定不动，而其它各层是能移动的，如下图所示。,27,如果在面积为,A,的液体顶板上，以切线方向施加力,F,时，液体就接连地被拉向倾斜，这个单位面积上的拉曳力称为剪切应力，以符号,表示之。,28,剪切速率,当顶板在力,F,的作用下以切线方向移动时，由于内聚力的作用，其下层的液层随之移动，然后一层接一层地，第二层拉曳第三层，第三层拉曳第四层，依次类推。这一接力赛式动作，最后传递到固定底板。,则剪切速率,粘度,剪切应力与剪切速率之比，称为绝对粘度。其,符号为,。,它是液体流动阻力的量度。,绝对粘度,运动粘度,29,粘度在流变学上占有重要地位。它往往随着温度、剪切应力、剪切速率、剪切历程等的变化而变化，流变学上使用曲线表示其关系,。,流动特性曲线和粘度特性曲线,一个液体的剪切应力和剪切速率之间的关系，决定了其流动形为,。,以,为纵轴，,D,为横轴的曲线图，称为,流动特性曲线图,。以,为纵轴，,D,为横轴的曲线图，称为,粘度特性曲线图,。,30,流体的主要类型,（1）,牛顿型流体,牛顿型液体的流动和粘度特性曲线如下图所示。,剪切速率,D,剪切应力,剪切速率,D,粘度,31,(2),非牛顿型流体,当一个液体的粘度随着剪切速度的变化而变化时，就,称为非牛顿型流动。其中粘度随着剪切速率的增加而降低,的液体，称为假塑性液体（剪切稀化）。反之，粘度随着,剪切速率的增加而上升的液体，称为膨胀型液体（剪切稠,化）。两者的流动和粘度特性曲线见下图。,32,33,触变型流动,触变型涂料的粘度特性是：当剪切速率增加时，粘度逐步下降；一旦释去剪切力，粘度又回升。由于原始结构已遭破坏，必须经过一定的时间，才能回复到原始值。在任何剪切速率下，其粘度均低于未经剪切的原始材料粘度值。结构的破坏不仅是暂时的。剪切速率增加和回降时粘度特性曲线所包围的区域面积是衡量其触变性能的尺度。触变型特性粘度曲线图如下：,34,震凝型流动,它一方面与触变型流动相反，粘度随着剪切速率的增加而增加；令一方面与触变型流动相似，其剪切速率剪切应力曲线也出现类似的滞后回线。震凝型流动对涂料工业无特殊重要性，仅为学术上讨论。,各类非牛顿型流动的特点 如下表所示。,35,影响粘度的因素,（1）温度对粘度的影响,粘温列线算图如下图所示：,36,（2）基料浓度对溶液粘度的影响,（3）溶剂粘度对溶液粘度的影响,37,涂料流变学,（1）涂料流动方程,涂料配方必须通过对其流变学的表述来进行优化。,表述方式可以通过流变曲线，如下图所示：,38,39,（2）涂料流平方程,40,41,（3）涂料流挂方程,42,43,44,UNIT 1,涂料化学基础,七、涂料研究困惑,45,