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涂料及涂层的功能和应用

一、保护作用——涂料的基本功能
暴露在大气环境中的物体会遭受各种腐蚀因素的侵蚀。接触各种腐蚀介质的容器内壁，污水处理池，海港设施等常年处于侵蚀状态，所有的产品和设备经常收到各种机械冲击、划伤、狂风暴雨的冲刷、风沙的腐蚀等，均需要涂层进行保护。

二、装饰作用
涂层可以充分改变底材的外观，赋予其绚丽灿烂的色彩、不同的光泽、丰富的质感、表面花纹等美术和装饰效果，满足用户日益多样化和个性化的需求。汽车、塑料、家具、仪器仪表、皮革和高级纸张等高装饰性涂层往往是产品附加值的重要组成部分。

三、装饰功能
保护和装饰本身也是一种功能，这里所指的是特种功能——特种涂层材料的功能，集中体现在与国防军工相关的应用领域。例如，电磁屏蔽，吸收雷达波，舰船防污涂层，防火涂层，耐高温涂层，隔热绝热涂层，甲板防滑，自清洁热反射船壳涂层，建筑涂料中的屋顶防水、隔热、热反射涂料，内墙用的防水、防虫、防霉涂料等。

一、涂料的基本成分
1 成膜物也称树脂，黏合剂或基料。它将所有涂料组分黏结在一起形成整体均一的涂料或涂膜，同时对底材或底涂层发挥润湿、渗透和相互作用而产生必要的附着力，并基本满足涂层的性能要求（清漆或透明的涂层主要由成膜物组成），因此成膜物是涂料的基本成分。成膜物习惯上可按如下方式分类。

（1） 按有机、无机分类
①有机成膜物
②无机成膜物
③有机—无机杂化树脂

⑵ 按热塑性、热固性分类
①塑性树脂成膜物分子量较大的天然或合成的聚合物树脂。
②热固性或交联型树脂，它们的分子量较低、带有一定数量的可参加交联成膜反应的基团的低聚物树脂。

（3） 按分散方式分类
①水分散型树脂、——乳液
②水可稀释型树脂
③有机分散型树脂
④气—固分散型树脂

（4） 按树脂成膜物的化学结构和来源分类，现代涂料工艺配方中采用单一成膜物树脂的不多，往往将几种树脂共混改性以提高涂料性能。

2、颜料和填料
颜料是色漆或有色涂料的必要部分。颜料赋予涂料色彩、着色力、遮盖力，增强机械强度，具有耐介质性、耐光性、耐候性、耐热性等。颜料以微细固体粉末分散在成膜物中，颜料的细度和粒度分布、晶型、吸油度、表面物理化学活性等，直接与其着色力、遮盖力，与树脂相互作用、分散稳定性、流变特性紧密相关。化学结构相同，但来源（天然或合成）不同，或生产工艺，甚至批次不用，颜料的上述性能指标可能有差别，这往往导致配色中的色差。
颜料的品种很多，大体上可分为如下几种。

（1）着色颜料
二氧化钛（钛白）、立德粉为代表的白色颜料，炭黑、氧化铁黑等黑色颜料，以及无机和有机黄色、红色、蓝色、绿色等颜料。

（2）体质颜料或填料
他们以天然或合成的复合硅酸盐（滑石粉、高岭土、硅藻土、硅灰石、云母粉、石英砂等）、碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡等为代表。

（3）功能性颜料
他们除了着色、填充等基本功能外，主要赋予涂层特种功能。

3、分散介质
涂料作为分散体系（液—液、液—固、气—固、固—固），分散介质的作用是确保分散体系的稳定性、流变性，同时在施工和成膜工程中起重要作用。

4、助剂
助剂，又称涂料辅助材料，其开发和应用是现代涂料工艺的重要技术成就之一。他们用量很少，在现代涂料的制备、贮运和涂装工程中对保护涂料和涂装性能起到重要的作用。

二、涂料的分类
近代涂料经过100多年的发展，种类特别繁多，由于地域和国家民族文化差异，涂料命名、专业用语至今难以统一。主要包括如下几大类。

（1）建筑涂料
建筑外墙面、内墙面涂料，防水涂料，地坪涂料，建筑防水涂料，功能涂料等。

（2）工业涂料
汽车涂料，木器涂料，铁路公路车辆涂料，轻工涂料（自行车、家用电器、仪表、塑料及纸张涂料等），防腐涂料（桥梁、管道、集装箱、耐高温涂料等）。

（3）其他涂料及辅助材料等。
以上几大类涂料中每一类中又按主要成膜体系细分，如建筑涂料分为合成乳液墙面涂料和溶剂型涂料两种。
新的涂料名称=颜料或颜料名+成膜物名+基本名称。省略代码要求，适应市场中企业自行编号状况。目前市场中还习惯沿用的其他分类法，例如以下几种。

（1）按成膜方式分
挥发型涂料、热熔型涂料、热塑性或热固性涂料。

（2）按包装分
单组分涂料、双组分涂料

（3）按涂装方法分
刷涂、辊涂、喷涂、浸涂、淋涂、幕涂、电泳涂料等。

（4）按配套要求分
腻子、着色剂、底漆、中间层、面涂和面漆（包括透明漆、色漆、罩光面漆）。

（5）按涂层光泽和艺术效果分
高光、有光、半光、亚光、无光涂料。锤纹、橘纹、浮雕涂料等。

（6）按涂层功能及具体使用对象分
蒸馏釜耐高温涂料、电子车间导静电地坪涂料等。
这种名称再加上涂料公司的产品代码是目前市场上最通行的做法，既突出产品的特征，又便于用户理解并兼顾习惯和通行标准的要求。

涂料的成膜和控制因素
涂料的成膜就是将涂料（液体或粉末）转变成连续完整涂层的过程，它是通过选择适当的涂装方法，按照严格的施工工艺完成的复杂的物理化学工程。

一、与成膜过程有关的基本概念
1、 黏度
液体涂料流变特性的宏观指标。涂料的流变性不同，其测定方法和表示参数也不用。一般要保证涂料良好的润湿、流变性、防流挂性，其施工黏度根据涂装方法不同，在高剪切下应为
0.05~1Pa.s。液体涂料成膜就是将低黏度的液体“湿膜”转变成固体“干膜”，俗称干燥过程。成膜过程中涂料的黏度逐步增大，Burrell等认为黏度大于103Pa.s时达到手触干，而要达到抗粘连的要求其黏度约大于107Pa.s。热塑性成膜物的涂层黏度变化取决于溶剂挥发速率及其玻璃化温度，反应交联成膜物的情况复杂得多，下面将详细讨论。黏度的变化直接反应涂料内自由体积的变化，即聚合物链的迁移自由度，它又与成膜质量息息相关。调整适当的施工黏度，严格控制成膜条件，保证成膜工程中黏度正常增长是涂装工艺的基本要求之一。
2、 干燥时间
是液体涂料转变成固态涂层经历的时间。我国的标准将其划分为表面干燥、实际干燥和完全干燥三个阶段，即表干、实干和硬干。
3、 成膜物的玻璃化温度
Tg和最低成膜温度MFT

二物理方式——溶剂挥发成膜
传统的热塑性溶剂型涂料，例如氯化聚烯烃、硝基纤维素、丙烯酸树脂、CAB和聚乙烯醇缩甲醛等成膜物溶解于一定的溶剂体系制备成小于50%固体分的涂料，装涂后经溶剂挥发固化成膜。

三、聚合物分散体系成膜
聚合物分散体系包括以水为分散介质的乳液，以及非水分散的有机溶剂等，聚合物不溶于介质，以微粒状态稳定分散在分散介质中。成膜时分散介质挥发，在毛细管作用力和表面张力推动下，乳液离子紧密堆集，并且发生形变，粒子壳层破裂，粒子之间界面逐渐消失，聚合物分子链相互渗透和缠绕，从而形成连续均一的涂膜。

四、化学方式成膜
成膜物在成膜工程中发生化学反应，分子间交联生成具有三维结构体型大分子的连续涂层成为化学方式成膜。
1、单组分热固性成膜物体系单组分涂料施工便利，省工、省时、省料，很受市场欢迎。醇酸和改性醇酸、环氧酯、氨酯油即聚氨酯改性醇酸等通过吸收空气中的氧引起不饱和脂肪侧链氧化交联是典型代表。单组分湿气固化聚氨酯吸收空气中的水，与成膜物中过剩的—NCO
反应生成聚脲聚氨酯涂层。高模数硅酸钾、硅酸锂吸收空气中的二氧化碳转变为硅醇发生缩水交联等是常温固化交联型。以三聚氰胺甲醛树脂与含羟基、羧基的丙烯酸、醇酸环氧、聚酯组成的氨基树脂成膜物体系是高温烘烤固化的典型。还有封闭异氰酸酯成膜物体系，它们在常温下足够稳定，加热并在催化剂作用下释放出—NCO快速反应交联成膜。反应交联型的粉末涂料也可以归入单组分涂料。
2、自由基聚合反应成膜
以不饱和聚酯、丙烯酸或烯丙基化的环氧、聚氨酯、聚酯低聚物及环氧化合物与活性稀释剂等组成的成膜物在自由基引发剂作用下，或者紫外线、电子束等高能光束引发光敏剂分解产生的自由基或活性离子作用下发生聚合交联成膜，整个工程在几秒至几分钟内完成。成膜过程几乎没有有机溶剂挥发，环境友好和节能，这是目前涂料行业发展最快的领域之一。
3、 双组分涂料的成膜过程
环氧树脂与胺固化剂，聚合物多元醇或多元胺与多异氰酸酯固化剂之间发生加成聚合交联成膜，他们都是双组分包装，使用前按比例混合，涂装成膜。
4、 非均相一涂分层成膜过程传统的涂料工艺要求成膜物质形成均相的连续的涂层，而且不同涂层通过分层涂装和配套完成。20世界90年代初开始开发一道涂装形成两层以上涂层的涂料，可以大大节省施工时间和费用。这类涂料应满足几个前提条件：不同的成膜物彼此不相溶，或者成膜前以稳定的分散体系共存，或者在成膜过程中发生分相，分相过程有足够的时间，还有合理的分相迁移的推动力，密度、表面张力梯度等。一涂分层成膜技术处于发展阶段，前景看好。