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1、第二章第二章 涂料的组成及各组成的作用涂料的组成及各组成的作用2.1 2.1 涂料涂料的结构组成概述的结构组成概述2.2 2.2 成膜物质的组成、特性及作用成膜物质的组成、特性及作用2.3 2.3 颜填料的组成、特性及作用颜填料的组成、特性及作用2.4 2.4 溶剂的组成、特性及作用溶剂的组成、特性及作用2.5 2.5 助剂的组成、特性及作用助剂的组成、特性及作用2.1 涂料的结构组成概述涂料的结构组成概述n涂料主要由四个组份构成涂料主要由四个组份构成成膜物质、颜（填）料、溶剂和助剂成膜物质、颜（填）料、溶剂和助剂成成膜膜物物质质也称基料或粘结剂，是使涂料牢固附着在被涂物表面上形成连续薄膜的主
2、要物质，是构成涂料的基础，决定着涂料的基本性质。油料主要是植物油如桐油天然树脂合成树脂有机天然高分子化合物无机天然高分子化合物天然高分子化合物加工产品树脂松香及其衍生物、纤维素衍生物、氯化天然橡胶成膜物质天然橡胶 云母丙烯酸树脂 硅酸盐颜颜填填料料为分散在漆料中的不溶的微细固体颗粒，一般是0.2-10mm无机或有机粉末。分为着色颜料和体质颜料（填料）。作用：着色和遮盖增强作用赋予特殊性能改善流变性能降低成本等溶溶剂剂又称为稀释剂，是一种能使基料溶解或分散成为粘稠液体，又易于挥发的物质。由溶剂型涂料沿用下来，水性涂料中，溶剂就是水。作用：调整体系粘度，使涂料粘度适合贮存和施工，并将颜填料均匀分散
3、，改善涂料的可涂布性。溶剂对涂膜性质有影响。VOC：volatile organic compound(挥发性有机化合物)助助剂剂用量很少，主要用来改善涂料某一方面的性能，如消泡剂、分散剂、乳化剂、润湿剂等用来改善涂料生产过程中的性能；防沉剂、防结皮剂等用来改善涂料的贮存稳定性；流平剂、增稠剂、防流挂剂、成膜助剂、固化剂、催干剂等用来改善涂料的施工性和成膜性等；防霉剂、UV吸收剂、阻燃剂、防静电剂等用来改善涂膜的某些特殊性能。l助剂已经成为涂料发展的重要方面。2.2 成膜物质的组成、特性及作用成膜物质的组成、特性及作用2.2.1 天然高分子1干性油与油性涂料1.来源：植物的种子、动物的脂肪2.
4、组成：脂肪酸三甘油酯其结构表示为：R1,R2,R3为脂肪酸基脂肪酸大多是脂肪酸大多是18碳酸碳酸，其通式为C17H35-xCOOH主要的脂肪酸有：硬脂酸 CH3(CH2)16COOH油 酸 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH亚油酸 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH亚麻酸 CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH3.植物油分类：干性油、半干性油和非干性油l碘值：即饱和100g油的双键所需碘的克数。140,干性油；125140,半干性油；125，非干性油碘值只能反映双键数目的多少，不能反映脂肪中双键分布的情况。空气对于
5、油的氧化主要是通过分子中的活泼亚甲基进行的，所谓活泼亚甲基主要是指两个双键当中的亚甲基。亚油酸 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH亚麻酸 CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOHl干性指数就是用油中亚油酸和亚麻酸的含量来表示油的性质的。干性指数=%亚油酸+2%亚麻酸干性指数大于70%为干性油。4.以油料为基料的油脂漆特点：优点：韧性好、气密性水密性好、附着力好、耐候性好缺点：硬度、光泽和耐酸碱性差2松香1.来源：松树的树根或树干，颜色由微黄至棕红色的透明、脆性固体天然树脂。2.组成：主要成分为松香酸及其异构体其结构表示为：3.在油
6、性涂料中加入松香能提高涂膜的光泽和硬度，但是耐候性和耐水性很差。因此一般要将松香进行加工，制成松香的衍生物。或者与其他合成树脂合用。3大漆1.大漆是从漆树的韧皮层内割流出来的灰白色乳状液，经机械方法除漆渣和杂质，得生漆。经过加热氧化炼制得到熟漆。2.生漆是一种油包水型乳胶 W/O主要成分：漆酚和漆酶，糖类和糖蛋白类化合物及油和水。漆酚是几种具有不饱和度脂肪烃取代基邻苯二酚或其聚合物的混合物。3.优点：高光泽、附着力强、耐水解、抗化学性 好、绝缘性等。缺点：干燥条件苛刻、漆酶颜色深、黏度高不易施工、性脆等。4.改性：利用漆酚上的羟基进行成盐、酯或醚，利用R基上的双键加成、氧化等反应改性。可以与醇
7、、甲醛、苯乙烯等单体共聚得改性大漆树脂。2.2.2 合成树脂1涂料用树脂的特点1.适当的分子量a)漆膜的力学性能、耐老化、耐腐蚀性b)树脂的溶解性、相容性及对颜填料的润湿性c)漆液的粘度及施工性能2.化学结构3.聚集态结构a)聚合物通常以结晶和无定形两种形态存在，完全结晶的聚合物几乎不存在。b)许多高聚物确有晶相存在，并有非晶相结构的弥散环存在。（两相织态结构模型）c)漆膜的结晶结构影响漆膜的透明性及柔韧性。d)明显的结晶性，对配制涂料不利。2酚醛树脂n酚醛树脂是苯酚和甲醛在酸性或碱性催化剂作用下，通过缩聚反应生成。l在碱性催化剂作用下，甲醛过量时生成体型热固性树脂。l在酸性催化剂作用下，苯酚
8、过量时生成线型热塑性树脂。n反应原料l酚类：苯酚、甲酚、二甲酚、双酚A、对位取代基酚等。l醛类：甲醛、多聚甲醛、糠醛等。n化学反应l碱催化下，甲醛水溶液以甲二醇形式在邻对位发生取代反应：l强碱性条件下，单羟甲基苯酚进一步生成亚甲基桥，或亚甲基醚桥：n碱催化时，pH控制在711，n常用催化剂：lNaOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2、NH4OHlNa2CO3l六亚甲基四胺(HMTA)n甲醛过量，1 醛/酚 3n交联：碱催化酚醛树脂在进行交联之前，必须用酸调制中性或微酸性；n固化方法：l(常用)热处理，130oC200oCl室温下强酸固化，如对甲苯磺酸(常用，可与树脂良好相容并接枝，杜绝酸迁移和
9、锈化)，盐酸，磷酸u固化机理：1.亚甲基桥与 羟 甲 基之间缩水2.亚甲基桥与 甲 醛 缩水n苯酚和甲醛在碱性条件下逐渐生成体型树脂l开始生成的液态物溶于酒精、丙酮和碱性水溶液，称为甲阶树脂；l继续加热，生成粘稠状的液体，冷却后成为脆性固体，能部分溶于酒精、丙酮，但不溶于碱性水溶液，称为乙阶树脂（固体受热能软化）；l再继续加热，才生成不溶不熔的体型树脂，称为丙阶树脂；l酸催化下，甲醛在苯酚对位发生取代反应：l酸环境下羟甲基不稳定，易与苯酚的邻、对位氢缩水：l常用的酸催化剂有盐酸、硝酸、硫酸、甲酸、醋酸、乳酸、对甲苯磺酸、草酸l以草酸酐优先（盐酸易导致高腐蚀），用量为酚类重量的0.1%0.5%；
10、l苯酚过量，酚/醛（摩尔比）为1/(0.750.85)n交联：酸催化酚醛树脂为线性结构，须加入化学交联剂固化n常用交联剂为六亚甲基四胺，用量910%n酚醛树脂特点：l高粘结性；耐热；l低氧(水蒸气)渗透性、低吸湿；l耐化学腐蚀、有机酸、矿物质稳定性好；l电绝缘n主要缺点：色深、易泛黄，不易制成浅色及白色涂料n酚醛清漆(phenolic varnish)酚醛树脂或改性酚醛树脂与干性植物油经熬炼后，再加入催干剂和溶剂等配制而成n特点：涂膜光亮坚韧、耐久性、耐水性和耐酸性均好；n根据溶剂介质的性质可分为油溶性和醇溶性酚醛清漆l油溶性酚醛清漆含干性油，其溶剂是二甲苯和200号溶剂汽油或松节油，自干、烘
11、干均可；涂膜光亮坚硬、耐水性好、耐烫性好，但较脆、易泛黄广泛用于涂饰木器家具、门窗和涂于油性色漆上作罩光用。这类清漆在20世纪50年代应用较多，目前属低档漆，正逐步淘汰。l醇溶性酚醛清漆由酚醛树脂溶解于醇类溶剂中制得，分挥发自干(热塑型)或烘烤干燥(热固型)两种；涂膜坚硬，有较好的耐油、耐水、耐热、耐酸和绝缘性，黏结力较好常用于粘涂发电机线圈、黏结有机玻璃和其他材料，作碳膜电阻底涂层、绝缘零件的表面涂装和黏合层压制品。3环氧树脂l分子中含有两个以上环氧基团的高分子化合物。分子量在 340 7000 的范围。l分子量在 500 以下一般为液体，500 以上逐渐过渡为固体。l溶解性：环氧树脂可以溶
12、解在酮、酯、醚醇类和氯化烃类溶剂中，随着分子量的增加，溶解性下降。芳烃和醇类对环氧树脂的溶解能力较差。但芳烃和醇类混合后则是中分子量环氧树脂的良好溶剂。l混溶性：环氧树脂与芳香族聚合物有较好的相容性，利用这一特点可将环氧树脂和许多涂料用合成树脂并用，经高温烘烤后，胶联而得到性能优异的涂膜。l环氧树脂本身是热塑性的，要常温固化型酸进行反应、交联而成为网状的大分子，才能显示出各种优良的性能。因此,世面上环氧树脂涂料包括胺固化环氧树脂涂料(多元胺固化、胺加成物固化和聚酰胺固化)常温固化型、合成树脂固化的环氧树脂涂料(酚醛树脂固化、氨基树脂固化、多异氰酸酯固化和环氧氨基醇酸漆)烘干型和酯化型环氧树脂涂
13、料自然干燥型三大类。n环氧树脂结构分类脂肪环氧树脂（聚丙二醇二缩水甘油醚）不饱和脂肪酸环氧树脂or环氧油（环氧大豆油）缩水甘油酯环氧树脂缩水甘油醚环氧树脂（双酚A型、双酚F型、酚醛环氧树脂、氢化双酚A）脂肪环氧树脂（聚丙二醇二缩水甘油醚，PPGDGE）R为脂肪链、脂肪醚、脂肪环等 缩水甘油醚环氧树脂,如双酚A型环氧树脂R为多元羟基酚、芳香醚、环烷基醚等双酚F环氧树脂酚醛环氧树脂（Novolac）由热塑性酚醛树脂和环氧氯丙烷缩合而成n环氧树脂特点l其优点：环氧树脂分子中苯环上的羟基能形成醚键，漆膜保色性、耐化学品及溶剂性能都好；另外，分子结构中还有脂肪族的羟基，与碱不起作用，因而耐碱性也好。环氧
14、树脂分子中脂肪族羟基和醚基的极性使环氧树脂分子与相邻表面间产生引力，而且很活泼的环氧基很容易与含活泼氢的金属表面形成化学键，漆膜具有优良的附着力，特别是对金属表面的附着力更强,漆膜耐化学腐蚀性也好。具有较好的热稳定性和电绝缘性能。l不足之处：户外耐候性差，漆膜易粉化、失光，漆膜丰满度不好,不宜作为高质量的户外用漆和高装饰性用漆。环氧树脂结构中有羟基，制漆时处理不当时，漆膜耐水性不好。环氧树脂涂料有的是双组分的，制造和使用都不方便。n环氧树脂的合成原理1.双酚 A 与碱作用生成亲核性强的苯氧基负离子：2.苯氧负离子进攻环氧基位阻较小的碳原子发生双分子亲核反应，然后进一步反应脱去氯离子形成双缩水甘油醚：双酚 A 与碱作用生成亲核性强的苯氧基负离子：苯氧负离子进攻环氧基位阻较小的碳原子发生双分子亲核反应，然后进一步反应脱去氯离子形成双缩水甘油醚：3.双酚 A 苯氧负离子和双缩水甘油醚进一步反应得到环氧树脂：