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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n环氧树脂的特性指标1.1.环环氧氧值值A：每每100g环环氧氧树树脂脂中中含含有有环环氧氧基基的的物质的量物质的量例：两端为环氧基封端的BPA环氧树脂，分子量为340，则A值为多少？2.2.环环氧氧指指数数B：每每1kg环环氧氧树树
2、脂脂中中所所含含环环氧氧基基物物质的量，质的量，B=10A3.3.环环氧氧当当量量C(EEW，epoxy equivalent per weight)：含含有有1mol环环氧氧基基的的环环氧氧树树脂脂的的质质量量(g/mol)。环环氧氧树树脂脂的的分分子子量量愈愈大大，环环氧氧当当量量愈大。愈大。4.4.羟羟基基值值F：每每100g环环氧氧树树脂脂中中所所含含羟羟基基物物质质的的物质的量。物质的量。如分子量为1000的BPA环氧树脂，含有4个羟基，则羟基值F为：5.5.羟羟基基当当量量H：含含有有1mol羟羟基基的的环环氧氧树树脂脂的的质质量量(g/mol)。6.6.酯酯化化当当量量E：酯酯化
3、化1mol单单羧羧基基所所需需环环氧氧树树脂脂的的质量质量 (g/mol)。l环氧树脂中，羟羟基基和环环氧氧基基都能与羧基生成酯，并且一个环氧基可与两个羧基反应，所以酯化当量可表示为：n环氧树脂结构与性能的关系1.环氧树脂中有许多羟基及醚键，能与基材相互作用，因而对金属有极好的粘结力，并对陶瓷、玻璃、混凝土、木材等极性基材均有优良的附着力，俗称万能胶。2.结构中不含有不饱和键，交联间距长，体积收缩率小。3.环氧树脂中仅有羟基及醚键，没有酯基，因而耐碱性好。4.固化后呈三维网网状状结构，因此其耐油类浸渍性能优良。5.与热固性酚醛树脂涂料相比较，环氧树脂内含芳烃，质坚硬，醚键便于分子链内旋转，环氧
4、树脂交联间距长，具有一定的韧性。酚醛树脂因其交联间距比环氧树脂短，很脆。6.与不同树脂间相互配合，可制成多种涂料：l含有环氧基，可与活泼氢(酚醛树脂、氨基树脂、聚酰胺树脂等)加成；l含有羟基，可与酯基(聚酯树脂、异氰酸酯)等交换或聚加成。7.双酚A环氧树脂结构中因为含有芳香醚键，其-H易被氧化发生降解，因而户外耐候性差：n环氧树脂固化性能环氧树脂固化性能1.环氧树脂被活泼氢物质加成，进行固化。2.活泼氢物质包括：R-N-H：多元胺、聚酰胺树脂、氨基树脂。R-O-H：多元酸、多元酚、酚醛树脂。R-S-H：多元硫醇。3.环氧树脂、固化剂(活泼氢)每分子含有2活性中心，交联固化成3D网络，形成热固性
5、的高分子涂膜。1.与胺类固化剂的交联反应环氧树脂在常温下与多元胺反应固化，固化速度快，粘度低。反反应应过过程程：伯胺与环氧基反应生成仲胺，仲胺与环氧基反应变成叔胺，叔胺与环氧基反应生成四价季铵盐化合物，进而生成高分子涂膜。多元胺固化特点l优点活性高、固化快l不足放热量大、施工时限短；湿度较大时，漆膜泛白，橘皮、皱孔；具有刺激性、臭味；l对策：以胺与少量液态树脂加成物、或聚酰胺作固化剂，降低毒性，提高贮存稳定性。l胺的反应活性：伯胺仲胺叔胺；正丁胺二乙胺二正丙胺二正丁胺二异戊胺乙苯胺正丙苯胺正丁苯胺l脂肪胺的活性高于芳香胺。l胺固化剂的用量一般为4-5%。l弱酸、多元醇以及取代醇可以促进固化反应
6、。l马来酸、邻苯二甲酸、低分子量酮、酯等倾向于抑制该固化反应。如工业固化促进剂 2,4,6-三(N,N-二甲基胺亚甲基)苯酚：碱、酸催化固化机理碱、酸催化固化机理2.与多元酸及其酸酐的反应多元酸及其酸酐是第二类常用的环氧树脂固化剂。如邻苯二甲酸酐，在加热条件下首先和环氧树脂中的羟基反应生成单酯酸或碱做催化剂，可以加速酸酐的固化反应，常用的催化剂有KOH、叔胺、季铵盐、有机碱以及质子酸等。3.与多元硫醇化合物的固化反应早期认为，硫醇化合物作固化剂时没有胺类化合物活波，环氧树脂固化时需要烘烤，后来发现，在适当的催化剂存在下，硫醇的固化反应很快。尤其是三级胺作用下，环氧树脂/硫醇的固化反应很快；比环
7、氧树脂/胺的固化反应快几倍，在低温下尤其如此。4.与酚醛树脂的固化反应酚醛树脂固化环氧树脂具有极好的粘结性、韧性、耐溶剂性、耐酸碱性和耐化学药品性。是环氧树脂涂料中耐腐蚀性最好的一种。l固化反应要在高温下进行，此树脂会有游离酚醛，污染环境。u环氧环氧树脂树脂固化固化l要选分子量高的树脂，含羟基多的树脂，羟基官能度较大，固化速度快。l高分子量环氧树脂具有较长的分子链，可提高涂膜的弹性。环氧树脂在涂料中的应用环氧树脂在涂料中的应用1.工业保护、维修低温固化环氧树脂用于大型结构的保护和防腐（此时不便进行高温固化）固化时间2427h；漆膜厚度150200微米；含有35%45%的颜料、防腐剂2.容器涂料
8、高分子量环氧树脂用作食品罐头内壁涂料，固化剂采用酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂等。分子量为1300016000，湿粘结力较好；环氧值3.55，粘接力较好；20%30%高分子组分(31000)与低分子组分(9500)复合，粘接性较好；加入磷酸酯形成强氢键，提高柔韧性、防腐性、粘结性；引入烷基链、烷氧基(醚键)链，降低Tg。3.重涂料固态环氧树脂或其混合物溶解于丙酮/乙醇/芳烃混合溶剂中形成的涂料；一般以酰胺作固化剂；高耐溶剂、耐油产品以胺、胺加成物为固化剂；耐碱、耐溶剂，硬度、强度高，用于贮存设备内涂层。4.民用涂料双组份环氧树脂（AB胶）主剂（B）：环氧树脂，溶剂、助剂、填充剂、颜料。固化剂
9、（A）：聚酰胺。l适用于：铝板、镀锌板、合金钢板、铁板设备及特殊材质表面的保护；地板、墙面、家电、泳池等。l环氧树脂分子量 900 4醇酸树脂l醇酸树脂是一种合成的聚合物，是聚酯的一种。l可通过聚合物中组分的调节制备出性能优良的适用于表面涂层的树脂。l制制备备：醇酸树脂是由多元醇、多元酸及脂肪酸为主要成分，通过缩聚反应进行酯化制备的。X：羟基OH，烷氧基OR，羧烷基OCOR，(酰)氯；Y：醇碱金属阴离子RO-，醇ROH，氨RNH，羧酸COO-；主要用作涂料、油漆，在金属防护、家具、车辆、建筑等方面有广泛应用，也可用作漆包线的绝缘层，制成油墨大量应用于印刷工业，此外也用于制造模压塑料干性醇酸树脂
10、可在空气中固化；非干性醇酸树脂则要与氨基树脂混合，经加热才能固化固化成膜后，有光泽和韧性，附着力强，并具有良好的耐磨性、耐候性和绝缘性等。l醇酸树脂原料组成：多元醇：甘油、季戊四醇、山梨醇、三羧甲基丙烷及各种二甘醇。多元酸：邻苯二甲酸、间苯二甲酸、己二酸、马来酸等。一元酸：主要是桐油、亚麻油、豆油等植物油中所含旳酸，也可以是苯甲酸、合成脂肪酸。l油度：对于油性树脂漆，油度以每1重量份硬树脂中所含油的重量份数来表示，但美国以100磅硬树脂中所含油的加仑数来表示。l对于醇酸树脂，油度以树脂固体中所含油(脂肪酸)的重量百分数来表示，即：l油度(%)=油用量/树脂理论产量100%。W0：植物油的用量；
11、WR：醇酸树脂理论产量；WA2、WG：分别为苯酐和甘油的用量；WA、WH2O：分别为高级脂肪酸和水的理论生成量。短油度 中油度 长油度醇酸树脂 3343 4359 5984常见的饱和脂肪酸：常见的饱和脂肪酸：1、月桂酸（十二酸）；、月桂酸（十二酸）；2、豆蔻酸（十四酸）；、豆蔻酸（十四酸）；3、软脂酸（十六酸）；、软脂酸（十六酸）；4、硬脂酸（十八酸）。、硬脂酸（十八酸）。常见的不饱和脂肪酸：1、油酸（十八碳烯9酸）；2、亚油酸（十八碳二烯9，12酸）；3、亚麻酸（十八碳三烯9，12，15酸）；4、桐油酸（十八碳三烯9，11，13酸）；5、蓖麻油酸（12羟基十八碳烯9酸）。l油度主要应用于醇酸
12、树脂l醇酸树脂按含油多少分为短、中、长三种油度:l短油度多显示树脂的性能，长油度多显示出油的特点;l油度的意义：表示醇酸树脂中弱极性结构的含量：长链脂肪酸相对于聚酯结构极性较弱；表示醇酸树脂中柔性成分的含量：长链脂肪酸残基是柔性链段,而苯酐聚酯是刚性链段；种类种类种类种类长油度长油度长油度长油度中油度中油度中油度中油度短油度短油度短油度短油度油度油度油度油度60%60%40%60%40%60%40%40%苯酐度苯酐度苯酐度苯酐度30%35%35%工艺特点工艺特点工艺特点工艺特点干燥速度干燥速度干燥速度干燥速度溶剂释放速度溶剂释放速度溶剂释放速度溶剂释放速度慢慢慢慢中中中中快快快快漆性能漆性能漆
13、性能漆性能硬度硬度硬度硬度低低低低 中中中中高高高高 柔韧性柔韧性柔韧性柔韧性好好好好 中中中中差差差差 耐化学性耐化学性耐化学性耐化学性差差差差 中中中中好好好好 耐水性耐水性耐水性耐水性差差差差 中中中中好好好好 刷涂性刷涂性刷涂性刷涂性漆膜附着性漆膜附着性漆膜附着性漆膜附着性好好好好 中中中中差差差差(要求强溶剂：要求强溶剂：要求强溶剂：要求强溶剂：苯、二甲苯苯、二甲苯苯、二甲苯苯、二甲苯)树脂性能树脂性能树脂性能树脂性能TgTg低低低低中中中中高高高高l合成方法：直接酯化、酯交换、酸酐法（具有商业价值）酰氯法1.直接酯化法：同一分子或不同分子的羧酸与羟基之间的反应l机理：羧酸不电离（自
14、催化作用）2.酯交换法（催化剂为电负性在1.01.7之间的金属盐：Ca、Mn、Zn、Cd、Pb、Sb、Co）第一步：二元酯与过量的二元醇发生酯交换第二步：产物进一步缩聚（较高温度、真空）3.酸酐法酸酐与醇进行酯化反应：醇酸树脂合成：醇解法、酸解法、脂肪酸法。醇解法：将油先与甘油进行醇解，形成甘油的不完全脂肪酸酯，再与苯酐酯化制备醇酸树脂。醇解法优点：工艺简单、易操作、腐蚀小、成本低。醇酸树脂的工艺过程：溶剂法、熔融法。溶剂法优点：提高酯化速度、降低反应温度和改善产品质量。结论结论：醇酸树脂工业生产以醇解法和溶剂法为主。检验指标：检验指标：外观、外观、粘度、酸值、固含量等粘度、酸值、固含量等固含
15、量：固含量：指涂料含有的不挥发物的量。指涂料含有的不挥发物的量。溶剂溶剂油、多元醇油、多元醇多元酸、二甲苯多元酸、二甲苯醇解醇解聚酯化聚酯化兑稀兑稀过滤过滤储槽储槽检验检验溶剂法醇解生产工艺流程：溶剂法醇解生产工艺流程：醇酸树脂的配方设计醇酸树脂的配方设计1 1、凝 胶 点（Pc）及 工 作 常 数（K）Pc：凝凝凝凝胶胶胶胶点点点点时时时时的的的的临临临临界界界界反反反反应应应应程程程程度度度度；K为为醇醇酸酸树树脂脂常常数数，简简称称工工作作常常数数，一一般般 K 值值在在 1 附附近近，过过大大，醇醇酸酸树树脂脂分分子子量量小小，过过小小，树树脂易提前凝胶化。脂易提前凝胶化。树脂理论产量
16、：等于苯二甲酸酐用量、甘油(或其他多元醇)用量、脂肪酸(或油)用量之和减去酯化时产生的水量。则油量可由下列公式计算：以 r 表示多元醇与苯二甲酸酐的比值，根据醇酸树脂常数计算公式，有：油当量数油当量数苯二甲酸酐当量数苯二甲酸酐当量数醇酐比醇酐比多元醇官能度多元醇官能度令配方中苯酐为1mol，即eA2=2，则有：当多元醇为甘油时，如果K=1，则：当多元醇为季戊四醇时，如果K=1，则：例：以豆油脂肪酸、季戊四醇、苯酐为原料，设计一种长油度慢干漆、油度为62%的醇酸树脂配方，要求K=1，并计算树脂产量、理论出水量，作出树脂配方表。已知季戊四醇当量为34.5，苯酐酸当量74，不饱和脂肪酸当量为280，
17、水分子量18。（提示：根据树脂常数K=1和油度方程计算）解：令当量数如下：豆油脂肪酸eA1，苯酐eA2=2，季戊四醇eB1。因K=1，有解得：又根据：油度(%)=油用量/树脂理论产量100%，得出水量=18eA1+18/2eA2=43.4因此，树脂配方为：豆油脂肪酸：1.413280=395.6 g苯二甲酸酐：274=148.0 g（1mol）季戊四醇：434.5=138.0 g配方分析如下：组分加料量/kgeAeB m树脂成分/%豆油脂肪酸395.61.4131.41361.99苯二甲酸酐148.02.0001.00023.19季戊四醇138.041.00021.62总计681.63.41343.413106.8理论出水量43.46.8醇酸树脂得量638.2100.0