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涂料技术基础成膜物质

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涂料技术基础成膜物质第1页,共41页,2023年,2月20日,星期日概述成膜物成膜方式:溶剂挥发涂料、自由基聚合涂料、缩合聚合涂料;成膜条件:常温固化、加热固化、特种固化。第2页,共41页,2023年,2月20日,星期日一、挥发型涂料成膜物

简 介特点:结构不发生变化,具有热塑性,多具有可溶解性。种类:天然树脂、天然高聚物、合成的线性高聚物。应用:特殊要求的场合(漆膜抛光、防腐蚀)施工方法:常采用喷漆。第3页,共41页,2023年,2月20日,星期日

1 .纤维素聚合物

来源与种类:木材、棉花。纤维素羟基改性可以得到各种酯类和醚类产品,主要改性产品有:

硝基纤维素、

醋酸丁酸纤维素酯、

乙基纤维素、三醋酸纤维素酯、二醋酸纤维素酯、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、苄基纤维素、丙烯酸纤维素等。

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第4页,共41页,2023年,2月20日,星期日(1)

硝基纤维素:种类:一、二、三硝基纤维素。含氮量分别是6.76%、11.11%、14.14%;用途:低于10.5%:溶解度很差,只能制造塑料;10.5%~11.2%:SS型(醇溶解型);高于12.3%:用于制造炸药;11.2%~12.2%:用于涂料,溶于酯或酮,RS型。第5页,共41页,2023年,2月20日,星期日硝基涂料漆:高粘度:强度好、耐寒、耐久性好;但是,粘度高,固含量低,流动差,容易出现弊病。粘度低:打磨性能好,流动好;但是,耐老化差。常用溶剂:酮类、酯类。醋酸戊酯(香蕉水)助溶剂:乙醇、正丁醇等。稀释剂:苯、甲苯、二甲苯、石油溶剂等。特点:涂层光亮、坚硬耐磨、耐水、耐油等;但是固含量低,挥发量占60%~70%;VOC排放量大。第6页,共41页,2023年,2月20日,星期日单一使用的缺点:脆性大、光泽差、不耐紫外光、附着力差。常配合树脂混合使用。应用:常用短、中油度的醇酸树脂混合使用,另外可配合马来酸酐甘油树脂、氨基树脂等。常有:汽车修补漆、木器漆(快干性能好,1小时完全干燥)第7页,共41页,2023年,2月20日,星期日(2)

醋酸丁基纤维素:醋酸丁酸酯(CAB)保色性好安全性好流动性好应用:丙烯酸汽车涂料中的组分。第8页,共41页,2023年,2月20日,星期日2.卤化聚合物特点:透水性低,用于防腐涂料漆。种类:溶液型热塑性氯化聚合物(氯化橡胶、过氯乙烯等)聚氯乙烯塑溶胶:氟化聚合物:第9页,共41页,2023年,2月20日,星期日

溶液型热塑性氯化聚合物

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优点:耐化学性好、一定的耐候性;

缺点:固含量低(20%以下);光热作用会降解。

聚氯乙烯树脂(PVC):强度好、不易燃、耐酸碱;但是不耐高温(70℃以上),溶解度差,对金属附着力差,很少单独用于涂料,主要用于塑料。第10页,共41页,2023年,2月20日,星期日过氯乙烯树脂制法:聚氯乙烯树脂(含氯53%~56%)-在四氯乙烷或氯代苯溶剂中通氯得到(含氯65%)。性能特点:耐热性好、耐老化、耐腐蚀、溶解性好、耐海水;金属附着力差,必须配套底漆,抗冲击性比PVC低。结构特点:比氯化橡胶规整,附着力差,固含量低。聚合度中等适合涂料(580~950)溶剂:混合溶剂(丙酮10%~25%、乙酸丁酯15%~30%、甲苯45%~75%)第11页,共41页,2023年,2月20日,星期日氯乙烯偏氯乙烯共聚树脂制法:氯乙烯(70%~45%聚氯乙烯粉末涂料应用,60%)与偏氯乙烯(30%~55%,40%)共聚,得到白色或黄色粉末。溶剂:丙酮、醋酸丁酯和甲苯混合溶剂,固含量30%~40%。特点:附着力好、柔韧性、抗伸张性好、防潮、耐化学腐蚀。优点:不需添加增塑剂,无毒,可以用于饮料罐内涂料。扩展:乳液聚合得到含量5%~15%的水乳液,用于室内、地板等建筑涂料涂装。第12页,共41页,2023年,2月20日,星期日聚氯乙烯塑溶胶制法:悬浮聚合(相对分子质量10万)塑溶胶:能够溶解增塑剂,但不显著溶胀聚合物的溶剂称为塑溶胶。

用途:常用于冷轧钢板或涂锌钢板,经过200℃烘干1~2min,聚合物溶解于增塑剂,形成熔融态,冷却即可得到涂层花纹。用于厂房钢、船舶内舱等。性能:户外耐久、化学稳定、耐温热、抗石击好。缺点:涂层厚,报废材料难以回收造成污染。第13页,共41页,2023年,2月20日,星期日 3.橡胶涂料天然橡胶优越性:弹性好、耐疲劳、耐水性好、耐曲挠性好。缺点:储存稳定性不好,耐寒性差。改进产品:氯化橡胶(氯丁橡胶)、氯磺化聚乙烯橡胶、丁苯橡胶、聚硫橡胶等。第14页,共41页,2023年,2月20日,星期日氯化橡胶(代表:氯丁橡胶):(chloroprene rubber)制法:天然橡胶-塑炼降低分子量-溶解于四氯化碳-在80~100℃下通氯。特点:为消除更多双键,残余氯高达65%,水洗脱氯。必须加入增塑剂改善脆性。性能:具有很好的防水性能,用于高效防腐涂料(船舶、集装箱、化工设备)。缺点:制造过程中的四氯化碳具有污染。溶剂:芳香烃、酮类、环烷烃、氯代烃等。发展:用氯化树脂代替氯化橡胶做防腐涂料树脂,在化工储罐、管道等设备应用。第15页,共41页,2023年,2月20日,星期日氯磺化聚乙烯橡胶(hypalon,海伯隆;chlorosulfonated polyethylene)制备:氯乙烯主链引入氯和亚磺酰氯结构。

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特点:耐蚀性、耐候性、耐化学品、耐氧化性好。用途:钢材、木材、水泥、塑料等。第16页,共41页,2023年,2月20日,星期日丁苯橡胶涂料(Styrene-butadiene rubber)制备:丁二烯、苯乙烯共聚产物。溶剂:高沸点芳香烃、脂肪烃族等混合溶剂,(注意,脂肪烃挥发快,组分中芳香烃增加,溶解性也增加,容易造成咬底透底等问题)扩展:乳液丁苯橡胶可以直接用作水性涂料。用途:无味、无毒、耐酸碱、耐油,力学性能好,耐磨性好。用于金属、木器、水泥、纸张等涂层。第17页,共41页,2023年,2月20日,星期日聚硫橡胶涂料(Polysulfide rubber)主链上含硫的饱和橡胶原料:二氯化物(二氯乙烷、二氯丙烷、二氯二乙醚等)与多硫化钠缩聚。常添加增塑剂和稀释剂(邻苯二甲酸二酯、氯化石蜡、高芳香族焦油等)。交联剂:金属氧化物、有机过氧化物、环氧树脂等。另外,还使用固化剂、促进剂等。性能:耐冲击、耐热性、耐溶剂型和化学稳定性好、耐海水;可常温固化。应用:船舶防腐、港口海岸、道路交通等设施。第18页,共41页,2023年,2月20日,星期日4.氟硅聚合物(元素涂料)种类:有机硅树脂涂料、氟碳涂料、聚偏氟乙烯(PVDF)以及偏氟乙烯(VDF)共聚物、聚四氟乙烯(杜邦公司:特氟隆PTFE)、氟烯烃与烷基乙烯醚的交替排列共聚树脂(PEVE)、

氟烯烃-乙烯基醚共聚物(FEVE)。共聚单体:多已氰酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯等。第19页,共41页,2023年,2月20日,星期日(1)有机硅涂料组成:聚有机硅氧烷。种类:线性低分子量(硅油、硅脂);线性高分子量(硅橡胶);具有活性基团(硅树脂)硅树脂:R/Si比例1.5~1.7适宜涂料。固化难,需要与其他树脂改性。改性产品:醇酸树脂、聚酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂等。突出特性:耐热性和电绝缘性;耐腐蚀、耐氧化、耐化学品等优异特性;防污特性。缺点固化时间长、价格昂贵。第20页,共41页,2023年,2月20日,星期日(2)氟碳涂料杜邦:聚四氟乙烯( PTFE ):耐热(260°C)、耐低温(-200°C)、润滑性和化学稳定性;固化温度高、颜料分散差;美国Pennwalt:聚偏二氟乙烯(PVDF) :户外耐久性好、与VDF共聚物优良的湿附着力和耐腐蚀性。日本旭硝子:氟烯烃-乙烯基醚共聚物(FEVE):常温溶解于芳烃、酯类、酮类溶剂,实现常温固化。机械性能、化学稳定性、自洁性能优异、耐候性、附着力极好。第21页,共41页,2023年,2月20日,星期日FEVE结构应用:户外、高压线支架、电视塔、外墙自洁涂料、户外家电、钢结构等。第22页,共41页,2023年,2月20日,星期日二、 自由基聚合固化涂料自由基聚合反应成膜形式:氧化聚合:油脂中双键氧化聚合形成网络大分子结构;自由基引发剂引发聚合:不饱和聚酯涂料的不饱和基团双键,引发剂引发产生自由基,发生链式反应交联成膜;能量引发聚合:紫外光或电子束引发共价键化合物聚合。第23页,共41页,2023年,2月20日,星期日1.

油脂树脂涂料油漆来历:天然动植物油(干性油)和大漆(天然成膜物)合称。用于室温干燥的长或中油度醇酸树脂等。成膜方式:空气氧化聚合成膜。第24页,共41页,2023年,2月20日,星期日油脂的成份和结构:甘油三脂肪酸酯(主要是植物油,还包括动物油、合成脂肪酸);常见植物油的脂肪酸:棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、桐油酸、蓖麻醇酸等;(一般18碳酸)碘值:碘饱和100g油脂中的双键需要消耗的碘的重量。第25页,共41页,2023年,2月20日,星期日常见油脂的碘值和结构第26页,共41页,2023年,2月20日,星期日

油的干性:油脂的不饱和程度,用碘值表示。可分为:干性油、半干性油和不干性油。干性油:碘值大于140gI2/100g,2~5天室温下自行干燥;半干性油:碘值100~140gI2/100g,十几天甚至几十天才干燥;不干性油:碘值小于100gI2/100g,不能自干。碘值只是测定了双键数量,没有表明双键分布。第27页,共41页,2023年,2月20日,星期日活泼亚甲基:空气对油的氧化只是发生在活泼亚甲基相连的双键,即两个双键中间的亚甲基。

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——CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2——干性指数:亚油酸一个活泼亚甲基,亚麻酸两个活泼亚甲基。用亚油酸和亚麻酸含量来表征干性(氧化性)。 干性指数=1×亚油酸%+2×亚麻酸%平均活泼亚甲基数

=(双烯酸分子含量+三烯酸分子含量×2)×3

当活泼亚甲基数>2.2 时,认为是干性油。第28页,共41页,2023年,2月20日,星期日酸值:油脂中游离酸的含量,用KOH中和测定。中和1g油脂消耗的KOH质量(用mg表示)为酸值。油脂越新鲜,酸值越小。减少酸值的方法:碱洗(或称碱漂)、白土(水合硅酸铝)脱色。第29页,共41页,2023年,2月20日,星期日常用油脂:(1)桐油主要成份:桐油酸,含有三个共轭双键;特点:容易氧化、干燥快、成膜坚韧、耐水性好;缺点:单独使用或用量太多,容易引起干燥质量问题,皱褶等问题。改进:与其它干性油炼制涂料,加热到260℃~280 ℃聚合成熟桐油使用。第30页,共41页,2023年,2月20日,星期日常用油脂:(2)亚麻油(胡麻油)主要成份:亚油酸、亚麻酸;特点:干性比桐油和梓油稍差;优点:耐久性、漆膜柔韧性比桐油好、不易老化;缺点:耐光性较差,易变黄,不适合制造白色漆。第31页,共41页,2023年,2月20日,星期日常用油脂:(3)梓油(青油)来源:乌桕仔压榨得到。特点:干性比亚麻油好,漆膜坚韧、耐久;泛黄小于亚麻油,可以生产白漆。第32页,共41页,2023年,2月20日,星期日常用油脂:(4)豆油性质:半干性油,碘值115gI2/100g;特点:漆膜不易泛黄,常用于制造醇酸树脂漆和白色漆。

第33页,共41页,2023年,2月20日,星期日常用油脂:(5)蓖麻油性质:不干性油,碘值81~91gI2/100g;用途:制造不干性醇酸树脂。改性:12碳原子上的羟基与异氰酸根反应生产聚氨酯。高温脱水,产生双键,形成脱水蓖麻油,属于干性油,干性好于亚麻油,不泛黄。第34页,共41页,2023年,2月20日,星期日常用油脂:(6)松浆油(塔油、塔尔油)来源:造纸废液中分离提取。成份:松香酸30%~38%;脂肪酸40%~50%;酸值180mgKOH/g;碘值140gI2/100g;性能:漆膜硬度好,附着力好,光泽度好。缺点:颜色稍深。第35页,共41页,2023年聚氯乙烯粉末涂料应用,2月20日,星期日油脂的应用处理:精漂、除去杂质、脱色、高温炼制(目的:氧化、聚合、加成;分子量增大,粘度升高的各种熟油基料)。用途:配比溶剂和催干剂,即得清油;配比颜料和其它辅料即得油性色漆。深加工:酚醛树脂、酯胶、沥青、醇酸、氨酯油、环氧酯等的主要组成。第36页,共41页,2023年,2月20日,星期日植物油干燥原理:基本分三个阶段:导入期:天然抗氧剂(生育酚)被消耗;快速氧化期:氧分子与脂肪双键附近碳原子上的氢反应成过氧化氢基团;复杂的自催化反应:过氧化氢基团消耗,引发自由基聚合并交联成膜;副反应:过氧化氢重排中,产生低分子产物和链断裂反应,使漆膜变脆变色而老化。

第37页,共41页,2023年,2月20日,星期日催干剂的作用:金属氧化物具有催干作用。常见:油溶性的钴、锰、铅、锆、钙、锌等。表催干(面催干)剂:主要催化漆膜表面的干燥。透催干剂:铅皂和锆皂。催化整个干燥过程。助催干剂:钙皂和锌皂。单独使用不催干,可以发挥其它催干剂的作用。催干机理:钴、铅:与吸收氧的过程有关;钴:加快过氧化物生成;锰:促进过氧化物分解;钙、锌:与聚合反应有关;第38页,共41页,2023年,2月20日,星期日催干剂使用:混合使用较多:钴和锰、锆混合使用,发挥效果好;副作用:催干剂使漆膜脆化、变色、开裂等老化。因此涂料品牌网,用量尽可能低。第39页,共41页,2023年,2月20日,星期日防结皮剂作用:防止贮存中干燥氧化交联,增加稳定性;成份:挥发性阻聚剂(肟基)。机理:与催干剂发生反应生成络合物,使催干剂暂时失活;涂装后,肟挥发掉,催干剂重新发挥催干活性。常用防结皮剂:见下表第40页,共41页,2023年,2月20日,星期日第41页,共41页,2023年,2月20日,星期日

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