涂料与涂装工艺学.ppt马彦龙

涂料与涂装工艺学马彦龙第一章 绪论1.1涂料的基本概念1.1.1涂料的定义u 涂料是一种保护、装饰物体表面的涂装材料。具体讲，涂料是涂布于物体表面后，经干燥可以形成一层薄膜，赋予物体以保护、美化或其它功能的材料。u 涂饰物体表面而能结成坚韧保护膜的各种材料统称为涂料u 涂料是一种涂覆在物体（被保护和装饰的对象）表面并能形成牢固附着的连续薄膜的配套性工程材料。（涂料应用科学与工艺学刘国杰 耿耀宗）1.1.2 涂料的作用涂料的作用涂料的作用保护作用保护作用装饰作用装饰作用标志作用标志作用特殊作用特殊作用1.1.2涂料作用涂料作用n保护作用：主要是防腐（金属腐蚀、木保护作用：主要是防腐（金属腐蚀、木材腐烂、水泥风化），另外还可以增加材腐烂、水泥风化），另外还可以增加物体的表面硬度，提高其耐磨性物体的表面硬度，提高其耐磨性n装饰作用：装饰作用：在涂料中加入不同的颜料，在涂料中加入不同的颜料，可使涂膜具有各种颜色，增加物体表面可使涂膜具有各种颜色，增加物体表面的色彩和光泽，还可以修饰和平整物体的色彩和光泽，还可以修饰和平整物体表面的粗糙和缺陷，改善外观质量，提表面的粗糙和缺陷，改善外观质量，提高商品价值高商品价值1.1.2 涂料作用涂料作用n标志作用：标志作用：涂料可作色彩广告标志，利用不涂料可作色彩广告标志，利用不同色彩来表示警告、危险、安全、前进、停止同色彩来表示警告、危险、安全、前进、停止等信号。各种危险品、化工管道、机械设备等等信号。各种危险品、化工管道、机械设备等涂上不同颜色的涂料后，容易识别、便于淮确涂上不同颜色的涂料后，容易识别、便于淮确操作；公路划线、铁道标志等也需要不同色彩操作；公路划线、铁道标志等也需要不同色彩的涂料以保证安全行车的涂料以保证安全行车n 特殊功能：阻燃、导电、隐身（吸收电磁特殊功能：阻燃、导电、隐身（吸收电磁波）、阻尼（吸收声波）、防污、示温等。波）、阻尼（吸收声波）、防污、示温等。装饰作用装饰作用标志作用保护作用特殊作用特殊作用特殊作用n力学功能：耐磨涂料、润滑涂料等；力学功能：耐磨涂料、润滑涂料等；n热功能：耐高温涂料、阻燃涂料等；热功能：耐高温涂料、阻燃涂料等；n电磁学功能：导电涂料、防静电涂料等；电磁学功能：导电涂料、防静电涂料等；n光学功能：发光涂料、荧光涂料等；光学功能：发光涂料、荧光涂料等；n生物功能：防污涂料、防霉涂料等；生物功能：防污涂料、防霉涂料等；n化学功能：耐酸、碱等化学介质涂料。化学功能：耐酸、碱等化学介质涂料。1.1.3 涂料的组成涂料 成膜物质 油脂 天然或者合成树脂不挥发的活性稀释剂 溶剂颜料、填料 助剂涂料中的用量比例n油脂2030%n树脂1020%n颜料、填料425%n溶剂3347%n助剂25%1.1.4 成膜物质成膜物质一般为低（预）聚物成膜物，一般为低（预）聚物成膜物，将其涂布在物体表面后，经将其涂布在物体表面后，经过聚合形成坚韧的膜层，如过聚合形成坚韧的膜层，如环氧、氨基、醇酸树脂等环氧、氨基、醇酸树脂等由溶解或分散在液体介质中的由溶解或分散在液体介质中的线性聚合物构成，成膜过程没线性聚合物构成，成膜过程没有化学反应，仅仅是溶剂的挥有化学反应，仅仅是溶剂的挥发，如乙烯基聚合物和热塑性发，如乙烯基聚合物和热塑性丙烯酸树脂等。丙烯酸树脂等。反应型成膜反应型成膜物质物质挥发性成膜挥发性成膜物质物质成膜物质1.1.5有机溶剂n 溶剂是用于溶解成膜物质的易挥发液体溶剂是用于溶解成膜物质的易挥发液体n 溶剂对成膜物质的溶解能力决定所形成溶剂对成膜物质的溶解能力决定所形成树脂溶液的均匀性及粘度树脂溶液的均匀性及粘度n 溶剂的挥发性极大影响涂膜的干燥速度、溶剂的挥发性极大影响涂膜的干燥速度、涂膜的结构和涂膜的外观的完美性涂膜的结构和涂膜的外观的完美性n 常用溶剂：甲苯、二甲苯、丁醇、丁酮常用溶剂：甲苯、二甲苯、丁醇、丁酮和乙酸乙酯、和乙酸乙酯、120汽油汽油1.1.6 颜料和填料n颜料主要起遮盖、赋色和装饰的作用。颜料主要起遮盖、赋色和装饰的作用。n填料增强涂膜性能、降低产品成本n无机颜料：铅铬黄、镉黄、铁红、钛白粉、氧铅铬黄、镉黄、铁红、钛白粉、氧化锌和铁黄等化锌和铁黄等n有机颜料：炭黑、酞青蓝、耐黄粉和大红粉等。有机颜料：炭黑、酞青蓝、耐黄粉和大红粉等。n填料：填料：主要用来增加涂层厚度，提高耐磨性和机械强度。n轻质碳酸钙轻质碳酸钙 重质碳酸钙重质碳酸钙 硫酸钡硫酸钡 1.1.7 助剂n在涂料中的用量很少，约2-5但作用很大，不可或缺。n现代涂料助剂主要有四大类有四大类：（1）对涂料生产过程发生作用的助剂，如消泡剂、润湿剂、分散剂、乳化剂等；（2）对涂料储存过程发生作用的助剂，如防沉剂、稳定剂，防结皮剂等；（3）对涂料施工过程起作用的助剂，如流平剂、消泡剂、催干剂、防流挂剂等；（4）对涂膜性能产生作用的助剂，如增塑剂、消光剂、阻燃剂、防霉剂等。1.2涂料的分类和命名1.2.1涂料的分类涂料的分类一、按涂料的形态分类一、按涂料的形态分类 固态涂料：即粉末涂料固态涂料：即粉末涂料 液态涂料：溶剂型涂料、水溶性涂料、水乳型涂料液态涂料：溶剂型涂料、水溶性涂料、水乳型涂料 二、按涂料的光泽分类二、按涂料的光泽分类 高光型或有光型涂料、丝光型或半定型涂料、无光型或亚光型涂料高光型或有光型涂料、丝光型或半定型涂料、无光型或亚光型涂料 三、按涂刷部位分类三、按涂刷部位分类 内墙涂料、外墙涂料、地坪涂料、屋顶涂料、顶棚涂内墙涂料、外墙涂料、地坪涂料、屋顶涂料、顶棚涂料等料等1.2.2 涂料的分类四、按涂料涂层状态分类四、按涂料涂层状态分类平涂涂料、砂壁状涂料、含石英砂的装平涂涂料、砂壁状涂料、含石英砂的装饰涂料、仿石涂料等饰涂料、仿石涂料等五、按涂料的特殊性能分类五、按涂料的特殊性能分类建筑涂料、防腐涂料、汽车涂料、防露建筑涂料、防腐涂料、汽车涂料、防露涂料、防锈涂料、涂料、防锈涂料、防水涂料、保湿涂料、弹性涂料等防水涂料、保湿涂料、弹性涂料等传统分类n（1）按涂料形态分类：溶剂型涂料、高固）按涂料形态分类：溶剂型涂料、高固体分涂料、无溶剂型涂料、水性涂料、粉末体分涂料、无溶剂型涂料、水性涂料、粉末涂料等。涂料等。n（2）按涂料用途分类：建筑涂料、工业涂）按涂料用途分类：建筑涂料、工业涂料和维护涂料。料和维护涂料。n（3）按成膜工序分类：底漆、腻子、中涂、）按成膜工序分类：底漆、腻子、中涂、面漆、罩光漆等。面漆、罩光漆等。传统分类n（4）按涂膜功能分类：防锈漆、防腐漆、绝缘漆、耐）按涂膜功能分类：防锈漆、防腐漆、绝缘漆、耐高温涂料、导电涂料等。高温涂料、导电涂料等。n（5）按成膜机理分类：转化型涂料和非转化型涂料。）按成膜机理分类：转化型涂料和非转化型涂料。n非转化型涂料是热塑性涂料，包括挥发性涂料、热塑非转化型涂料是热塑性涂料，包括挥发性涂料、热塑性粉末涂料、乳胶漆等；性粉末涂料、乳胶漆等；n转化型涂料包括气干性涂料、固化剂固化涂料、辐射转化型涂料包括气干性涂料、固化剂固化涂料、辐射固化涂料等。固化涂料等。传统分类n（6）按成膜物质分类：）按成膜物质分类：n根据原化工部颁布的涂料按主要成膜物根据原化工部颁布的涂料按主要成膜物质分类的方法，共分成质分类的方法，共分成18类，其中第类，其中第18类为涂料用辅助材料。类为涂料用辅助材料。1.2.3 涂料的命名不含颜料的透明涂料称为清漆；含有颜料的不透明涂料称为色漆（如磁漆、调和漆、底漆）；加有大量体质颜料的稠厚浆状涂料称为腻子。无挥发性稀释剂的涂料称为无溶剂涂料；呈粉末状的称粉末涂料；以有机溶剂作为稀释剂的称溶剂型涂料；以水作为稀释剂的则称为水性涂料。1.2.4 涂料的类别与代号序序号号代代号号涂料类涂料类别别序序号号代代号号涂料类别涂料类别序序号号代代号号涂料类别涂料类别1Y油性树脂油性树脂 7Q硝基纤维素硝基纤维素13H环氧树脂环氧树脂2T天然树脂天然树脂 8M纤维素纤维素14S聚氨酯聚氨酯3F酚醛树脂酚醛树脂 9G过氧乙烯树过氧乙烯树脂脂15W元素有机聚合元素有机聚合物物4L沥青沥青10X乙烯基树脂乙烯基树脂16J橡胶橡胶5C醇酸树脂醇酸树脂 11B丙烯酸树脂丙烯酸树脂17E其他其他6A氨基树脂氨基树脂 12Z聚酯树脂聚酯树脂18辅助材料辅助材料1.2.5 辅助材料分类辅助材料分类序序 号号代代 号号名名 称称序序 号号代代 号号名名 称称1X稀释剂稀释剂4T脱漆剂脱漆剂2F防潮剂防潮剂5H固化剂固化剂3G催干剂催干剂涂料分类表序号代号（汉语拼音）涂料类别主要成膜物质1Y油性漆类天然动植物油，鱼油，合成油2T天然树脂漆类松香及其衍生物、虫胶、酪素、动物胶，大漆及其衍生物3F酚醛树脂漆类酚醛树脂、改性酚醛树脂、二甲苯树脂4L沥青漆类天然沥青、石油沥青、煤焦沥青、硬脂酸沥青5C醇酸树脂漆类甘油醇酸树脂、季戊四醇醇酸树脂、其它改性醇酸树脂6A氨基树脂漆类脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂7Q硝基漆类硝基纤维素、改性硝基纤维素8M纤维素漆类乙基纤维、苄基纤维，羟甲基纤维，醋酸纤维，醋酸丁酸纤维等9G过氯乙烯漆类过氯乙烯树脂、改性过氯乙烯树脂10X乙烯漆类氯乙烯共聚物，聚醋酸乙烯及其共聚物，聚乙烯醇缩醛，氟树脂11B丙烯酸漆类丙烯酸酯共聚物及其改性树脂12Z聚酯漆类饱和聚酯及不饱和聚酯13H环氧树脂漆类环氧树脂及改性环氧树脂14S聚氨酯漆类即聚氨基甲酸酯15W元素有机漆类有机硅、有机钛等元素有机化合物16J橡胶漆类天然橡胶、合成橡胶及其改性树脂17E其它漆类如无机高分子（硅酸锂），聚苯胺，聚酰亚胺等按照中国的国家标准GB2705-92涂料基本名称代号代号基本名称代号基本名称00清油45饮水舱漆01清漆46油舱漆02厚漆47车间（预涂）底漆03调合漆50耐酸漆04磁漆51耐碱漆05粉末涂料52防腐漆06底漆60耐火漆07腻子61耐热漆08水溶漆、乳胶漆62示温漆09大漆63涂布漆11电泳漆64可剥漆12乳胶漆65卷材涂料13水溶（性）漆66光固化涂料14透明漆67隔热涂料15斑纹漆、裂纹漆、桔纹漆71工程机械用漆16锤纹漆72农机用漆17皱纹漆73发电、输配电设备用漆18金属（效应）漆、闪光漆77内墙涂料20铅笔漆78外墙涂料续表22木器漆79屋面防水涂料23罐头漆80地板漆24家电用漆82锅炉漆26自行车漆83烟囱漆27玩具漆86标志漆、路标漆、马路划线漆28塑料用漆87汽车漆（车身）30（浸渍）绝缘漆88汽车漆（底盘）32（绝缘）磁漆89其他汽车漆34漆包线漆90汽车修补漆35硅钢片漆93汽车漆（底盘）36电容器漆89其他汽车漆37电阻漆、电位器漆93集装箱漆38半导体漆94铁路车辆用漆40防污漆95桥梁漆、输电塔漆及其他（大型露天）钢结构漆41水线漆96航空、航天用漆42甲板漆、甲板防滑漆98胶液43船壳漆99其他44船底漆1.2.7 涂料命名n涂料全名=颜料或颜色名称+成膜物质名称+基本名称。n若颜料对漆膜性能起显著作用，则用颜料名称代替颜色名称。产品型号产品名称产品型号产品名称Q01-17硝基清漆H36-51中绿环氧烘干电容器漆A05-19铝粉氨基烘漆S07-1浅灰聚氨酯腻子（分装）C04-2红醇酸磁漆H-1环氧漆固化剂1.3 涂料的发展历史n涂料的发展史一般可分为三个阶段：n （1）天然成膜物质的使用；n （2）涂料工业的形成；n （3）合成树脂涂料的生产1.3涂料的发展历史n天然成膜物质的使用天然成膜物质的使用：中国是世界上使用天然成膜物质涂料最早的国家之一。春秋时代（公元前770年公元前476年）就掌握了熬炼桐油制造涂料的技术。战国时代（公元前 475公元前221年）能用桐油和大漆复配涂料。此后，该项技术陆续传入朝鲜、日本及东南亚各国,并得到发展。到了明代(13681644年),中国漆器技术达到高峰。17世纪以后，中国的漆器技术和印度的虫胶（紫胶）涂料逐渐传入欧洲。20世纪涂料和涂装技术的发展过程世纪涂料和涂装技术的发展过程年年 代代 主要涂料品种主要涂料品种涂漆方法涂漆方法特点特点50年代年代硝基、醇酸、沥青硝基、醇酸、沥青手工空气喷涂、手工空气喷涂、浸涂浸涂效率低、危险、效率低、危险、环境污染大环境污染大6070年年代代氨基、丙烯酸、粉氨基、丙烯酸、粉末涂料末涂料静电喷涂阳极电静电喷涂阳极电泳、粉末涂装泳、粉末涂装高效安全高效安全、低低污染污染80年代年代无溶剂涂料无溶剂涂料、高固高固体分面漆、体分面漆、自动涂漆自动涂漆、光光固化固化优质优质、高效、高效、安全、低污染安全、低污染90年代年代水性底漆、水性闪水性底漆、水性闪光漆、高固体分罩光漆、高固体分罩光漆光漆水性漆静电喷涂水性漆静电喷涂满足满足VOC排放规排放规定定1.4 涂料工业的发展n涂料工业的形成涂料工业的形成：18世纪涂料工业开始形成。亚麻仁油熟油的大量生产和应用，促使清漆和色漆的品种迅速发展。n1773年英国韦廷公司搜集出版干性油炼制清漆的工艺配方。1790年，英国创立了第一家涂料厂。n法国在1820年、德国在1830年、奥地利在1843年、日本在1881年都相继建立了涂料厂。19世纪中叶，涂料生产厂家直接配制适合施工要求的涂料，即调合漆。从此，涂料配制和生产技术才完全掌握在涂料厂中，n1915年开办的上海开林颜料油漆厂是中国第一个涂料生产厂。1.4 涂料工业的发展n合成树脂涂料时期合成树脂涂料时期：n1855年，英国人A.帕克斯取得了用硝酸纤维素（硝化棉）制造涂料的专利权，建立了第一个生产合成树脂涂料的工厂。n1909年，美国化学家L.H.贝克兰试制成功醇溶性酚醛树脂。n1925年硝酸纤维素涂料的生产达到高潮。与此同时，酚醛树脂涂料也广泛应用于木器家具行业。n1927年，美国通用电气公司的R.H.基恩尔突破了植物油醇解技术，发明了用干性油脂肪酸制备醇酸树脂的工艺，醇酸树脂涂料迅速发展为主流的涂料品种，摆脱了以干性油和天然树脂混合炼制涂料的传统方法，开创了涂料工业的新纪元。n 1.4 涂料工业的发展40年代后期首先生产环氧树脂，50年代初，性能广泛的聚氨酯涂料在联邦德国拜耳公司投入工业化生产。1950年，丙烯酸树脂涂料，逐渐成为汽车涂料的主要品种，第二次世界大战后,丁苯胶乳过剩,美国积极研究用丁苯胶乳制造水乳胶涂料。20世纪5060年代，发了聚醋酸乙烯酯胶乳和丙烯酸酯胶乳涂料，这些都是建筑涂料的最大品种。1952年乙烯类树脂热塑粉末涂料。壳牌化学公司开发了环氧粉末涂料。美国福特汽车1.4.1 涂料工业的发展1961年开发了电沉积涂料，并实现工业化生产。此外，1968年联邦德国拜耳公司首先在市场出售光固化木器漆。无溶剂涂料：乳胶涂料、水溶性涂料、粉末涂料和光固化涂料，使涂料产品中的有机溶剂用量大幅度下降,甚至不使用有机溶剂,开辟了低污染涂料的新领域。随着电子技术和航天技术的发展,以有机硅树脂为主的元素有机树脂涂料,在5060年代发展迅速，在耐高温涂料领域占据重要地位。这一时期开发并实现工业化生产的还有杂环树脂涂料、橡胶类涂料、乙烯基树脂涂料、聚酯涂料、无机高分子涂料等品种。1.4.2今后发展方向今后十年，涂料工业的技术发展将主要体现在“四化”水性化、粉末化、高固体份化和光固化。世界涂料工业发展，正在本着力求符世界涂料工业发展，正在本着力求符合合“4E”原则的方向发展，即原则的方向发展，即1.5 涂料发展历程n涂料工业的形成涂料工业的形成：18世纪涂料工业开始形成，亚麻仁油熟油的大量生产和应用，1790年，英国创立了第一家涂料厂。1915年上海开林颜料油漆厂中国第一个厂。n合成树脂涂料时期合成树脂涂料时期：19世纪中期 1855年，英国人A.帕克斯取得了用硝酸纤维素（硝化棉）制造涂料的专利权；1909年，美国化学家L.H.贝克兰试制成功醇溶性酚醛树脂。1.5 涂料发展历程（续）1925年硝酸纤维素涂料的生产达到高潮。酚醛树脂涂料也广泛应用于木器家具行业。n40年代后期:环氧树脂n50年代初，性能广泛的聚氨酯涂料n1950年，美国杜邦公司开发了丙烯酸树脂涂料，逐渐成为汽车涂料的主要品种n20世纪5060年代:胶乳涂料n1950年代:粉末涂料1.5 涂料发展历程（续）n1961年开发了电沉积涂料n1968年联邦德国拜耳：乳胶涂料、水溶性涂料、粉末涂料和光固化涂料n元素有机树脂涂料,在5060年代发展迅速（特种涂料）1.6 涂料与涂装共同发展n为配合合成树脂涂料的推广应用，涂装技术也发生了根本性变化。20世纪50年代，高压无空气喷涂在造船工业和钢铁桥梁建筑中推广，大大提高了涂装的工作效率。静电喷涂是60年代发展起来的，它适用于大规模流水线涂装，促进了粉末涂料的进一步推广。电沉积涂装技术是60年代适应于水溶性涂料的出现而发展的，尤其在超过滤技术解决了电沉积涂装的废水问题后，进一步扩大了应用领域。n 七十年代以来，由于石油危机的冲击，涂料工业向节省资源、能源，减少污染、有利于生态平衡和提高经济效益的方向发展。高固体涂料、水型涂料、粉末涂料和辐射固化涂料的开发，是其具体表现。n 九十年代初，世界发达国家进行了“绿色革命”，对涂料工业是个挑战，促进了涂料工业向“绿色”涂料方向大步迈进。以工业涂料为例，在北美和欧洲，1992年常规溶剂型涂料占49%，到2000年降为26%；水性涂料、高固体份涂料、光固化涂料和粉末涂料由1992年的51%增加到2002年的74%。1.6 涂料与涂装共同发展（续）n今后十年，涂料工业的技术发展将主要体现在“四化”水性化、粉末化、高固体份化和光固化。n（1）涂料的水性化 在水性涂料中，乳胶涂料占绝对优势，此外，水分散体涂料在木器、金属涂料领域的技术、市场发展很快。水性涂料重要的研究方向有以下几个方面：n 成膜机理的研究。这方面的研究主要是改善涂膜的性能；n 施工应用的研究。n 水性聚氨酯涂料。这是近年来迅速发展的一类水性涂料。它除具有一般聚氨酯涂料所固有的高强度、耐磨等优异性能外，且对环境无污染，中毒和着火的危险性小。由于水性聚氨脂树脂分子内存在氨基甲酸酯键，所以水性聚氨酯涂料的柔韧性、机械强度、耐磨性、耐化学药品及耐久性等都十分优异，欧、美、日均将其视为高性能的现代涂料品种大力研究开发。（2）涂料的粉末化n 在涂料工业中，粉末涂料属于发展最快的一类。由于世界上出现了严重的大气污染，环保法规对污染控制日益严格，要求开发无公害、省资源的涂料品种。因此，无溶剂、100%地转化成膜、具有保护和装饰综合性能的粉末涂料，便因其具有独有的经济效益和社会效益而获得飞速发展。（3）涂料的高固体份化n 在环境保护措施日益强化的情况下，高固体份涂料有了迅速发展。采用脂肪族多异氰酸酯和聚己内酯多元醇等低粘度聚合物多元醇，可制成固体份高达100%的聚氨酯涂料。该涂料各项性能均佳，施工性好。用低粘度IPDI三聚体和高固体份羟基丙烯酸树脂或聚酯树脂配制的双组份热固性聚氨酯涂料，其固体含量可达70%以上，且粘度低，便于施工，室温或低温可固化，是一种非常理想的高装饰性高固体份聚氨酯涂料。（4）涂料的光固化n光固化涂料也是一种不用溶剂、节省能源的涂料，最初主要用于木器和家具等产品的涂饰，目前在木质和塑料产品的涂装领域开始广泛应用。在欧洲和发达国家，光固化涂料市场潜力大，很受大企业青睐，主要是流水作业的需要，美国现约有700多条大型光固化涂装线，德国、日本等大约有40%的木质或塑料包装物采用光固化涂料。最近又开发出聚氨酯丙烯酸光固化涂料，它是将有丙烯酸酯端基的聚氨酯齐聚物溶于活性稀释剂（光聚合性丙烯酸单体）中而制成的。它既保持了丙烯酸树脂的光固化特性，也具有特别好的柔性、附着力、耐化学腐蚀性和耐磨性。