第一章 涂料化學(xué)緒論

1、原料涂膜性質(zhì)用途生產(chǎn)涂裝涂料學(xué)的特點(diǎn)產(chǎn)品化學(xué)知識貫穿始終第一章 緒論 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述涂料涂料是一種保護(hù)、裝飾物體表面的涂裝材料。具體講，涂料是涂布于物體表面后，經(jīng)干燥可以形成一層薄膜，賦予物體以保護(hù)、美化或其它功能的材料。 液體液體涂覆施工固化物體表面連 續(xù) 性連 續(xù) 性固體膜固體膜作用？液體？如何實(shí)現(xiàn)：液固轉(zhuǎn)換涂料涂料從組成上看，涂料一般包含四大組分四大組分：成膜成膜物質(zhì)、分散介質(zhì)（溶劑）、顏（填）料和各類涂物質(zhì)、分散介質(zhì)（溶劑）、顏（填）料和各類涂料助劑。料助劑。成膜物質(zhì)：成膜物質(zhì)：是涂料中的主要成膜物質(zhì)，為高分子化合物，亦稱涂料樹脂，可分為天然高分子和合成高分子兩大類。成膜物質(zhì)

2、天然高分子合成高分子瀝青生漆蟲膠縮聚型高分子：聚氨酯、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂等加聚型高分子：丙烯酸樹脂、過氯乙烯樹脂、 聚氯乙烯樹脂、聚醋酸乙烯樹脂等改性型高分子：高氯化聚乙稀、氯化橡膠等瀝青瀝青生漆生漆蟲膠蟲膠分散介質(zhì)：分散介質(zhì)：在涂料中起到溶解溶解或分散分散成膜物質(zhì)及顏（填）料的作用，以滿足各種油漆施工工藝的要求，其用量在50%(V/V)左右。溶劑（或分散介質(zhì)）并非成膜物質(zhì)，它可以幫助施工和成膜。不同品種的合成樹脂或油漆，其溶劑不同。溶劑的溶解力及揮發(fā)率等因素對成漆在生產(chǎn)、貯存、施工及漆膜光澤、附著力、表面狀態(tài)等多方面性能都有極大影響。涂料中的溶劑是一種揮發(fā)組分，對環(huán)境造成極大污染，也是對資源

3、的很大浪費(fèi)，所以，現(xiàn)代涂料行業(yè)正在努力減少溶劑的使用量，開發(fā)出了高固體份涂料、水性涂料、無溶劑涂料等環(huán)保型涂料。 溶劑的品種類別很多，按其化學(xué)成分和來源可分為下列幾大類：萜烯溶劑、石油溶劑、煤焦溶劑、酯類溶劑、酮類溶劑、醇類溶劑，以及其他溶劑。（1）萜烯溶劑萜烯溶劑：絕大部分來自松樹分泌物，常用的有松節(jié)油。（2）石油溶劑石油溶劑；這類溶劑屬于烴類，是從石油中分餾而得，常用的有溶劑油、松香水。松香水是油漆中普遍采用的溶劑，毒性較小。（3）煤焦溶劑煤焦溶劑：這類溶劑也屬于烴類，但由煤干餾而得，常用的有苯、甲苯、二甲苯等。 苯的溶解能力很強(qiáng)，但毒性大，揮發(fā)快，一般不用；甲苯的溶解能力與苯相似，主要作

4、為醇酸漆溶劑，也可以作環(huán)氧樹脂、噴漆等的稀釋劑用；二甲苯的溶解性略低于甲苯，揮發(fā)比甲苯慢，毒性較小。近年來，重芳烴（三甲基苯）類溶劑得到了廣泛應(yīng)用。（4）酯類溶劑酯類溶劑：是低碳的有機(jī)酸和醇的酯化物，常用的有醋酸丁酯、乙酸乙酯、醋酸戊酯等。酯類溶劑毒性小，一般用在民用漆中。（5）酮類溶劑酮類溶劑：是一類有機(jī)溶劑，主要用來溶解硝酸纖維，常用的有丙酮、甲乙酮、甲異丙酮、環(huán)已酮、異佛爾酮等。（6）醇類溶劑：是一類有機(jī)溶劑，能與水混合，常用的有乙醇、異丙醇、丁醇等。醇類溶劑對涂料的溶解力差，僅能溶解蟲膠或聚乙烯醇縮丁醛樹脂，與酯類、酮類溶劑配合使用時，可增加其溶解力，因此稱它們?yōu)橄趸岬闹軇?。乙醇?/p>

5、能溶解一般樹脂，而能溶解硝基纖維、蟲膠等。（7）其他溶劑其他溶劑：常用的有含氯溶劑、硝化烷烴溶劑、醚醇類溶劑等。含氯溶劑溶解力很強(qiáng)，但毒性較大，只是在某些特種漆和脫漆劑中使用；醚醇類溶劑是一種新興的溶劑，有乙二醇乙醚、乙二醇甲醚及其酯類等。近年來，水性涂料發(fā)展很快，除極少量水溶性體系外，絕大部分屬于水分散體系，水起到分散介質(zhì)的作用。 脂肪酸不飽和性（雙鍵） - 分為干性油、半干性油、非干性油。干性油半干性油在空氣中能氧化成膜。重要概念重要概念干性油的干燥過程氧化為過氧化物 過氧化物不穩(wěn)定過氧化物不穩(wěn)定-游離基（自由基）游離基（自由基） 回憶高分子課程的自由基反應(yīng)（引發(fā)劑）回憶高分子課程的自由基

6、反應(yīng)（引發(fā)劑）v游離基增長和交聯(lián)v結(jié)果：分子量變大v涂料行業(yè)把含有涂料行業(yè)把含有6個以上雙鍵的油個以上雙鍵的油-干性油干性油 如：桐油、亞麻油、蘇子油等如：桐油、亞麻油、蘇子油等v4-5個雙鍵的油個雙鍵的油-半干性油半干性油 如：葵花籽油如：葵花籽油v4個以下個以下-不干性油不干性油 如：蓖麻油如：蓖麻油碘值 - 不飽和度參數(shù)碘值:是指為飽和100g油的雙鍵所需要碘的克數(shù)。表示有機(jī)物質(zhì)不飽和程度的一種指標(biāo)。主要用于油脂、蠟、脂肪酸等物質(zhì)的測定。不飽和程度愈大，碘值也愈大。干性油的碘值在130以上；（桐油）半干性油的碘值在100130之間；（豆油）非干性油的碘值在100以下；（蓖麻油）陸地動物脂

7、肪的碘值在80以下（豬油）；海洋動物油脂的碘值在100以上。（鯨油） 顏（填）料：顏（填）料：是涂料中的次要成膜物質(zhì)，但它不能離開主要成膜物質(zhì)（涂料樹脂）而單獨(dú)構(gòu)成涂膜。顏料是一種不溶于成膜物質(zhì)的有色礦物質(zhì)或有機(jī)物質(zhì)，粒徑尺寸在0.210 mm。按來源按來源顏料可分為有機(jī)顏料有機(jī)顏料和無機(jī)顏料無機(jī)顏料，無機(jī)顏料又可分為天然無機(jī)顏料和人造無機(jī)顏料。按用途按用途可分為三種：體質(zhì)顏料（也稱為填料）、著色顏料、防銹顏料。體質(zhì)顏料體質(zhì)顏料：主要用來增加涂層厚度，提高耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度。著色顏料著色顏料：可賦予涂層美麗的色彩，具有良好的遮蓋性，可以提高涂層的耐日曬性、耐久性和耐氣候變化等性能。防銹顏料防銹顏

8、料：這種顏料可使涂層具有良好的防銹能力，延長壽命，它是防銹底漆的主要原料。涂料的上述三種主要成分中，分散介質(zhì)（溶劑）和顏（填）料有時可以除去，沒有顏料的涂料稱為清漆清漆，而含顏料的涂料稱為色漆色漆。溶劑和成膜物質(zhì)相結(jié)合在制漆過程中又被稱為漆料或載色劑漆料或載色劑。沒有溶劑的涂料稱為無溶劑涂料無溶劑涂料。助劑助劑：在涂料中的用量很少，約10-3(w/w)，但作用很大，不可或缺。現(xiàn)代涂料助劑主要有四大類有四大類：（1）對涂料生產(chǎn)過程發(fā)生作用的助劑，如消泡劑、潤濕劑、分散劑、乳化劑（2）對涂料儲存過程發(fā)生作用的助劑，如防沉劑、穩(wěn)定劑，防結(jié)皮劑等；（3）對涂料施工過程起作用的助劑，如流平劑、消泡劑、催

9、干劑、防流掛劑等；（4）對涂膜性能產(chǎn)生作用的助劑，如增塑劑、消光劑、阻燃劑、防霉劑等。（1）裝飾作用裝飾作用由顏（填）料及成膜物質(zhì)提供，其它組分協(xié)助。當(dāng)然，顏料除了使涂膜呈現(xiàn)鮮艷多彩的顏色外，還具有其它作用，如提供一定的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性以強(qiáng)化保護(hù)作用；成膜物質(zhì)使涂飾物表面光澤發(fā)生變化，豐滿度提高，提高質(zhì)感，提高了裝飾效果。第二節(jié)第二節(jié) 涂料的功能涂料的功能（2）保護(hù)作用保護(hù)作用涂料可以在物體表面形成一層保護(hù)膜，保護(hù)各種制品免受大氣、雨水及各種化學(xué)介質(zhì)的侵蝕，延長其使用壽命，減少損失。第二節(jié)第二節(jié) 涂料的功能涂料的功能第二節(jié)第二節(jié) 涂料的功能涂料的功能（3）標(biāo)志標(biāo)志特別是在交通道路上，通過漆

10、料醒目的顏色可以制備各種標(biāo)志牌和道路分離線，它們在黑夜里依然清晰明亮。在工廠中，各種管道，槽車，容器常用不同顏色的涂料加以區(qū)分，電子工業(yè)用不同顏色的涂料加以區(qū)分性能。第二節(jié)第二節(jié) 涂料的功能涂料的功能（4）其它作用其它作用保護(hù)和裝飾性是涂料的基本功能，此外涂膜還可以提供防靜電、導(dǎo)電、絕緣、耐高溫、隔熱、阻燃、防霉、殺菌、防海洋生物附著、熱至變色、光至變色等作用。第三節(jié)第三節(jié) 涂料的分類與命名涂料的分類與命名（1）按照涂料形態(tài)分：粉末涂料、液體涂料；（2）按成膜機(jī)理分：熱塑性涂料、熱固性涂料；（3）按施工方法分：刷涂涂料、輥涂涂料、噴涂涂料、浸涂涂料、淋涂涂料、電泳涂涂料； （4）按干燥方式分：

11、常溫干燥涂料、烘干涂料、濕氣固化涂料、光固化涂料、電子束固化涂料；（5）按涂布層次分：膩?zhàn)?、底漆、中涂漆、面漆?第三節(jié)第三節(jié) 涂料的分類與命名涂料的分類與命名（6）按涂膜外觀分：清漆、色漆；平光漆、亞光漆、高光漆；（7）按使用對象分：金屬漆、木器漆、水泥漆；以及汽車漆、船舶漆、集裝箱漆、飛機(jī)漆、家電漆； （8）按性能分：防腐漆、絕緣漆、導(dǎo)電漆、耐熱漆、防火漆； （9）按成膜物質(zhì)分：醇酸樹脂漆、環(huán)氧樹脂漆、氯化橡膠漆、丙烯酸樹脂漆、聚氨酯漆、乙烯基樹脂漆等。（10）按分散介質(zhì)不同分：溶劑型涂料、水性涂料（水溶型涂料、水分散型涂料和水乳型涂料）。 序號代號（漢語拼音）涂料類別主要成膜物質(zhì)1Y油性

12、漆類天然動植物油，魚油，合成油2T天然樹脂漆類松香及其衍生物、蟲膠、酪素、動物膠，大漆及其衍生物3F酚醛樹脂漆類酚醛樹脂、改性酚醛樹脂、二甲苯樹脂4L瀝青漆類天然瀝青、石油瀝青、煤焦瀝青、硬脂酸瀝青5C醇酸樹脂漆類甘油醇酸樹脂、季戊四醇醇酸樹脂、其它改性醇酸樹脂6A氨基樹脂漆類脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂7Q硝基漆類硝基纖維素、改性硝基纖維素8M纖維素漆類乙基纖維、芐基纖維，羥甲基纖維，醋酸纖維，醋酸丁酸纖維等9G過氯乙烯漆類過氯乙烯樹脂、改性過氯乙烯樹脂10X乙烯漆類氯乙烯共聚物，聚醋酸乙烯及其共聚物，聚乙烯醇縮醛，氟樹脂11B丙烯酸漆類丙烯酸酯共聚物及其改性樹脂12Z聚酯漆類飽和聚酯及不飽和

13、聚酯13H環(huán)氧樹脂漆類環(huán)氧樹脂及改性環(huán)氧樹脂14S聚氨酯漆類即聚氨基甲酸酯15W元素有機(jī)漆類有機(jī)硅、有機(jī)鈦等元素有機(jī)化合物16J橡膠漆類天然橡膠、合成橡膠及其改性樹脂17E其它漆類如無機(jī)高分子（硅酸鋰），聚苯胺，聚酰亞胺等按成膜物質(zhì)種類，涂料可以進(jìn)行如下分類按照中國的國家標(biāo)準(zhǔn)GB2705-92，涂料基本名稱代號如下表所示。代號基本名稱代號基本名稱00清油45飲水艙漆01清漆46油艙漆02厚漆47車間（預(yù)涂）底漆03調(diào)合漆50耐酸漆04磁漆51耐堿漆05粉末涂料52防腐漆06底漆60耐火漆07膩?zhàn)?1耐熱漆08水溶漆、乳膠漆62示溫漆09大漆63涂布漆11電泳漆64可剝漆12乳膠漆65卷材涂料1

14、3水溶（性）漆66光固化涂料14透明漆67隔熱涂料15斑紋漆、裂紋漆、桔紋漆71工程機(jī)械用漆16錘紋漆72農(nóng)機(jī)用漆17皺紋漆73發(fā)電、輸配電設(shè)備用漆18金屬（效應(yīng)）漆、閃光漆77內(nèi)墻涂料20鉛筆漆78外墻涂料22木器漆79屋面防水涂料23罐頭漆80地板漆24家電用漆82鍋爐漆26自行車漆83煙囪漆27玩具漆86標(biāo)志漆、路標(biāo)漆、馬路劃線漆28塑料用漆87汽車漆（車身）30（浸漬）絕緣漆88汽車漆（底盤）32（絕緣）磁漆89其他汽車漆34漆包線漆90汽車修補(bǔ)漆35硅鋼片漆93汽車漆（底盤）36電容器漆89其他汽車漆37電阻漆、電位器漆93集裝箱漆38半導(dǎo)體漆94鐵路車輛用漆40防污漆95橋梁漆、輸

15、電塔漆及其他（大型露天）鋼結(jié)構(gòu)漆41水線漆96航空、航天用漆42甲板漆、甲板防滑漆98膠液43船殼漆99其他44船底漆涂料用輔助材料型號由一個漢語拼音字母和12位阿拉伯?dāng)?shù)字組成，字母與數(shù)字之間有半字線（讀成“之”）。字母表示輔助材料類別代號。數(shù)字為序號，用以區(qū)別同一類輔助材料的不同品種。輔助材料代號見下表。代號代號輔助材料名稱輔助材料名稱X稀釋劑稀釋劑F防潮劑防潮劑G催干劑催干劑T脫漆劑脫漆劑H固化劑固化劑涂料全名=顏料或顏色名稱+成膜物質(zhì)名稱+基本名稱。若顏料對漆膜性能起顯著作用，則用顏料名稱代替顏色名稱。產(chǎn)品型號產(chǎn)品型號產(chǎn)品名稱產(chǎn)品名稱產(chǎn)品型號產(chǎn)品型號產(chǎn)品名稱產(chǎn)品名稱Q01-17硝基清漆硝

16、基清漆H36-51中綠環(huán)氧烘干電容中綠環(huán)氧烘干電容器漆器漆A05-19鋁粉氨基烘漆鋁粉氨基烘漆S07-1淺灰聚氨酯膩?zhàn)訙\灰聚氨酯膩?zhàn)樱ǚ盅b）（分裝）C04-2紅醇酸磁漆紅醇酸磁漆H-1環(huán)氧漆固化劑環(huán)氧漆固化劑第四節(jié)第四節(jié) 涂料發(fā)展概況涂料發(fā)展概況 涂料的發(fā)展史一般可分為三個階段： （1）天然成膜物質(zhì)的使用； （2）涂料工業(yè)的形成； （3）合成樹脂涂料的生產(chǎn)第四節(jié)第四節(jié) 涂料發(fā)展概況涂料發(fā)展概況 （1）天然成膜物質(zhì)的使用）天然成膜物質(zhì)的使用 中國是世界上使用天然成膜物質(zhì)涂料最早的國家之一。春秋時代（公元前770年公元前476年）就掌握了熬煉桐油制造涂料的技術(shù)。戰(zhàn)國時代（公元前 475公元前221

17、年）能用桐油和大漆復(fù)配涂料。此后，該項(xiàng)技術(shù)陸續(xù)傳入朝鮮、日本及東南亞各國,并得到發(fā)展。到了明代(13681644年),中國漆器技術(shù)達(dá)到高峰。 17世紀(jì)以后，中國的漆器技術(shù)和印度的蟲膠（紫膠）涂料逐漸傳入歐洲。 （2）涂料工業(yè)的形成）涂料工業(yè)的形成 18世紀(jì)涂料工業(yè)開始形成。亞麻仁油熟油的大量生產(chǎn)和應(yīng)用，促使清漆和色漆的品種迅速發(fā)展。 1773年，英國韋廷公司搜集出版了很多用天然樹脂和干性油煉制清漆的工藝配方。1790年，英國創(chuàng)立了第一家涂料廠。 在19世紀(jì)，涂料生產(chǎn)開始擺脫了手工作坊的狀態(tài)，很多國家相繼建廠，法國在1820年、 德國在1830年、 奧地利在1843年、日本在1881年都相繼建立

18、了涂料廠。19世紀(jì)中葉，涂料生產(chǎn)廠家直接配制適合施工要求的涂料，即調(diào)合漆。從此，涂料配制和生產(chǎn)技術(shù)才完全掌握在涂料廠中，推動了涂料生產(chǎn)的大規(guī)?；５谝淮问澜绱髴?zhàn)期間，中國涂料工業(yè)開始萌芽，1915年開辦的上海開林顏料油漆廠是中國第一個涂料生產(chǎn)廠。（3）合成樹脂涂料時期）合成樹脂涂料時期19世紀(jì)中期，隨著合成樹脂的出現(xiàn)，涂料成膜物質(zhì)發(fā)生了根本的變革，形成了合成樹脂涂料時期。1855年，英國人A.帕克斯取得了用硝酸纖維素（硝化棉）制造涂料的專利權(quán)，建立了第一個生產(chǎn)合成樹脂涂料的工廠。1909年，美國化學(xué)家L.H.貝克蘭貝克蘭試制成功醇溶性酚醛樹脂。1925年硝酸纖維素涂料的生產(chǎn)達(dá)到高潮。與此同時，

19、酚醛樹脂涂料也廣泛應(yīng)用于木器家具行業(yè)。1927年，美國通用電氣公司的R.H.基恩爾突破了植物油醇解技術(shù)，發(fā)明了用干性油脂肪酸制備醇酸樹脂的工藝，醇酸樹脂涂料迅速發(fā)展為主流的涂料品種，擺脫了以干性油和天然樹脂混合煉制涂料的傳統(tǒng)方法，開創(chuàng)了涂料工業(yè)的新紀(jì)元。 第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，合成樹脂涂料品種發(fā)展很快美、英、荷（殼牌公司）、瑞士（汽巴公司）在40年代后期首先生產(chǎn)環(huán)氧樹脂，為發(fā)展新型防腐蝕涂料和工業(yè)底漆提供了新的原料。50年代初，性能廣泛的聚氨酯涂料在聯(lián)邦德國拜耳公司投入工業(yè)化生產(chǎn)。1950年，美國杜邦公司開發(fā)了丙烯酸樹脂涂料，逐漸成為汽車涂料的主要品種，并擴(kuò)展到輕工、建筑等部門。第二次世界大戰(zhàn)

20、后,丁苯膠乳過剩,美國積極研究用丁苯膠乳制造水乳膠涂料。20世紀(jì)5060年代，又開發(fā)了聚醋酸乙烯酯膠乳和丙烯酸酯膠乳涂料，這些都是建筑涂料的最大品種。1952年聯(lián)邦德國克納薩克格里賽恩公司發(fā)明了乙烯類樹脂熱塑粉末涂料。殼牌化學(xué)公司開發(fā)了環(huán)氧粉末涂料。美國福特汽車公司1961年開發(fā)了電沉積涂料，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。此外，1968年聯(lián)邦德國拜耳公司首先在市場出售光固化木器漆。乳膠涂料、水溶性涂料、粉末涂料和光固化涂料，使涂料產(chǎn)品中的有機(jī)溶劑用量大幅度下降,甚至不使用有機(jī)溶劑,開辟了低污染涂料的新領(lǐng)域。隨著電子技術(shù)和航天技術(shù)的發(fā)展,以有機(jī)硅樹脂為主的元素有機(jī)樹脂涂料,在5060年代發(fā)展迅速，在耐高溫涂

21、料領(lǐng)域占據(jù)重要地位。這一時期開發(fā)并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的還有雜環(huán)樹脂涂料、橡膠類涂料、乙烯基樹脂涂料、聚酯涂料、無機(jī)高分子涂料等品種。 為配合合成樹脂涂料的推廣應(yīng)用，涂裝技術(shù)也發(fā)生了根本性變化。20世紀(jì)50年代，高壓無空氣噴涂在造船工業(yè)和鋼鐵橋梁建筑中推廣，大大提高了涂裝的工作效率。靜電噴涂是60年代發(fā)展起來的，它適用于大規(guī)模流水線涂裝，促進(jìn)了粉末涂料的進(jìn)一步推廣。電沉積涂裝技術(shù)是60年代適應(yīng)于水溶性涂料的出現(xiàn)而發(fā)展的，尤其在超過濾技術(shù)解決了電沉積涂裝的廢水問題后，進(jìn)一步擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域。 七十年代以來，由于石油危機(jī)的沖擊，涂料工業(yè)向節(jié)省資源、能源，減少污染、有利于生態(tài)平衡和提高經(jīng)濟(jì)效益的方向發(fā)展。高

22、固體涂料、水型涂料、粉末涂料和輻射固化涂料的開發(fā)，是其具體表現(xiàn)。九十年代初，世界發(fā)達(dá)國家進(jìn)行了“綠色革命”，對涂料工業(yè)是個挑戰(zhàn)，促進(jìn)了涂料工業(yè)向“綠色”涂料方向大步邁進(jìn)。以工業(yè)涂料為例，在北美和歐洲，1992年常規(guī)溶劑型涂料占49%，到2000年降為26%；水性涂料、高固體份涂料、光固化涂料和粉末涂料由1992年的51%增加到2002年的74%。 今后十年，涂料工業(yè)的技術(shù)發(fā)展將主要體現(xiàn)在“四化”水性化、粉末化、高固體份化和光固化。（1）涂料的水性化 在水性涂料中，乳膠涂料占絕對優(yōu)勢，此外，水分散體涂料在木器、金屬涂料領(lǐng)域的技術(shù)、市場發(fā)展很快。水性涂料重要的研究方向有以下幾個方面： 成膜機(jī)理的研究。這方面的研究主要是改善涂膜的性能； 施工應(yīng)用的研究。 水性聚氨酯涂料。這是近年來迅速發(fā)展的一類水性涂料。它除具有一般聚氨酯涂料所固有的高強(qiáng)度、耐磨等優(yōu)異性能外，且對環(huán)境無污染，中毒和著火的危險性小。由