涂料化学

1. 涂料的定义 ？

涂料(coating or paints)是高分子材料为主体，以溶剂(有机溶剂、水或空气)为分散介质的多种物质的混合物，是一种流动状态或粉末状态的物质，能够均匀的覆盖和良好的附着在物体表面形成固体薄膜，它具有对基材防护、装饰、标志及其他特殊功能的一类重要的精细化学品。

2. 涂料的作用 ？

装饰作用，保护作用，标志作用，特殊作用

3. 涂料的基本组成 ？

涂料的基本组成为成膜物、颜料、溶剂和助剂。

1. 涂装的定义 ？

涂装是将涂料涂布到清洁的（经过表面处理的）被涂表面上，经过干燥形成漆膜的工艺。 2. 涂装的内容 ？

表面预处理，涂料涂布，涂膜干燥， 2. 我国涂料产品命名原则 # 我国涂料产品命名原则，分三个部分：

颜料或颜色 + 主要成膜物 + 基本名称 2. 高分子树脂的玻璃化温度Tg

(3)高分子树脂Tg(玻璃化温度)的具有叠加性，遵循FOX方程: 12n g1g2gn g1WWW?????TTTT式中: Wi为i组分质量分数，Tg单位是K

挥发性有机物(VOC)危害：

(1)挥发性有机物的一次污染。 (2)有机挥发物的二次污染。

(3)有机挥发物引起的火灾和爆炸。

1.4.1 降低VOC，发展绿色涂料 #

(1)水性涂料(2)高固体份涂料(3)粉末涂料(4)辐射固化涂料

1.1.1 聚合物分子量的表示方法 (3)粘均分子量：使用黏度法测量。

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1.2 聚合反应及聚合物改性

聚合反应分为缩聚反应和加聚反应 3.1 加聚反应类型

由活性中心引发单体聚合：自由基反应；阳离子聚合反应；阴离子聚合反应；配位聚合反应等。

6.2 聚合物改性的方法 (1)物理改性 (2)化学改性 6.5 成膜物的老化

绝大多数涂料暴露在大气环境中，浸在水或海水中、埋在地下使用，在热、光、氧、水、化学介质、微生物等的综合作用下，聚合物的化学组成、物理性能发生相应变化，这些变化和现象统称为老化。 6.5.2 老化类型 ？

热降解、氧化降解、光氧化降解、水解、生物降解等 1. 涂料应用机制概述

涂料要求储存时稳定性尽可能高，即储存一年或几年粘度没有显著变化，施工后交联反应在尽可能低的温度下快速进行；这种储存长期稳定与短期低温快速固化是相互矛盾的。 3.5 带胶囊或相变反应物涂料

反应物或催化剂包裹在胶囊内，施工时胶囊破裂这种方法在粘合剂中应用

1. 涂料成膜物质 ？

成膜物质(film forming material or film former ) 是指涂料中除了挥发性的溶剂外，剩下来的所有成分，即构成涂膜的物质。成膜物质又分为主要成膜物质和辅助成膜物质。 2.涂料中主要成膜物质 ？

涂料中主要成膜物质是指单独能形成有一定强度、连续的干膜的物质，包括水玻璃等无机物质、干性油等油脂物质、各种树脂等有机高分子物质。 4. 涂料成膜方式

按涂料成膜物可以将涂料分为：溶剂挥发涂料、自由基聚合涂料、缩合聚合涂料等。

(1) 溶剂挥发涂料靠溶剂挥发成膜，分子结构无显著变化，如丙烯酸涂料、硝基涂料、虫

胶涂料等。

(2) 自由基聚合涂料是指有自由基产生，然后进行氧化和聚合反应成膜。 (3)缩合聚合涂料在一定条件下可反应官能团进行缩合聚合反应成膜。

1. 挥发型涂料简介 ？

挥发型涂料指只依靠溶剂的挥发干燥的一种气干型透明涂料(如木器漆等)，以及不只依靠溶剂挥发干燥的一种烘干型着色透明面漆(如汽车修补漆等)。 1.1 挥发型涂料特点 ？

挥发型涂料固化通常结构不发生变化，挥发型涂料使用的树脂具有热塑性(加热软化、冷却

mMnM??M＝（）＝（?m?nM）硬化、分子属线性)，多具有可溶解性。

2.2 硝基纤维素

纤维素分子中每个葡萄糖单元含有三个游离的羟基，用浓硝酸和浓硫酸处理时，便可转化为硝基纤维素，产物的性质和用途取决于硝化的程度。 2.2.3 硝基漆

硝基漆俗称喷漆，硝基涂料的主要成膜物是以硝酸纤维素酯（硝化棉）为主，加上合成树脂（短中油度的醇酸树脂、改性松香树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂等软硬树脂）、增塑剂（邻苯二甲酸二丁酯、二辛酯、氧化蓖麻油等 ）、溶剂（酯类、酮类、醇醚类等真溶剂及醇类等助溶剂）和稀释剂（苯类等）成为基料（清漆）；然后加上颜料（包括填料）再加工成为磁漆。

3.涂料用溶剂

涂料用溶剂的重要参数是溶解力和挥发速度。 依据溶解力的大小可分为溶剂(真溶剂) 、助溶剂和稀释剂

①真溶剂是在溶解高分子过程中起到真正的溶解作用的溶剂，能单独溶解形成涂层的主要成分 ，常用有酯类、酮类、醇醚类等。

②助溶剂本身则无溶解能力，但与真溶剂并用可起到溶剂的作用，常用有醇类等。

③稀释剂本身也无溶解能力，用来调节所需要的黏度，降低涂料成本 ，稀释剂可分非活性稀释剂和活性稀释剂两种。 2.3.3 醋酸丁酸纤维素应用 醋酸丁酸纤维素具有保色性好、安全性好、流动性好，主要用作丙烯酸汽车涂料中的组分(在金属闪光漆中控制流动，促使定向排列) 。 3.1.3 聚氯乙烯特点与应用

聚氯乙烯Tg=78℃ ，树脂性能坚韧，不易燃，对酸碱、水和氧化剂稳定，无臭、无味，耐油性好，这些都是涂料希望的性能；

3.1.4 聚氯乙烯应用

对聚氯乙烯改性可打破分子结构的规整性，同时又保持聚氯乙烯本身优良的特性，增强聚氯乙烯在有机溶剂中的溶解性和对金属的附着力，以此来制造涂料。 3.3.5.2 氯化橡胶涂料的性能和特点

(1)氯化橡胶性能：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）；低温施工性好，-20℃下仍可施工。

(2)氯化橡胶特点：为消除更多双键，残余氯高达65%，水洗脱氯，分子量分布3500-20000。必须加入增塑剂或增塑性好的树脂(如醇酸、丙烯酸树脂)改善氯化橡胶本身脆性。 3.3.6.1 塑溶胶(plastisol )概念

塑溶胶是高分子(如聚氯乙烯、氯醋共聚物等) 微粒分散在增塑剂(要求化学和热稳定好，室温下树脂不能以明显速度溶于增塑剂，增塑剂不能明显溶胀树脂)中，通过加热使增塑剂被高分子颗粒吸收实现固化的糊状材料。 3.4.2 氟化聚合物涂料

氟碳涂料(Fluorocarbon Coatings )又称氟碳漆、氟涂料、氟树脂涂料，是指以氟树脂为主要成膜物质的涂料，由于引入的氟元素电负性大，碳氟键能强，具有特别优越的各项性能。耐候性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性，而且具有独特的不粘性和低摩擦性等。 4.1 热塑性丙烯酸酯概述

热塑性丙烯酸酯以甲基丙烯酸甲酯为主，丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯等参与共聚，以改善漆膜的脆性、挥发溶剂的能力、增强与底材间的附着力。 1.1 自由基聚合简介 ？

自由基聚合(free radical polymerization)，又称游离基聚合，为用自由基引发，使链增长(链生长)自由基不断增长的聚合反应。 1.2 自由基聚合涂料反应成膜形式 ？

(1)氧化聚合：油脂中双键氧化聚合形成网络大分子结构。

(2)自由基引发剂引发聚合：不饱和聚酯涂料含有双键，当引发剂分解产生的自由基作用于双键，发生链式反应交联成膜。

(3)能量引发聚合：紫外光或电子束引发共价键化合物聚合。 2.1 氧化聚合型涂料概述

氧化聚合型涂料在溶剂或分散介质挥发的同时，通过涂料中的成膜物质（油脂）与大气中的氧气氧化聚合反应而固化成膜。

(1)“气干”是指利用空气中的氧气或水进行交联。氧化聚合型涂料的气干是指漆膜吸收空气中氧气分子氧化聚合，也称自干、常温干或冷固干。 (2)氧化聚合型涂料使用油脂主要是植物油（干性油）

2．含共轭双键油脂比非共轭双键油脂干的快，桐油酸含三个共轭双键，在常用干性油中干的最快。

3.活泼亚甲基法

油脂在空气中固化的实质是油脂内活泼亚甲基与氧反应产生了交联结构 2.2.2.2 桐油的性能与应用

(1)桐油主要成份：桐油酸，含有三个共轭双键。 (2)特点：容易氧化、干燥快、成膜坚韧、耐水性好。

(3)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。 2.2.8.1 植物油干燥成膜原理 (1)原理

植物油干燥基本分三个阶段：①导入期-天然抗氧剂（生育酚）被消耗；②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；③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。 2.2.10.1 催干剂概念

催干剂是涂料工业的主要助剂，其作用是加速漆膜的氧化、聚合、干燥，达到快干的目的。 2.2.11.3 防结皮剂机理

防结皮剂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，催干剂重新发挥崔干活性。 2.3.1.1 石油树脂概述

涂料石油树脂(hydrocarbon resin)是石油裂解所副产的 C5 、 C9 馏份，经前处理、聚合、蒸馏等工艺生产的一种热塑性树脂，它不是高聚物，而是分子量介于 300-3000 的低聚物。 2.3.3.1 松香分类

松香按其来源分为：脂松香、木松香、浮油松香 2.3.4.1 酚醛树脂概述

酚醛树脂(Thermosetting phenolic resin )也叫电木，又称电木粉，由酚和醛催化缩合生成。 2.3.4.2 热固性酚醛树脂 ？

热固性酚醛树脂是含有可进一步反应的羟甲基活性基团树脂，如不加控制，则会使体型缩聚反应一直进行至形成不溶不熔的具有三向网络结构的固体树脂，因此这类树脂又称一阶

树脂。

2.3.4.3 热塑性酚醛树脂 ？

热塑性酚醛树脂由于在合成过程中甲醛用量不足，形成线性的热塑性树脂，分子内留有未反应的活性点，因此如果加入能与活性点继续反应的固化剂，补足甲醛的用量，则能使体型缩聚继续进行，固化成体型高聚物。 2.4.2 生漆特点

大漆分子结构含有芳香烃又含有脂肪族长侧链 2.4.3.1 生漆中的漆酚

漆酚是成膜物，是带有几种不同饱和度脂肪烃的邻苯二酚衍生物。因此漆酚除了具有酚类化合物的特性外，还兼有脂肪族化合物的特性。 每种生漆中的漆酚都有几种不同结构式的漆酚组成，漆酚在生漆中含量为50-75％，且漆酚含量越高生漆质量越好。 2.4.3.2 生漆中的漆酶

(2)漆酶能促进漆酚氧化聚合，是生漆及其精制品常温自然干燥的天然生物催干剂。漆酶在水和氧气存在时才有催化作用。 2.4.1.1 生漆的自然干燥

生漆在常温自然干燥是氧化聚合成膜，包括漆酚的酚基被漆酶催化氧化和侧链R基团中双键的自动氧化。

2.4.5.2 生漆漆膜的应用

生漆涂层性能不错，但资源有限，作为我国传统漆应用如下。 (1)精制生漆用于红木家具漆。 2.5.1 醇酸树脂概述

醇酸树脂聚合使用的脂肪酸多由植物油得到。酚醛树脂可以认为是植物油改性的聚酯。 2.5.2.3 其他反应

干性油二聚在醇解和缩合反应过程中也同时发生。二聚程度大，树脂粘度高。 2.5.3.1 醇酸树脂根据干燥性能分类

①大豆油是半干性油，但是豆油醇酸树脂却有满意的干燥性能。 2.5.3.2 醇酸树脂根据油度分类

油度＝油脂的质量 /（醇酸树脂的质量－析出水的质量） 2.5.4.1 醇酸树脂配方设计概述

醇酸树脂配方制备设计时，既要防止发生凝胶，又要使醇酸树脂具有要求性能。 2.5.5.2 不干性醇酸树脂涂料干燥

不干性醇酸树脂干燥成膜是用预留的羟基和其它树脂缩合反应实现的。典型交联树脂是三聚氰胺甲醛树脂(MF)，MF价格低，交联中油度醇酸树脂，就成为氨基漆。 2.6.1 氨酯油概述

氨酯油是用干性油与多元醇醇解反应生成不完全酯，再与二异氰酸酯反应合成产物。 2.6.3 氨酯油性能与应用

氨酯油干燥快、硬度高、抗水性好、耐磨性好，这是因为氨酯键之间可以形成氢键 2.7.2.1 双酚A环氧酯

双酚A环氧树脂由双酚A和环氧氯丙烷在碱催化下生成。 环氧值是每100克环氧树脂中含有的环氧基的当量数。 树脂分子量增加，环氧基减少，羟基增加。

双酚A环氧树脂涂料的附着力和耐腐蚀性优良，在环氧树脂涂料用量最大。 但双酚A环氧树脂涂料户外耐久性不好 2.7.3 环氧酯的性能与应用

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