涂料化學(xué)涂料配方設(shè)計(jì)

涂料化學(xué)涂料配方設(shè)計(jì)1第一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

第一節(jié)概述

涂料是一個(gè)多組分體系，也是一個(gè)配方產(chǎn)品，一般不能單獨(dú)作為工程材料使用，必須涂裝在基材表面與被涂器件一起使用，由于基材和使用環(huán)境不同，故對(duì)涂膜的性能也提出種種不同的要求，而涂料配方中各組分的用量及其相對(duì)比例又對(duì)涂料的使用性能(如流平性、干燥性等)和涂膜性能(如光澤、硬度等)產(chǎn)生極大的影響，對(duì)涂料必須進(jìn)行配方設(shè)計(jì)方能滿足各方面要求。涂料配方設(shè)計(jì)是指根據(jù)基材、涂裝目的、涂膜性能、使用環(huán)境、施工環(huán)境等進(jìn)行涂料各組分的選擇并確定相對(duì)比例，并在此基礎(chǔ)上提出合理的生產(chǎn)工藝、施工工藝和固化方式。總的來說，涂料配方設(shè)計(jì)需要考慮的因素包括：基材、目的、性能、施工環(huán)境、應(yīng)用環(huán)境、安全性、成本等。由于影響因素千差萬別，建立一個(gè)符合實(shí)際使用要求的涂料配方是一個(gè)長期和復(fù)雜的課題，需要進(jìn)行必要的試驗(yàn)并且根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整，才能得到符合使用要求的涂料配方。返回2第二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

第二節(jié)涂料基本組成涂料一般由成膜物、顏料、溶劑和稀釋劑、助劑組成，涂料施工后，隨著溶劑和稀釋劑的揮發(fā)，成膜物干燥成膜。成膜物可以單獨(dú)成膜，也可以粘結(jié)顏料等物質(zhì)共同成膜，所以也稱粘結(jié)劑。它是涂料的基礎(chǔ)，常稱為基料、漆料和漆基。涂料的基本組成見下表：組成原料成膜物油料鯊魚肝油、帶魚油、牛油、油、豆油、蓖麻油等樹脂天然樹脂：蟲膠、松香、天然瀝青等合成樹脂：醇酸樹脂、氨基樹脂、丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、有機(jī)硅樹脂、氟碳樹脂等顏料

顏料無機(jī)顏料：鈦白、氧化鋅、鉻黃、鐵藍(lán)、鉻綠、氧化鐵紅、炭黑等有機(jī)顏料：甲苯胺紅、酞菁藍(lán)、耐曬黃等填料滑石粉、碳酸鈣、硫酸鋇、石英粉等助劑增塑劑、催化劑、穩(wěn)定劑、流平劑、消泡劑、乳化劑、分散劑、防結(jié)皮劑、引發(fā)劑等溶劑和稀釋劑石油溶劑、甲苯、二甲苯、醋酸丁酯、醋酸乙酯、丙酮、環(huán)己酮、丁醇、乙醇、鹵代烴等3第三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

一、樹脂隨著石油工業(yè)的發(fā)展，合成樹脂已經(jīng)取代油料和天然樹脂廣泛應(yīng)用于涂料工業(yè)，主要應(yīng)用的合成樹脂包括環(huán)氧樹脂，聚氨酯樹脂，醇酸樹脂，丙烯酸樹脂，氨基樹脂、有機(jī)硅樹脂氟碳樹脂等，選擇涂料用樹脂主要基于樹脂的結(jié)構(gòu)和性能，基材的性質(zhì)、使用環(huán)境、施工環(huán)境、成本等因素。

（1）環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂（Epoxyrein）泛指含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基，以脂肪族、脂環(huán)族或芳香族鏈段為主鏈的高分子預(yù)聚體。涂料用環(huán)氧樹脂環(huán)氧當(dāng)量大多在180~3200之間：環(huán)氧當(dāng)量在180~475之間的環(huán)氧樹脂主要用于雙組分低溫固化體系，環(huán)氧當(dāng)量在700-1000之間的環(huán)氧樹脂主要用于環(huán)氧酯體系；環(huán)氧當(dāng)量為1500~3200的環(huán)氧樹化主要用于高溫烤漆，分子量在50000以上的可直接用作熱塑性涂料。目前市面上環(huán)氧樹脂主要是雙酚A型環(huán)氧樹脂，即雙酚A縮水甘油醚（DGEBA），由雙酚A(DDP)與環(huán)氧氯丙烷(ECH)反應(yīng)制得，目前實(shí)際使用的環(huán)氧樹脂中70％以上屬于這種環(huán)氧樹脂，其結(jié)構(gòu)如下：4第四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

從化學(xué)結(jié)構(gòu)中可以看出，雙酚A型環(huán)氧樹脂的分子具有一下特征：

1.兩端為反應(yīng)活性很強(qiáng)的環(huán)氧基；

2.分子主鏈上有許多醚鍵；

3.樹脂分子鏈有許多仲羥基，可以看成一種長鏈的多元醇；

4.分子鏈上有大量苯環(huán)、次甲基和異丙基；環(huán)氧樹脂穩(wěn)定性好，未加入固化劑可放置一年以上；樹脂工藝性好，能溶于多種溶劑。雙酚A型環(huán)氧樹脂固化物有較好的耐化學(xué)藥品性，尤其是耐堿性；對(duì)各種基材有極好的粘結(jié)性，粘結(jié)強(qiáng)度高，粘結(jié)面廣；固化物機(jī)械強(qiáng)度高，電絕緣性優(yōu)良，極好的硬度和優(yōu)良的耐水性，可用作結(jié)構(gòu)材料；固化收縮率低，小于2％，是熱固性塑料中收縮率最小的一種。但耐候性差，在紫外光照射下會(huì)降解，造成性能下降，限制了在其戶外使用，而且固化物脆性大，沖擊強(qiáng)度低，不太耐高溫。大多數(shù)環(huán)氧樹脂需要固化形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以形成有用的涂膜，交聯(lián)反應(yīng)可以通過環(huán)氧基團(tuán)也可以通過羥基基團(tuán)反應(yīng)。

（2）聚氨酯樹脂在分子結(jié)構(gòu)中含有氨基甲酸酯重復(fù)鏈節(jié)的高分子化合物稱為聚氨酯樹脂，由多異氰酸酯和多元醇通過氫轉(zhuǎn)移加成聚合而成。常用的多異氰酸酯有甲苯二異氰酸酯（TDI）、二苯甲烷二異氰酸酯（MDI）、六亞甲基二異氰酸酯（HDI），常用的多元醇有聚醚多元醇、聚酯多5第五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日元醇、含羥基丙烯酸酯。芳香族二異氰酸酯的最大缺點(diǎn)是涂膜長期暴露在陽光下易變黃，主要是從異氰酸酯基衍變成的芳環(huán)端氨基易被氧化。脂肪族多異氰酸酯有六亞甲基二異氰酸酯（HDI），不變黃，但活性較芳香族二異氰酸酯低，漆膜硬度不及芳香族二異氰酸酯的聚氨酯漆膜。由于聚氨酯分子中具有強(qiáng)極性氨基甲酸酯基團(tuán)，大分子間存在氫鍵，聚合物具有高強(qiáng)度、耐磨、耐溶劑等特點(diǎn)。同時(shí)，還可以通過改變多羥基化合物的結(jié)構(gòu)、分子量等，在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)聚氨酯的性能，此外，聚氨酯與其他樹脂共混性好，可與多種樹脂并用，制備適應(yīng)不同要求的涂料新品種。聚氨酯涂料的固化溫度范圍寬，可以在高低溫條件下固化，其形成的漆膜附著力強(qiáng)，耐磨性、耐高、低溫性能均較好，具有良好的裝飾性和防護(hù)性能，因此廣泛用于家具、汽車、飛機(jī)、鋼鐵設(shè)備等裝飾和保護(hù)。

（3）醇酸樹脂醇酸樹脂系指由多元醇、多元酸與植物油制備的改性聚酯樹脂。與以前的油基材料相比，醇酸樹脂的原料易得、工藝簡單，而且在干燥速率、附著力、光澤、硬度、保光性和耐候性等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于以前的油性漆。而且還可以進(jìn)行化學(xué)改性或者與聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、丙烯酸樹脂、有機(jī)硅樹脂并用，以降低這些樹脂的成本，提高和改善其他涂料產(chǎn)品的某些性能。6第六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

長油度醇酸樹脂主要用作建筑涂料，中油度醇酸樹脂主要用用氣干性工業(yè)涂料，也可以用作汽車，卡車和重型貨車修補(bǔ)漆，短油度醇酸樹脂主要和氨基樹脂一道用作工業(yè)烘干面漆如金屬家具，自行車，散熱器等。醇酸樹脂通過苯乙烯進(jìn)行改性可以具備更快的干燥速度，更好的耐水，耐化學(xué)品性，但是漆膜耐溶劑性和耐刮傷性差，主要有作底漆，相比之下丙烯酸酯改性醇酸樹脂具有更好的耐候性的保光性以及耐刮傷性。聚氨酯改性醇酸樹脂干燥塊，硬度高，漆膜彈性好，耐磨性高，且防水性能和耐化學(xué)性好，主要用室內(nèi)木器清漆。向醇酸樹脂引入有機(jī)硅鏈段有助于改善耐候性，耐久性，保光保色性，耐熱性和抗粉化性等，可作船舶漆，戶外鋼結(jié)構(gòu)件和器具的耐久性漆和維修漆。

（4）丙烯酸樹脂丙烯酸樹脂是指由（甲基）丙烯酸酯單體均聚或者共聚得到的聚合物，包括熱塑性和熱固性丙烯酸樹脂。涂料樹脂中丙烯酸樹脂的比重不斷增大，一方面丙烯酸酯單體資源豐富、品種多、性能各異，另一方面由丙烯酸樹脂制備的涂料具有色淺、透明度高、耐光、耐候、戶外暴曬耐久性好、在紫外線照射下這類涂膜不易分解或變黃、使用溫度范圍寬的特點(diǎn)。7第七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

熱塑性丙烯酸樹脂的成膜主要通過溶劑的揮發(fā)，分子鏈相互纏繞進(jìn)行的，因此，涂膜的性能主要取決于聚合單體的選擇和分子量大小，主要用于汽車面漆和汽車修補(bǔ)漆，也可用于紙張涂料，氣溶膠，木器清漆，真空清漆，可剝漆，油墨等。熱固性丙烯酸樹脂的成膜主要通過溶劑的揮發(fā)和官能團(tuán)的交聯(lián)固化進(jìn)行，樹脂的分子量較熱塑性丙烯酸樹脂低，因而其固含量更高，可溶解的溶劑類更多，交聯(lián)固化膜具有更好的光澤，耐化學(xué)品性和耐溶劑性以及抗粘著性。丙烯酸酯涂料已廣泛用于汽車裝飾和修補(bǔ)、家用電器、卷材、機(jī)械、儀表電器、建筑、家具等生產(chǎn)領(lǐng)域。

（5）有機(jī)硅樹脂硅樹脂是以硅—氧—硅為主鏈，硅原子上連接有有機(jī)基團(tuán)的交聯(lián)型的半無機(jī)高聚物。既具備無機(jī)物的耐侯、耐高溫性能，又具備有機(jī)樹脂的柔韌性。有機(jī)硅樹脂的突出優(yōu)點(diǎn)是耐高溫性，耐水性，耐候性和電絕緣性，其突出的耐候性，是任何一種有機(jī)樹脂所望塵莫及的，即使在紫外線強(qiáng)烈照射下，硅樹脂也耐泛黃。硅樹脂還具有優(yōu)異的介電性能，在廣闊的溫度、濕度及頻率范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，以及耐氧化、耐電弧、耐輻照、防煙霧、防霉菌等特性。有機(jī)硅樹脂單獨(dú)用作涂料，膜太軟，常用醇酸樹脂、聚氨酯樹脂，環(huán)氧樹脂和丙烯酸樹脂等進(jìn)行改性以改善漆膜的硬度和干燥程度，有機(jī)硅樹脂則賦予漆膜保色性。8第八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日有機(jī)硅樹脂及改性樹脂廣泛用于電機(jī)設(shè)備的線圈浸漬漆、粘接云母用的絕緣漆、用于玻璃絲、玻璃布及石棉布浸漬的絕緣漆、耐熱、耐候的防腐涂料、透明涂料、防潮涂料、耐輻射涂料。

（6）氟碳樹脂氟碳樹脂是指由氟烯烴聚合或氟烯烴和其它單體共聚而合成的樹脂，由于C—F鍵的鍵能比較大，氟碳樹脂的化學(xué)穩(wěn)定性高，以其制備的涂料耐腐蝕性、耐化學(xué)藥品性、耐候性、熱穩(wěn)定性較好，具有極好的耐紫外線照射和核輻射性能，電性能和阻燃性能優(yōu)異，目前已經(jīng)廣泛用于重防腐領(lǐng)域，如海洋防腐、橋梁防腐等。

二、溶劑溶劑是涂料配方中的一個(gè)重要組成部分，雖然不直接參與固化成膜，但它對(duì)涂膜的形成和最終性能起到非常關(guān)鍵的作用，它主要具有以下功能：（1）溶解聚合物樹脂；（2）調(diào)節(jié)涂料體系的流變性能，改善加工性能，使涂料便于涂裝；（3）改進(jìn)涂料的成膜性能，進(jìn)而影響涂料的附著力和外觀；（4）靜電噴涂時(shí)調(diào)整涂料的電阻，便于施工；（5）防止涂料和涂膜產(chǎn)生病態(tài)和缺陷，如橘皮、發(fā)花、浮色、起霧、抽縮等。溶劑的選擇一般需要考慮溶劑的溶解能力、揮發(fā)速度、粘度、表面張力、安全性、毒性及成本。9第九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

1．聚合物的的溶解聚合物溶解時(shí)，首先是聚集分子的互相分離，分子之間的間隙被溶劑分子所占據(jù)，如果溶劑分子與聚合物分子間作用力大于聚合物分子間的作用力，溶解就會(huì)發(fā)生，同時(shí)伴隨著體系內(nèi)能的降低，為放熱過程。從熱力學(xué)角度來講，只有混合過程的自由能ΔGM減少，溶解才能自發(fā)進(jìn)行。

ΔGM=ΔHM-TΔSM<0ΔSM為混合熵變，ΔHM為混合焓，TΔSM總是正值，ΔHM越小越利于溶解。極性聚合物溶解在極性溶劑中，由于溶劑和溶質(zhì)的強(qiáng)相互作用，ΔHM<0，溶解可以自發(fā)進(jìn)行，非極性聚合物與溶劑互相混合時(shí)如果混合過程中沒有體積變化，則：

ΔHM=VΦ1Φ2(δ1-δ2)2這就是經(jīng)典的Hildebrand溶度公式,式中V為溶液總體積，Φ為體積分?jǐn)?shù)，δ為溶度參數(shù)，下標(biāo)1和2分別表示溶劑和溶質(zhì)。從式中可知，ΔHM始終是正值，溶質(zhì)與溶劑的溶度參數(shù)愈接近，則ΔHM

愈小，愈能滿足ΔG<0的條件，溶解愈容易進(jìn)行。溶度參數(shù)的定義為內(nèi)聚能密度的平方根，小分子液體的δ可以從某些物理常數(shù)求得，聚合物的δ可通過特性粘數(shù)和溶脹度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定或者由重復(fù)單元中各基團(tuán)的摩爾引力常數(shù)直接計(jì)算。10第十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日Hansen認(rèn)為內(nèi)聚能密度是色散力、極性力、氫鍵的共同貢獻(xiàn)，提出了三維溶度參數(shù)即色散力溶度參數(shù)δd、極性溶度參數(shù)δp、氫鍵溶度參數(shù)δh組成，總的溶度參數(shù)δt

為

δt=（δd2+δp

2+δh2）1/2則ΔHM=VΦ1Φ2（Δδd

2+Δδp

2+Δδh2）當(dāng)聚合物和溶劑的三維溶度參數(shù)之差趨于零時(shí)，溶解可以自發(fā)進(jìn)行。常用溶劑和聚合物的三維溶度參數(shù)見下表：11第十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日溶劑或聚合物δdδpδh丙酮7.65.13.4正丁醇7.82.87.7醋酸丁酯7.71.83.1醋酸乙酯7.72.63.5庚烷7.50.00.0異丙醇7.73.08.0丁酮7.84.42.5甲苯8.80.71.0水7.67.820.7二甲苯8.70.51.5聚甲基丙烯酸甲酯9.15.13.7聚甲基丙烯酸乙酯8.64.72.0聚異丁烯7.11.22.3聚苯乙烯10.42.82.1聚醋酸乙烯酯10.25.54.7聚氯乙烯8.93.74.1丁苯橡膠8.61.71.312第十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

2．溶劑的蒸發(fā)速率溶劑的揮發(fā)性是在選擇溶劑時(shí)需考慮的一個(gè)重要因素，揮發(fā)速率過快，可使干燥時(shí)間縮短，但不利于涂料的流平且會(huì)導(dǎo)致起泡和桔皮等漆病，揮發(fā)速率過慢，則使干燥時(shí)間延長且易發(fā)生流掛。溶劑的蒸發(fā)速率不僅和沸點(diǎn)或蒸氣壓有關(guān)，還受到氫鍵、蒸發(fā)焓、表面張力、空氣流動(dòng)等的影響，沸點(diǎn)不能夠完全反映其蒸發(fā)速率，例如正丁醇的沸點(diǎn)為118℃，乙酯丁酯的沸點(diǎn)為125℃， 前者的沸點(diǎn)雖較低，但其蒸發(fā)速率要比后者低得多，這是由于氫鍵的原因。為此，多用溶劑的相對(duì)蒸發(fā)速率來表征溶劑的揮發(fā)性，即測定定量溶劑的蒸發(fā)時(shí)間并與同樣條件下定量醋酸丁酯或者二乙基醚的蒸發(fā)時(shí)間相比較，以下式表示純?nèi)軇┑?/p>

為了消除蒸發(fā)過程中因溶劑與底材相互作用而產(chǎn)生誤差，采用溶劑總量的90%所需的時(shí)間t90來表征溶劑的相對(duì)蒸發(fā)速率，規(guī)定以醋酸丁酯為比較標(biāo)準(zhǔn)，其相對(duì)蒸發(fā)速率E=1，E為試驗(yàn)溶劑的相對(duì)蒸發(fā)速率，常用溶劑的相對(duì)蒸發(fā)速率見下表：13第十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日溶劑ρ×10-3/(kg·m-3)沸點(diǎn)t/℃相對(duì)蒸發(fā)速率閃點(diǎn)t/℃丙酮乙酸正丁酯正丁醇乙酸乙酯乙醇2-乙氧基乙醇甲乙酮甲基異丁基酮甲苯溶劑汽油二甲苯0.790.880.810.900.790.930.810.830.870.800.8756125118777913580116111150-200138-1449.441.000.364.802.530.245.721.642.14約0.180.73-182335-4.41249-7134.43817-25*以醋酸丁酯為比較標(biāo)準(zhǔn)，E=1

在混合溶劑中，某一溶劑的相對(duì)蒸發(fā)速率取決于其濃度、相對(duì)蒸發(fā)速率及其活度系數(shù)，混合溶劑的總相對(duì)蒸發(fā)速率等于各組分相對(duì)蒸發(fā)速率之和，隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，混合溶劑的組成發(fā)生變化，其總相對(duì)蒸發(fā)速率亦發(fā)生變化，尤其要提出的是，聚合物溶液中溶劑的揮發(fā)還受到與聚合物相互作用的影響，與聚合物相互作用較弱的溶劑較容易揮發(fā)。14第十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

涂料配方中一般含有幾種揮發(fā)速度不同的溶劑以保持合適的揮發(fā)速率，調(diào)節(jié)涂料的流平，防止揮發(fā)過快造成表面水蒸氣凝結(jié)，防止涂膜出現(xiàn)沉淀和渾濁影響附著力等。不同的氣候條件，配方組成亦不同。

3．常用溶劑及應(yīng)用

常用溶劑按照沸點(diǎn)分為低沸點(diǎn)溶劑（沸點(diǎn)<100℃）、中沸點(diǎn)溶劑（沸點(diǎn)100~150℃）、高沸點(diǎn)溶劑（沸點(diǎn)>150℃）,按照化學(xué)組成分為烴類溶劑、醇類溶劑、酮類溶劑、酯類溶劑、醚類溶劑等。

（1）烴類溶劑主要包括脂肪烴如溶劑汽油、環(huán)己烷，芳香烴如甲苯、二甲苯等。

溶劑汽油能溶解大多數(shù)天然樹脂、油性樹脂及中至長油度醇酸樹脂，常用于硝基漆和醇酸漆等。二甲苯具有良好的溶解性能和中等蒸發(fā)速率，廣泛用做醇酸樹脂、乙烯基樹脂、氯化橡膠和聚氨酯的溶劑。甲苯常與其他溶劑合用，主要用于硝基漆、醇酸樹脂漆、氯化橡膠漆等。鹵代烴有很好的溶解性能，由于其對(duì)人體健康的危害，應(yīng)用日益減少，由于它們具有很高的極性，可用來調(diào)節(jié)靜電噴涂涂料的電阻。

（2）醇類和醚類溶劑

乙醇：能溶解天然樹脂蟲膠制成清漆，也能用做聚乙烯醇縮丁醛、聚醋酸乙烯或硝基漆的混合溶劑。

15第十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

正丁醇：蒸發(fā)速率低，是多種油類和樹脂的溶劑，特別適宜做氨基樹脂和丙烯酸樹脂的溶劑，也可與甲苯混合做環(huán)氧樹脂的溶劑。

乙二醇一乙醚屬揮發(fā)性較慢的溶劑，常用于不能加入烷烴的涂料配方中。

（3）酯類和酮類溶劑

丙酮：揮發(fā)快、具有優(yōu)異的溶解力，多用做乙烯基共聚物、丙烯酸樹脂和硝酸纖維素溶劑；也可與其它溶劑混合，以改進(jìn)施工和漆膜性能。

甲乙酮：是蒸發(fā)速率快的強(qiáng)溶劑，廣泛用于乙烯基共聚物，環(huán)氧樹脂和聚氨酯樹脂。常與溶解力低的溶劑摻合，以改進(jìn)涂料的施工性能與成膜性能。

乙酸乙酯：是蒸發(fā)速率較快的酯類溶劑，有令人愉快的水果香昧．它優(yōu)于有刺激性氣味的酮類溶劑，最初主要用于硝基纖維素漆，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于聚氨酯樹脂、丙烯酸樹脂、氨基樹脂等，其溶解力低于酮類溶劑。

乙酸丁酯：屬于常用的中等蒸發(fā)速率的酯類溶劑．可用做多種合成樹脂的溶劑。

三、顏料顏料是分散在涂料中從而賦予涂料某些性質(zhì)的粉體材料，包括顏色、遮蓋力、耐久性、力學(xué)強(qiáng)度、對(duì)金屬底材的防腐性、特殊功能如導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能等。按照其在涂料中的功能和作用分為著色顏料、體質(zhì)顏料、防腐顏料、功能顏料。16第十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

色澤、著色力、遮蓋力、耐光性、耐侯性是顏料的基本特性，它們與顏料的結(jié)構(gòu)和組成有關(guān)，而顏料結(jié)晶形態(tài)、粒徑和外形對(duì)漆膜的光澤、顏料的潤濕分散性以及涂料貯存期間顏料的穩(wěn)定性有較大的影響，在涂料工業(yè)中，通常采用研磨或高速分散的方法使顏料均勻地分散在涂料體系中，并使其保持穩(wěn)定懸浮狀態(tài)或者沉降后容易被分散。

1．著色顏料著色顏料主要是提供顏色和遮蓋力，但也需要滿足力學(xué)強(qiáng)度與防腐性等其他要求，可分為無機(jī)顏料和有機(jī)顏料兩類，在涂料配方中，主要使用無機(jī)顏料，有機(jī)顏料主要做著色助劑，多用于裝飾性涂料。

（1）白色顏料

涂料中使用的白色顏料主要包括二氧化鈦、立德粉、氧化鋅、鉛白、銻白等，其中鈦白粉應(yīng)用最為廣泛。鈦白粉即二氧化鈦，有三種不同的結(jié)晶形態(tài)：金紅石型、銳鈦型和板鈦型，板鈦型為不穩(wěn)定晶型，無工業(yè)應(yīng)用。涂料工業(yè)中應(yīng)用的金紅石型和銳鈦型鈦白粉具有無毒、白度高、遮蓋力強(qiáng)的特點(diǎn)，前者有較高的光折射度、耐光性、耐熱性、耐候性、耐久性和耐化學(xué)品性，以其制備的涂料保光、保色性強(qiáng)，不易發(fā)黃和粉化降解，因此多用于制備戶外涂料，后者在光照下易粉化，多用于制備室內(nèi)涂料，納米級(jí)的二氧化鈦還可用于光催化自潔涂料。17第十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

立德粉又稱鋅鋇白(BaSO4·ZnS)，由硫化鋅和硫酸鋇共沉淀物煅燒而得，耐堿性好，遇酸分解放出硫化氫．其遮蓋力強(qiáng)，但遇光易變暗，耐候性差，多用于制備室內(nèi)涂料。氧化銻又名銻白，有較強(qiáng)的遮蓋力，在防火涂料中應(yīng)用較多。鉛白由于毒性較大，其使用受到限制。

（2）紅色顏料紅色顏料主要有氧化鐵紅、鉬鉻紅、鎘紅等。

氧化鐵紅(Fe2O

3)是最重要的氧化鐵系顏料，也是最常用的紅色顏料，有天然氧化鐵紅與合成氧化鐵紅兩種類型，合成氧化鐵紅根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)分為α-鐵紅和γ-鐵紅。在涂料中作為顏料應(yīng)用的是α-鐵紅，它具有較高的著色力，耐堿和有機(jī)酸，且能吸收紫外輻射，具有較強(qiáng)的耐光性．其價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，透明氧化鐵紅也已經(jīng)投入工業(yè)化生產(chǎn)并用于制備高透明的裝飾涂料，如金屬閃光涂料、云母鈦珠光顏料等。

（3）黃色顏料主要的黃色顏料有鉻酸鉛、氧化鐵黃、鎘黃等。氧化鐵黃具有優(yōu)異的顏料性能，著色力和遮蓋力高，耐光、耐候性好且無毒價(jià)廉，多用于室外涂料。鉻酸鉛也稱鉛鉻黃．其著色力高，色堅(jiān)牢度好且不透明，但有毒．它多用做裝飾性涂料和工業(yè)涂料的二道漆和面漆．鉻酸鋅是一種色堅(jiān)牢度好，對(duì)堿和二氧化硫穩(wěn)定的顏料，但遮蓋力低。鎘黃耐高溫、耐堿，色堅(jiān)牢度好，常做烘烤型面漆。18第十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

（4）綠色顏料綠色顏料有鉛鉻綠、氧化鉻綠、鈷綠等。鉻綠即氧化鉻，對(duì)酸堿有較好的穩(wěn)定性，但遮蓋力低，宜做耐化學(xué)藥品涂料的顏料．鉛鉻綠有良好的遮蓋力，耐酸但不耐堿。鈷綠化學(xué)穩(wěn)定性好，耐光，耐高溫，耐候，著色力強(qiáng)，但色飽和度差。

（5）藍(lán)色顏料鐵氰化鐵鉀又稱鐵藍(lán)，有較高的著色力，色堅(jiān)牢度好，并有良好的耐酸性，但遮蓋力差。群青為天然產(chǎn)品，色堅(jiān)牢度好，耐光、熱和堿，但可被酸分解，著色力和遮蓋力低．

（6）黑色顏料用量最大的黑色顏料是炭黑，其吸油量大，色純，且遮蓋力強(qiáng)，耐光，耐酸堿，但較難分散，此外還有氧化鐵黑(Fe3O4)，它們主要用做底漆和二道漆的著色劑。

（7）有機(jī)顏料有機(jī)顏料的色澤鮮艷，著色力較強(qiáng)，但遮蓋力、耐高溫性、耐候性較差，常用的有機(jī)顏料有耐曬黃、聯(lián)苯胺黃、顏料綠B、酞菁藍(lán)、甲苯胺紅、芳酰胺紅等．

2．防腐顏料防腐顏料用于保護(hù)金屬底材免受腐蝕，按照防腐蝕機(jī)理可分為物理防腐顏料、化學(xué)防腐顏料和電化學(xué)防腐顏料三類。物理防腐顏料具有化學(xué)惰性，通過屏蔽作19第十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日用發(fā)揮防腐功能，如鐵系和片狀防腐顏料，化學(xué)防腐顏料具有化學(xué)活性，借助化學(xué)反應(yīng)發(fā)揮作用，如鉛系化合物、鉻酸鹽、磷酸鹽等，電化學(xué)防腐顏料通常是金屬顏料，具有比金屬還低的電位，起到陰極保護(hù)作用，如鋅粉?；瘜W(xué)防腐顏料多為無機(jī)鹽，具有緩蝕性，含有用水可浸出的陰離子，能鈍化金屬表面或影響腐蝕過程．它們主要是含鉛和鉻的鹽類，因其毒性和污染問題，目前有被其他顏料替代的趨勢。

(1)鉛系顏料紅丹屬于化學(xué)和電化學(xué)防腐顏料，能對(duì)鋼材表面提供有效的保護(hù)．但因具有毒性，故限制了它在現(xiàn)代涂料工業(yè)中的應(yīng)用范圍。堿式硅鉻酸鉛是一種使用廣泛的鉛系顏料．它利用形成的緩蝕性鉛鹽和浸出的鉻酸鹽離子使金屬底材得到防腐保護(hù)，其毒性要比傳統(tǒng)的紅丹顏料低，此外還有堿式硫酸鉛，常用于防腐涂料，有毒；鉛酸鈣常于做鍍鋅鐵的底漆。

(2)鋅系顏料

鋅系顏料主要有鉻酸鉀鋅、磷酸鋅和四鹽基鉻酸鋅．鉻酸鉀鋅耐堿，但不耐酸；磷酸鋅是一種無毒的中性顏料，對(duì)漆料的選擇范圍較廣；四鹽基鉻酸鋅常用做輕金屬或鋼制品的磷化底漆。20第二十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

(3)其他顏料物理防腐顏料主要有氧化鐵紅、云母氧化鐵、玻璃鱗片、石墨粉及金屬顏料。

金屬顏料包括鋁、不銹鋼、鉛和鋅。鉛常與亞麻仁油配合，在涂料中能形成鉛皂，具有先蝕性陽極的作用。鋅粉常用做富鋅保護(hù)底漆，可發(fā)揮先蝕性陽極的作用．不銹鋼顏料不但具有防腐功能，而且還具有裝飾作用．鋁粉因表面存在氧化鋁膜而具有保護(hù)作用．特別是經(jīng)過表面改性的漂浮型鋁粉，能在漆膜表面發(fā)生定向排列，起到隔離大氣的作用，同時(shí)還具有先蝕性陽極的作用。近年來研制的低毒性防腐顏料包括鉻酸鈣、鉬酸鈣、磷酸鎂、磷酸鈣、鉬酸鋅、偏硼酸鋇、鉻酸鋇等，可以單獨(dú)使用或與傳統(tǒng)的緩蝕顏料搭配使用，此外，某些體質(zhì)顏料如滑石粉和云母，也具有防腐的性能。通常是不同防腐機(jī)理的防腐顏料共同使用，發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，提高防腐蝕效果。

3．填料

填料亦稱體質(zhì)顏料，大多是白色或稍有顏色的粉體，不具備著色力和遮蓋力，但具有增加漆膜的厚度、調(diào)節(jié)流變性能、改善機(jī)械強(qiáng)度、提高漆膜的耐久性和降低成本等作用，主要是堿土金屬鹽類、硅酸鹽類和鋁鎂等輕金屬鹽類。常用填料有以下幾種：碳酸鈣是涂料用的主要填料，包括重質(zhì)碳酸鈣(天然石灰石經(jīng)研磨而成）和輕質(zhì)碳酸鈣（人工合成）兩類，廣泛用于各類涂料。21第二十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

滑石粉是一種天然存在的層狀或纖維狀無機(jī)礦物．它能提高漆膜的柔韌性，降低其透水性，還可以消除涂料固化時(shí)的內(nèi)應(yīng)力。重晶石（天然硫酸鋇）和沉淀硫酸鋇穩(wěn)定性好，耐酸、堿，但密度高，主要用于調(diào)合漆、底漆和膩?zhàn)印６趸璺譃樘烊划a(chǎn)品和合成產(chǎn)品兩類。天然二氧化硅又稱石英粉，可以提高涂膜的機(jī)械性能。合成二氧化硅按照生產(chǎn)工藝分為沉淀二氧化硅和氣相二氧化硅，氣相二氧化硅在涂料中起到增稠、觸變、防流掛等作用。瓷土(Al2O3·2SiO2·2H2O)，也稱高嶺土，·是天然存在的水合硅酸鋁．它具有消光作用，能做二道漆或面漆的消光劑，也適用于乳膠漆。云母是天然存在的硅鋁酸鹽，呈薄片狀，能降低漆膜的透氣、透水性，減少漆膜的開裂和粉化，多用于戶外涂料。

四、助劑助劑用量雖少，但對(duì)涂料的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、施工、成膜過程及最終涂層的性能有很大影響，有時(shí)甚至可起關(guān)鍵作用，隨著涂料工業(yè)的發(fā)展，助劑的種類日趨繁多，應(yīng)用愈來愈廣，地位也日益重要。常用助劑包括顏料分散劑、流平劑、消泡劑、催干劑、增塑劑、防霉劑、抗結(jié)皮劑、防紫外線劑、流變劑等。22第二十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

催干劑常用于氧化交聯(lián)涂料體系中，能顯著提高漆膜的固化速度，使用較為廣泛的催干劑是環(huán)烷酸、辛酸、松香酸和亞油酸的鉛鹽、鈷鹽和錳鹽，稀土催干劑使用正在增加。一般認(rèn)為，催干劑能促進(jìn)涂料中干性油分子主鏈雙鍵的氧化，形成過氧鍵，過氧鍵分解產(chǎn)生自由基，從而加速交聯(lián)固化；或者是催干劑本身被氧化生成過氧鍵，從而產(chǎn)生自由基引發(fā)干性油分子中雙鍵的交聯(lián)。鈷催干劑是一種表面催干劑，最常見的是環(huán)烷酸鈷，其特點(diǎn)是表面干燥快．單獨(dú)使用時(shí)易發(fā)生表面很快結(jié)膜而內(nèi)層長期不干的現(xiàn)象，造成漆膜表面不平整，常與鉛催干劑配合使用，以達(dá)到表里干燥一致，避免起皺的目的。其用量以金屬鈷計(jì)，一般在0.1％以下。錳催干劑也是一種表面催于劑，但催干速度不及鈷催干劑，因此有利于漆膜內(nèi)層的干燥，但其顏色深，不宜用于白色或淺色漆，且有黃變傾向，常用的錳催干劑有環(huán)烷酸錳，其用量多在3％以下。鉛催干劑是一種漆膜內(nèi)層催干劑，常與鈷或錳催干劑配合使用，鉛催干劑主要有環(huán)烷酸鉛，其用量為0.5～1.0％。

增塑劑的作用是降低樹脂的玻璃化溫度從而起到提高漆膜的韌性、伸長率、滲透性和附著力的作用。增塑作用可通過內(nèi)增塑或外增塑的方法來達(dá)到．所謂內(nèi)增塑，就是利用共聚法(如醋酸乙烯酯與氯乙烯共聚，丙烯酸酯的共聚等)來提高漆膜的彈性和附著力．這種方法在涂料樹脂的合成中被廣泛使用。外增塑法是采用相容性好的非揮發(fā)性液體(稱增塑劑)或柔性高分子量樹脂來增塑另一種樹脂，常用的低分子增塑劑有氯化石蠟、鄰苯二甲酸二酯，醇酸樹脂常用來增塑氨基樹脂和氯化橡膠等．23第二十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

船舶防污涂料配方加入防污劑中可以防止船體浸入水中部分的表面受到海洋生物的污損，有利于提高船舶的航速，減少維修費(fèi)用，防止水下構(gòu)件腐蝕，常用的防污劑有氧化汞、雙三丁基氧化錫、百菌清和氧化亞銅等。功能性助劑可以賦予涂膜特定的功能，如導(dǎo)靜電性能、防滑、抗劃傷、增強(qiáng)手感、抗汗?jié)n等。返回24第二十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

第三節(jié)成膜機(jī)理涂料只有在基材表面形成一層堅(jiān)韌的薄膜后才能充分發(fā)揮其功能，一般來說，涂料首先是一種流動(dòng)的液體，在涂布完成之后才逐漸從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，形成連續(xù)有附著力的薄膜，是一個(gè)玻璃化溫度不斷升高的過程。按照成膜過程中樹脂基料的結(jié)構(gòu)是否發(fā)生了變化，成膜機(jī)理可以分為物理成膜和化學(xué)成膜，轉(zhuǎn)變成膜主要通過溶劑揮發(fā)和分子鏈纏結(jié)成膜或者水的揮發(fā)乳膠粒凝聚成膜以及熱熔成膜，化學(xué)成膜主要通過樹脂基料發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成體型結(jié)構(gòu)成膜，如環(huán)氧基團(tuán)和氨基的反應(yīng)等。

一、溶劑揮發(fā)和熱熔成膜熱塑性高分子只在較高的分子量下才呈現(xiàn)出較好的物理和化學(xué)性能，但分子量高，玻璃化溫度和粘度隨之升高，必須用足夠的溶劑將體系的玻璃化溫度和粘度降低，使T-Tg的數(shù)值大到足夠使溶液可以流動(dòng)和涂布，在涂布以后溶劑揮發(fā)，分子鏈緊密纏結(jié)形成固體薄膜。溶劑的揮發(fā)分為三個(gè)階段：階段Ⅰ：表面溶劑揮發(fā)；階段Ⅱ：內(nèi)部溶劑擴(kuò)散至表面揮發(fā)；階段Ⅲ：殘留溶劑擴(kuò)散揮發(fā)；25第二十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

溶劑的揮發(fā)速度和溶解性能對(duì)涂膜的外觀、微觀結(jié)構(gòu)及其它性能有很大的影響，溶劑揮發(fā)太快，表面聚合物濃度很快升高導(dǎo)致漆膜不平整，在不良溶劑中的聚合物分子是卷曲成團(tuán)的，而在良溶劑中的聚合物分子則是舒展松馳的，最后形成的漆膜的微觀結(jié)構(gòu)也有很大差異從而導(dǎo)致性能不同。升高溫度的也可使聚合物達(dá)到可流動(dòng)的程度，涂布在基材表面予以冷卻，便可得到固體漆膜，這是熱塑性涂料成膜的另一種方式，即熱熔成膜。

二、乳膠漆的成膜一般乳膠漆是通過乳液聚合劑制備的，其粘度和聚合物的分子量無關(guān)，乳膠漆在涂布以后，隨著水分的蒸發(fā)，聚合物粒子互相靠近、發(fā)生擠壓變形，顆粒間界面逐漸消失，聚合物鏈段相互擴(kuò)散，由粒子狀態(tài)的聚集變成分子狀態(tài)的凝聚形成連續(xù)均勻的涂膜。乳膠是否能成膜與乳膠本身的性質(zhì)特別是它的玻璃化溫度和干燥的條件有關(guān)。乳膠漆成膜過程大致分為三個(gè)階段：首先聚合物乳液中的水分揮發(fā)，當(dāng)乳膠顆粒占膠層的74%體積時(shí)，乳膠顆粒相互靠近而達(dá)到密集的充填狀態(tài)，水和水溶性物質(zhì)充滿在乳膠顆粒的空隙之間；隨著水分繼續(xù)揮發(fā)，聚合物顆粒表面吸附的保護(hù)層被破壞，間隙越來越小，直至形成毛細(xì)管，毛細(xì)管作用迫使乳膠顆粒變形，毛細(xì)管壓力高于聚合物顆粒的抗變形力，顆粒間產(chǎn)生壓力，隨著介質(zhì)揮發(fā)的增多，這個(gè)壓力也越大，乳膠顆粒逐漸變形融合，逐漸由球形變?yōu)樾狈叫问骟w，直至顆粒間的界面消失；最后，水分繼續(xù)揮發(fā)，直到壓力達(dá)到能使每個(gè)乳26第二十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日膠顆粒中的分子鏈擴(kuò)散到另一顆粒分子鏈中時(shí)，乳膠顆粒中的聚合物鏈段開始相互擴(kuò)散，逐漸形成連續(xù)均勻的乳膠涂膜。關(guān)于乳膠漆的聚結(jié)動(dòng)力，目前還沒有形成統(tǒng)一的看法。Dillion等認(rèn)為，是聚合物的表面張力驅(qū)動(dòng)乳液聚合物粒子變形而成膜。馬頓和Brown認(rèn)為，固體顆粒間的水溶液生產(chǎn)毛細(xì)管力促使乳膠漆粒子聚結(jié)成膜。Eckersley等認(rèn)為，界面張力和毛細(xì)管力一起促使乳膠粒子成膜。Visschers認(rèn)為，縮水表面產(chǎn)一的力是驅(qū)動(dòng)乳膠漆成膜的主要?jiǎng)恿Α?/p>

三、反應(yīng)成膜反應(yīng)成膜是指可溶或可溶的低分子量的聚合物涂覆在基材表面以后，在加溫或其它條件下，分子間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而轉(zhuǎn)變?yōu)閳?jiān)韌的薄膜的過程，是熱固性涂料的共同成膜方式，其中如含干性油或者半干性油的不飽和聚酯涂料、醇酸樹脂涂料等通過氧氣發(fā)生氧化交聯(lián)反應(yīng)成膜，環(huán)氧樹脂與多元胺或者酸酐反應(yīng)交聯(lián)成膜，多異氰酸酯與含羥基低聚物如聚醚多元醇反應(yīng)生成聚氨酯成膜，有機(jī)硅樹脂通過烯氫加成反應(yīng)成膜，光固化涂料通過自由基或陽離子聚合成膜等。

四、成膜過程表征目前，紅外光譜、原子力顯微鏡、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析、差示掃描量熱分析、透射電鏡、掃描電子顯微鏡、小角度中子散射、直接無輻射能量轉(zhuǎn)移、動(dòng)態(tài)二次離子質(zhì)譜、激光共聚焦熒光顯微技術(shù)等已經(jīng)廣泛用于成膜過程表征。透射電鏡可以觀27第二十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日察涂膜形態(tài)研究膠乳成膜過程，差示掃描量熱分析可以測定樹脂的玻璃化溫度以及研究固化動(dòng)力學(xué)確定固化工藝，原子力顯微鏡可在立體三維上觀察涂膜的形貌。返回28第二十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

第四節(jié)顏料體積濃度涂料的顏料體積濃度是表征涂料最重要、最基本的參數(shù)，早期涂料工業(yè)普遍采用顏基比描述涂料配方中的顏料含量，由于涂料中所使用的各種顏料、填料和基料的密度相差甚遠(yuǎn)，顏料體積濃度更能科學(xué)反映涂料的性能，在科學(xué)研究和實(shí)際生產(chǎn)中成為制定和描述涂料配方的參數(shù)。

一、顏基比涂料配方中顏料(包括填料)與粘結(jié)劑的質(zhì)量比稱為顏基比。在很多情況下，可根據(jù)顏基比制定涂料配方，表征涂料的性能。一般來說，面漆的顏基比約為（0.25～0.9）：1.0，而底漆的顏基比大多為(2.0～4.0)：1.0，室外乳膠漆顏基比為(2．0～4.0)：1．0，室內(nèi)乳膠漆顏基比為(4.0～7.0)：1.0。要求具有高光澤、高耐久性的涂料，不宜采用高顏基比的配方，特種涂料或功能涂料則需要根據(jù)實(shí)際情況采用合適的顏基比。

二、顏料體積濃度（PVC）與臨界顏料體積濃度（CPVC）顏料體積濃度(PVC)與臨界顏料體積濃度(CPVC)在顏料和基料的總體積中既干膜體積中，顏料所占的體積分?jǐn)?shù)稱為顏料體積濃度，用PVC表示。即：29第二十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

當(dāng)基料逐漸加入到顏料中時(shí)，基料被顏料粒子表面吸附，同時(shí)顏料粒子表面空隙中的空氣逐漸被基料所取代，隨著基料的不斷加入，顏料粒子空隙不斷減少，基料完全覆蓋了顏料粒子表面且恰好填滿全部空隙時(shí)的顏料體積濃度定義為臨界顏料體積濃度，并用CPVC表示。

CPVC可以通過CPVC瓶法、密度法、顏料的吸油值求算。一定質(zhì)量的干顏料形成顏料糊時(shí)所需的精亞麻仁油的量稱為顏料的吸油值，該值反映了顏料的潤濕特性，用表示，單位為g/100g，顏料的吸油值與顏料對(duì)亞麻仁油的吸附、潤濕、毛細(xì)作用，以及顏料的粒度、形狀、表面積、粒子堆砌方式、粒子的結(jié)構(gòu)與質(zhì)地等性質(zhì)有關(guān)。將轉(zhuǎn)化為體積分?jǐn)?shù)，可以求出：式中，ρ為顏料的密度，0.935為亞麻仁油的密度，實(shí)際生產(chǎn)中，由于樹脂基料的變化，本公式求算的結(jié)果僅供參考。30第三十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

三、乳膠漆臨界顏料體積濃度乳膠漆是聚合物乳膠粒和顏料在水連續(xù)相中的分散體系，其成膜機(jī)理與溶劑型涂料不同。溶劑型涂料成膜過程中顏料間的空隙自然為基料充滿，乳膠漆成膜前乳膠粒子可能聚集在一起，也可能和顏料混雜排列，而且在成膜過程中發(fā)生形變，最后成膜時(shí)需要更多的乳膠粒子方能夠填滿顏料空隙，因此乳膠漆的臨界顏料體積濃度總是低于溶劑型涂料的臨界顏料體積濃度。影響乳膠漆臨界顏料體積濃度的主要因素有乳膠粒子的大小和分布，聚合物的玻璃化溫度和助成膜劑的種類及用量。玻璃化溫度的高低直接影響到成膜過程中乳膠粒的塑性形變和凝聚能力，乳膠粒子的玻璃化溫度越低，越容易發(fā)生形變，使顏料堆砌得較緊密，因此玻璃化溫度低的乳膠漆有較高的臨界顏料體積濃度。由于粒度較小的乳膠粒子容易運(yùn)動(dòng)，易進(jìn)入顏了料粒子之間和顏料粒子間較緊密接觸．因此，較小粒度的乳膠漆具有較高臨界顏料體積濃度。助成膜劑可促進(jìn)乳膠粒子的塑性流動(dòng)和彈性形變，能改進(jìn)乳膠漆的成膜性能，它對(duì)臨界顏料體積濃度值的影響比較復(fù)雜，還與乳液的玻璃化溫度和粒度有關(guān)，一般存在一個(gè)最佳的助成膜劑用量，在此用量下，臨界顏料體積濃度的值最大．助成膜劑的用量過多，會(huì)使乳膠粒產(chǎn)生早期凝聚或凝聚過快等現(xiàn)象，從而使聚合物的網(wǎng)絡(luò)松散，導(dǎo)致臨界顏料體積濃度值降低。31第三十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

四、涂膜性能與PVC的關(guān)系

PVC對(duì)涂膜性能有很大影響，PVC>CPVC時(shí)，顏料粒子得不到充分的潤濕，在顏料與基料的混合體系中存在空隙．當(dāng)PVC<CPVC時(shí)，顏料以分離形式存在于粘結(jié)劑相中，顏料體積濃度在CPVC附近變化時(shí)，漆膜的性質(zhì)將發(fā)生突變，因此，CPVC是涂料性能的一項(xiàng)重要表征，也是進(jìn)行涂料配方設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。顏料體積濃度對(duì)涂膜機(jī)械性能的影響見下圖：32第三十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日顏料體積濃度對(duì)涂膜滲透性能的影響見下圖：33第三十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日顏料體積濃度對(duì)涂膜光學(xué)性能的影響見下圖：返回34第三十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

第五節(jié)流變學(xué)流變學(xué)是研究流體流動(dòng)和變形的科學(xué)。涂料的流變性能對(duì)涂料的生產(chǎn)、貯存、施工和成膜有很大的影響，最終會(huì)影響涂膜性能，研究涂料的流變性對(duì)涂料的體系選擇、配方設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工，提高涂膜性能具有指導(dǎo)意義。

一、粘度涂料的流變性能與涂料在不同條件下的粘度有關(guān)。設(shè)面積為A、距離為dχ的兩層液體，在剪切力F的作用以下一定的速度差dν作平行流動(dòng)，單位面積所受的力（F/A）稱為剪切力（τ），速度梯度（dν/dχ）稱為剪切速率（D），剪切力與剪切速率的比值（τ/D）稱為粘度（η），是液體抵制流動(dòng)的量度。牛頓流體的流動(dòng)示意圖：35第三十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

粘度不隨剪切速率變化的流體稱為牛頓流體，粘度隨剪切速率變化的流體稱為非牛頓流動(dòng)，非牛頓流體又可分成假裝塑性流體，脹流性流體和觸變性流體。假塑性流體的粘度隨著剪切速率的增加而減小（即切力變稀的流體），脹流性流體的粘度隨著剪切的速率的增加而增大，，觸變性流體的粘度隨著剪切時(shí)間的延長而降低，涂料大都為非牛頓流體。

二、粘度的影響因素影響涂料粘度的主要因素溫度、聚合物濃度，分子量大小及其分布，溶劑粘度等。溶液的粘度隨溫度升高而降低，其關(guān)系可用下式表示：實(shí)際應(yīng)用中涂料的粘度與聚合物的濃度之間的關(guān)系可用下式表示：式中，為相對(duì)粘度，w為溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Ka和kb為常數(shù)，Ka和kb

可以通過作圖或者計(jì)算求出，該式適用于低分子量聚合物的溶液。36第三十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日對(duì)于聚合物良溶劑的稀溶液，可以用Mark-Houwink方程表示：式中為特性粘度，Mw為聚合物的平均分子量；K和a為常數(shù)。測定涂料粘度方法很多，常用的有斯托默粘度計(jì)、布魯克菲爾德粘度計(jì)、旋轉(zhuǎn)同心圓筒式粘度計(jì)、旋轉(zhuǎn)圓筒杯式粘度計(jì)、錐板粘度計(jì)等。

三、涂料流動(dòng)方程涂料在制備、貯存、施工和成膜階段經(jīng)受不同的剪切速率的作用。分散過程中攪拌下的剪切速率約為103~104s-1，而器壁經(jīng)受到的剪切速率只有1~10s-1，物料放出后，剪切速率可立即下降到10-3

-0.5s-1的范圍，顏料有可能沉降下來，在施工中，刷涂、噴涂或輥涂的剪切速率至少在103s-1以上，甚至達(dá)到105s-1；施工后，剪切速率立即下降到1s-1以下，為此涂料總被設(shè)計(jì)和配制成非牛頓流體，以滿足性能要求。37第三十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日三種典型涂料的剪切速率與粘度的關(guān)系見下圖：以涂料生產(chǎn)、施工中剪切速率的對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo)，粘度為縱坐標(biāo)作圖描述涂料的流變性能，圖12-7表示三種涂料在不同剪切速率下的粘度變化情況。涂料1的配方不合理，它在施工時(shí)粘度過低，施工后粘度過高，導(dǎo)致流平性較差。涂料2表示的涂料較合理，低剪切速率下該涂料的屈服值τ0在0.4~1Pa之間，保證涂料有較好的貯存穩(wěn)定性以及施工后的流平性，