涂料化学与工艺学习题记解答

涂料化学
1. 涂料的功能
装饰:最主要的作用  保护:保护材料免受或减轻各种损害和侵蚀
标志:在交通道路上,通过涂料醒目的颜可以制备各种标志牌和道路分离线,在黑夜里依然清晰明亮。
赋予物体一些特殊功能:例如电子工业中使用的导电,导磁涂料;航天工业的烧蚀涂料,温控涂料;军事上的伪装和隐形涂料等。
2. 涂料的基本组成及作用
一般由成膜物,颜料和溶剂,以及各种助剂。
成膜物:也称粘结剂或基料,是涂料中连续相,也是最重要的成分。成膜物的性质对涂料的性能(如保护性能,机械性能等)其主要作用。一般为有机材料。
颜料:一般是0.2~10μm的无机或有机粉末。主要起遮盖和赋的作用。
溶剂:通常为能溶解成膜物的易挥发有机液体,只是用来改善涂料的可涂布性,帮助成膜物/颜料混合物转移到被涂物表面上,而对最终的涂膜性质没有重要的影响,涂料涂覆与表面后,溶剂应基本挥发尽。
助剂:在涂料中的用量很少,约10-3(w/w),但作用很大,不可或缺。
现代涂料助剂主要有四大类:
    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数字电视接收器)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、溶剂的分类与命名(了解)
涂料的分类方法很多:
  1.从成膜物的成膜方式分为两大类
1)转换型(反应型)涂料:成膜工程中有化学反应,形成网状交联结构,相当于热固性聚合物
气干型:常温下交联固化,如醇酸树脂涂料
烘烤型:高温下交联固化,如氨基漆。
(2)非转换型:成膜过程仅是溶剂挥发,未发生化学反应,是热塑性聚合物,如硝基漆,氯化橡胶漆等。
  2、从有无溶剂分
    有溶剂涂料:水性涂料,溶剂型涂料(溶剂含量低的为高固体份涂料)
    无溶剂涂料:粉末涂料、光敏涂料,干性油涂料
  3、从颜料分:清漆和漆。漆又按颜料品种、颜分类。
  4、从用途分:
建筑涂料,汽车涂料,卷材涂料,罐头涂料,塑料涂料,纸张涂料,油墨等。
  5、从施工顺序分:
1)面漆;
2)底漆:
封闭底漆:用于防止涂层与底材间物质渗透,封闭底材小孔。
腻子或填孔剂:高颜料含量,用于填平表面凹孔及不平处,使物体有一个平整表面。
头道底漆:直接涂在底材或经嵌填平面的涂料,增加面漆对底材的附着力,提供适当弹性。
二道底漆:颜料组分含量高,易用砂纸打磨,增加涂膜厚度,为施工提供光滑平面。
涂料还可以按成膜物质分类进行分类。
涂料命名原则:
1)涂料全名=刹车锅颜料或颜名称+成膜物质名称+基本名称。
若颜料对漆膜性能起显著作用,则用颜料名称代替颜名称。
(2)如果含多种成膜物质,选取起主要作用的一种命名
(3)选取两种成膜物命名,占主要地位者列在前面
(4)某些具有专业用途或特殊性能的产品,可在成膜物后加以说明
3. 环境友好型涂料种类
水性涂料、粉末涂料、高固体份涂料和无溶剂型涂料。
4. 聚合物的黏度和相对分子质量
聚合物相对分子质量增加,粘度增大。分子量分布变宽,可使粘度明显增加。所以,分布太宽不能用于涂料。
5. 成膜方式及其特点
a. 溶剂挥发和热熔的成膜方式:
溶剂挥发成膜 :热塑性高分子只在较高的分子量下才呈现出较好的物理和化学性能,但分子量高,玻璃化温度和粘度随之升高,必须用足够的溶剂将体系的玻璃化温度和粘度降低,使T-Tg的数值大到足够使溶液可以流动和涂布,在涂布以后溶剂挥发,分子链紧密缠结形成固体薄膜。
热熔成膜:升高温度的也可使聚合物达到可流动的程度,涂布在基材表面予以冷却,便可得到固体漆膜。例如涂在牛奶纸瓶上的PE,粉末涂料(PEPVC,聚丙烯酸酯等)
b.化学成膜方式:指先将可溶的(或可熔的)的相对分子质量的聚合物涂覆在基材表面以后,在加温或其他条件下,分子间发生反应而使相对分子质量进一步增加或发生交联而成坚韧的薄膜的过程。这种成膜方式是热固性涂料包括光固化涂料,粉末涂料,电泳漆等的共同成膜方式。
特点:在发生化学反应之前或同时,一般也包含一个溶剂的挥发过程。
c.乳胶的成膜:乳胶在涂布以后,随着水分的蒸发,胶粒互相靠近,最后形成透明的﹑坚韧的﹑连续的薄膜。
特点:乳胶能否成膜和乳胶本身的性质特别是它的Tg有关,也和干燥条件有关。
6. 改善热固性涂料的贮存稳定性与固化速度的措施
a. 利用潜催化剂或封闭的反应物使反应体系成为单分子反应控制反应速度的体系。(低分子反应对低温稳定性和高温快速固化是有利的)。
b. 反应物之一是在固化条件下才出现的,在贮藏时体系中没有此种反应物或其前体。
c. 挥发性阻聚剂或挥发性单官能团反应物。
d. 利用相变的方法。
e. 微胶囊法:将反应物之一或催化剂包于微胶囊中,微胶囊可在机械搅拌下破坏,或其膜的Tg和固化温度相当,因此可析出催化剂或反应物参加反应。
7. 成膜物老化的类型(解决方法:加入抗氧剂,助抗氧剂,光稳定剂,金属钝化剂,小分子吸收剂)
a. 氧化降解和光氧化降解。
b. 通过水解的链降解。
c. 热降解。
8. 分散体系的粘度
乳胶是一个分散体系,这种体系的粘度和溶液的不同,他们的粘度可用Mooney公式来表示:式中,为体系粘度,为体系外相的粘度,叫做爱因斯坦因子,它和分散体的形状有关,当分散体为球形,其值为2.5,形状变化其值夜变化;为分散体(内相)在体系中所占的体积分数;是堆积因子,当分散体为大小相同的球体时,无论球体的大小,其值都是0.639,但若球形分散体大小不同时,其值将增加,分散体的大小分布越宽时,值越大。此公式只有在分散体是刚性的粒子并且在无相互作用的情况下才适用。式中的粘度只和分散粒子的大小、形状与含量有关,而与相对分子质量的大小与分布无关。
9. 流平与流挂
影响涂层的表观和光泽。
流平性:涂料施工后能否达到平整光滑的特性,称为流平性。当涂料刷在基材上时,将留下刷痕,此刷痕可因涂料为干燥前的流动而减轻。当涂料流平性差时,用肉眼就可以看出涂层表面不平的情形。乳胶漆一般流平性较差。
流挂:当涂料布于一个垂直面时,由于重力,涂料有向下流动的趋势,流挂就是由重力引起的流动。涂料的粘度是抗拒流动的量度,因此是防止流挂的因素。
10. 涂料施工中的表面张力问题如何解决
问题:流平,缩孔现象(湿的涂层上落上一滴表面张力低的液体),橘子皮现象(喷涂时喷距离控制不好或涂料和溶剂配合不好),贝纳尔漩流窝(表层和底层表面张力的不同),发花和浮现象(颜料不均匀分布)。
解决方法:加入流平剂,流平剂分为两大类。一类是不易挥发的溶剂或其他化合物,用以调整溶剂挥发速度,改善流动性,减缓表面固化时间,延长流平时间;另一类是低表面能液体,用以降低涂料表面张力,改善涂料对底材的润湿性,消除各种弊病。
11. 溶剂的作用及选用原理
作用:(1)溶解或分散成膜物;
2)调节由成膜物和颜料组成的复合体系的粘度和流变性能,改善加工性能,使涂料便于涂装;涂料涂布于基材后,溶剂应从漆膜中挥发掉使漆膜具有较好的物理机械性能。
3)改进涂料的成膜性能,进而影响涂料的附着力和外观;
4)静电喷涂时调整涂料的电阻,便于施工;
5)防止涂料和涂膜产生病态和缺陷,如橘皮、发花、浮、起雾、抽缩等。
选用原理:溶解能力、挥发速度、粘度、表面张力、安全性、毒性、成本。
12. 颜料的作用及性质
最重要的是遮盖和赋于涂层彩的作用,还有下列作用:增加强度,增加附着力,改善流变性能,改善耐候性,功能作用(如防腐蚀),降低光泽,降低成本。
13. 颜料的主要品种
按作用不同分为:
活性        着:白,彩,黑等
功能:导电,防腐
惰性:无遮盖力和着力,只改变涂料某些性能。
按来源分为:    天然颜料和合成颜料。
按化学成分:    有机:用于装饰性涂料配方中
                无机:保护性涂料中用得多
a. 白颜料:有二氧化钛,铅白,氧化锌锌钡白等
b. 黑颜料:主要是炭黑,其吸油量大,纯,且遮盖力强,耐光,耐酸碱,但较难分散。其他还有石黑,铁黑,苯胺黑等。
c. 彩颜料:其中的无机颜料具较好的耐候性,耐光性,耐热性和着性,缺点是谱不全,有些有毒性。主要品种铁红,铁黄
d. 惰性颜料:化学稳定性好,便宜,来源广泛。主要有碱土金属盐类、硅酸盐类和铝镁等轻金属盐类。
e. 塑料颜料:聚烯烃和聚四氟乙烯等,改善漆膜抗损坏性,光滑性,防水性,防吸尘性以及抗压粘性,良好的消光能力。
f. 金属颜料:锌粉,钡粉,不锈钢片和黄铜粉等。
g. 珠光颜料:主要品种是二氧化钛包覆的鳞片状云母。
h. 发光颜料:通常由有机荧光染料和树脂相混合而形成的固溶体粉末,价格很高。
i. 防腐蚀颜料:用于保护金属底材免受腐蚀
14. 颜料吸油量的影响因素,怎样选择合适的比体积浓度
a.  吸油量:100g颜料中,把亚麻油一滴滴加入,并随时用刮刀混合。初加油时,颜料仍然保持松散状,最后可使全部颜料粘结在一起成球,若继续再加油,体系即变稀,此时所用的油量即为吸油量。
OA=亚麻油量/100g颜料
影响因素:颜料越细,粒径分布越窄,吸油量越高;与颜料比重,颗粒内空隙、形状有关,如圆珠形的颜料OA高,针形的颜料OA小。
b.  颜料体积浓度(PVC)与临界颜料体积浓度(CPVC
在颜料和基料的总体积中既干膜体积中,颜料所占的体积分数称为颜料体积浓度,用PVC表示。即:
临界颜料体积浓度(CPVC:当基料逐渐加入到颜料中时,基料被颜料粒子表面吸附,同时颜料粒子表面空隙中的空气逐渐被基料所取代,随着基料的不断加入,颜料粒子空隙不断减少,基料完全覆盖了颜料粒子表面且恰好填满全部空隙时的颜料体积浓度定义为临界颜料体积浓度,并用CPVC表示。
式中,ρ为颜料的密度,0.935为亚麻仁油的密度
c.  比体积浓度Δ=PVC/CPVC
配方中应重视比体积浓度,例如
高质量的有光汽车面漆、工业用漆和民用面漆, Δ应在0.10.5之间
半光的建筑Δ用漆, Δ=0. 60.8
无光内外墙涂料,cng加气机 Δ=1左右
天花板用漆, Δ涂料分散机>1
金属保护底漆, Δ=0. 750.9,保证有较好的防锈和防气泡性能
需用砂纸打磨的底漆, Δ=1.05碳计算器~滤扇1.15,使打磨容易,涂层对砂纸有较少的粘滞力。
15. 遮盖力
指涂料覆于基材上,由于光的吸收、散射和反射而不能见到基材表观的能力,是涂料赋予被涂物装饰性的一项重要性能。与颜料折射率,结晶类型和粒径大小有关。

本文发布于:2024-09-22 01:08:52,感谢您对本站的认可!

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