涂料化学与工艺学习题及解答Word文档格式.docx

涂料化学与工艺学习题及解答Word文档格式.docx

《涂料化学与工艺学习题及解答Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《涂料化学与工艺学习题及解答Word文档格式.docx（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

2、从溶剂分：

（1）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）

（2）无溶剂涂料：

粉末涂料、光敏涂料，干性油涂料

3、从颜料分：

清漆和色漆。

色漆又按颜料品种、颜色分类。

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:

面漆,底漆

（1）名称涂料全名=颜料或颜色名称+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色。

（2）如果含多种成膜物质，选取起主要作用的一种命名，如

涂料中松香改性酚醛树脂，酚醛占树脂总量的50%以上时，为酚醛漆类；

当酚醛占50%以下时，为天然树脂漆类。

（3）选取两种成膜物命名，占主要地位者列在前面，如环氧硝基磁漆

（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。

如

醇酸导电磁漆，白硝基外用磁漆。

3.涂料用合成树脂有哪些主要特点？

4.试述涂料的基本组成与各组成的主要作用。

从组成上看，涂料一般包含四大组分：

成膜物质、溶剂（分散介质）、颜（填）料和各类涂料助剂。

成膜物质：

也称粘结剂或基料，是连续相，也是是涂料中最主要成分，无成膜物的不能称为涂料。

对涂料的保护和机械性能等起主要作用。

一般为有机材料，成膜前可为聚合物或低聚物，成膜后形成聚合物膜

颜填料是涂料中的次要成膜物质，但它不能离开主要成膜物质（涂料树脂）而单独构成涂膜。

颜料是一种不溶于成膜物质的有色矿物质或有机物质。

0.2～10um。

遮盖、赋色为主要作用，另外还有增强，赋予特殊性能如改善流变性，降低成本等

溶剂：

在涂料中起到溶解或分散成膜物质及颜（填）料的作用，以满足各种油漆施工工艺的要求，其用量在50%（V/V）左右。

溶剂（或分散介质）并非成膜物质，它可以帮助施工和成膜，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。

5．颜料按用途可分为哪三种？

按用途可分为三种：

体质颜料、着色颜料、防锈颜料。

体质颜料：

也称为填料、增量剂、惰性颜料，主要用来增加涂层厚度，提高耐磨性和机械强度。

着色颜料：

可赋予涂层美丽的色彩，具有良好的遮盖性，可以提高涂层的耐日晒性、耐久性和耐气候变化等性能。

防锈颜料：

这种颜料可使涂层具有良好的防锈能力，延长寿命，它是防锈底漆的主要原料。

按来源颜料可分为有机颜料和无机颜料，无机颜料又可分为天然无机颜料和人造无机颜料。

按照作用分（白色颜料），着色颜料，惰性颜料，功能颜料

6．现代涂料助剂主要有哪四大类？

各举两例

（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。

7．涂料的发展史一般可分为哪三个阶段？

（1）天然成膜物质的使用；

（2）涂料工业的形成；

（3）合成树脂涂料的生产

8．今后十年，涂料工业的技术发展将主要体现在哪“四化”？

水性化、粉末化、高固体份化和光固化

⏹共聚合反应：

涂料用的成膜物大多是共聚物，共聚合反应是对成膜物改性的重要手段，有如下重要作用：

（1）调节Tg：

例如PMMATg=105℃，用于涂料成膜物太脆，且溶解性差，聚丙烯酸丁酯Tg=-56℃，用于成膜物漆膜不能干燥而发粘。

将两者的单体共聚，则可得到Tg适中的共聚物。

（2）改善聚合物的附着力：

加入含有-OH、–NH2或-COOH的共聚单体，以改善涂料对底材的附着力。

例如，在丙烯酸涂料中所用的丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸甲酯共聚物中常加入少量第三单体（如丙烯酸）以改善附着力（易与基材表面氧原子或氢氧基团等发生氢键作用，因而有较强吸附力）

（3）引入反应性基团：

对于热固性涂料（烤漆），其成膜物中需要有一定的活性反应基团，例如-OH、–NH2等，在聚酯中常加入三羟甲基丙烷、季戊四醇等与其他二元醇共聚，得到线型的侧链含羟基的聚酯。

丙烯酸羟乙酯，羟甲基丙烯酰胺等则常用于丙烯酸酯类的共聚。

（4）改善聚合物的化学性质

MMA与其他单体共聚，可以改善其热降解性能

PVAc易水解，用VAc与叔碳酸乙烯酯共聚合，有优异的耐水解性能。

（5）改善溶解性能

为制备水溶性成膜物，常常在聚合物中引入各种含羧基的单体，例如在烯类聚合物中引入丙烯酸，甲基丙烯酸，马来酸酐等单体。

在聚酯中也常用偏苯三酸作为共聚单体，其结果是在聚合物中含有一定量的羧基。

（6）成膜物的功能化

对于具有特殊用途的涂料，将成膜物功能化是一个重要方法，例如

将含有有机锡的单体和其他单体共聚，可得到具有防污能力的成膜物。

醇酸树脂合成实例1、短油度椰子油醇酸树脂的合成

（1）配方及核算：

原料

用量/kg

分子量

摩尔数/kmol

精制椰子油

127.862

662

0.193

95%甘油

79.310

92.1

0.818

苯酐

148.0

148

1.000

油内甘油

油内脂肪酸

3×

油度＝127.862/（127.862＋79.310＋148.0－18）＝38％

醇超量＝（3×

0.818－2×

1.000）/（2×

1.000）＝0.227

平均官能度＝2×

（2×

1+3×

0.193）/（0.818+0.193+1+3×

0.193）=1.992

＝2/1.992＝1.004

不易凝胶。

2）合成工艺

①将精制椰子油及甘油得60％加入反应釜，升温，同时通CO2，120℃时加入黄丹，；

②用2h升温至220℃，保温醇解至无水甲醇容忍度达到5（即在250C，1ml醇解油中加入3ml无水甲醇体系仍透明。

）。

③降温到180℃，加入剩余甘油，用20min加入苯酐；

④停通N2，从油水分离器加入单体总量6%的二甲苯；

⑤在2h内升温至195～200℃，保温2h；

⑥取样测酸值、黏度。

当酸值约8mgKOH/g（树脂）、粘度（加氏管）达到10s，停止加热，出料到兑稀罐，110℃加二甲苯，过滤，收于储罐。

50％中油度苯甲酸季戊四醇醇酸树脂的合成

（1）单体配方及核算：

双漂豆油

253.71

879

0.2886

漂梓油

28.19

846

0.0333

苯甲酸

67.66

122

0.5546

季戊四醇

94.16

136

0.6924

1.0000

豆油中甘油

豆油中脂肪酸

梓油中甘油

梓油中脂肪酸

0.03333

回流二甲苯

45.10

油度＝（253.71＋28.19）/（253.71＋28.19＋67.66＋94.16

＋148.0－18－0.5546×

18）

＝50％

醇超量＝（4×

0.6924－2×

1.000－0.5546）/（2×

1.000＋0.5546）

＝0.082

1+0.5546+3×

0.2886+3×

0.0333）/（0.2886

+0.0333+0.5546+3×

0.0333+3×

0.288+0.6924+1.000）

＝1.990

＝2/1.990＝1.005

不易凝胶。

（2）合成工艺

①将双漂豆油、漂梓油加入反应釜,开慢速搅拌，，升温，同时通CO2，120℃时加入0.03％的LiOH；

②升温至220℃，逐步加入季戊四醇，再升温至240℃醇解，保温醇解至醇解物：

95％乙醇（25℃）＝1：

3～5达到透明。

③降温到200－220℃，分批加入苯酐，加完后停通CO2；

④加入单体总量5%的回流二甲苯；

⑤在200～220℃保温回流反应3h；

⑥抽样测酸值达10mgKOH/g、黏度（加氏管）达到10s为反应终点。

如果达不到，继续保温，每30min抽样复测；

⑦酸值、黏度达标后即停止加热，出料到兑稀罐，120℃加200号汽油兑稀，冷却至50℃过滤，收于储罐供配漆使用。

、中油度豆油季戊四醇醇酸树脂的合成

豆油酸

305.89

285

1.073

138.11

1.016

脂肪酸油度＝305.886/（305.886＋138.114＋148.0－18－1.073×

＝55％

醇超量＝（4×

1.016－2×

1.000－1.073）/（2×

1.000＋1.073）

＝0.322

1+1.073）/（1.073+1.016+1.000）=1.990

①将豆油酸、季戊四醇、苯酐和回流二甲苯（单体总量的8％）全部加入反应釜，通入少量CO2，开慢速搅拌，用1h升温至180℃；

保温1h；

②用1h升温至200～220℃，保温2h，抽样测酸值达10mgKOH/g、粘度（加氏管）达到10s为反应终点。

③达到终点后，停止加热，冷却后将树脂送入已加入二甲苯（固体分55％）的兑稀罐中；

④搅拌均匀（30min），80～90℃过滤，收于贮罐。

四、改性醇酸树脂

除了脂肪酸、多元醇、二元酸外，另外加入其他组分的醇酸树脂，称为改性醇酸树脂。

1、改性目的

（1）醇酸树脂涂料涂膜干燥缓慢，硬度低,耐水性、耐腐蚀性差,户外耐候性不佳等，需要通过改性来满足性能要求。

（2）醇酸树脂具有很好的涂刷性、润湿性和初始装饰性,通过改性把优点赋予其他成膜物。

2、改性方法——三种

（1）两种聚合物共混

如硝基纤维素与醇酸树脂共混，大大改善了硝基纤维素的性质。

注意：

与一般烯类聚合物如聚丙烯酸酯类难混合，可在烯类聚合物中共聚进带N的碱性单体（如乙烯基吡啶），通过碱基团与醇酸树脂中的-COOH作用以增加混溶性。

（2）烯类单体与醇酸树脂中的双键共聚

例如：

st改性醇酸树脂，比例为50：

50，可降低成本，增加耐水性，大量苯环使干燥速度增加，但实干速度下降，耐溶剂性下降。

改性方法——三种

一般含共轭双键的醇酸树脂才有较好的共聚作用。

不含共轭双键的醇酸树脂与st共聚很慢，主要通过活泼亚甲基发生st在醇酸树脂上的接枝：

在引发剂作用下，st生成链自由基，与活泼-CH2-发生夺H反应，于是形成st接枝共聚。

为了改善共聚性，可在二元酸组分中加入部分马来酸酐，通过它的双键进行共聚。

不管何种方法，实际产物必然含有纯PS、共聚物、未变化的醇酸树脂及醇酸树脂二聚体，但因为有共聚物做媒介，使它们相容性变好。

除st外，可共聚的还有丙烯酸酯、MMA等，用MMA改性的，干燥迅速，保色性、耐候性提高。

（3）聚合物与醇酸树脂的化学结合

1氨基醇酸树脂漆——是汽车、家用电器上常用的涂料，原理为：

酸催化，高温下，醇酸树脂中的-OH与氨基树脂上的醚键进行醚交换反应，形成硬而坚韧的漆膜，有良好的保光性、保色性、耐潮和抗酸碱能力。

3）聚合物与醇酸树脂的化学结合

1氨基醇酸树脂漆

1含有环氧等活泼基团的丙烯酸酯共聚物，与醇酸树脂分子间的醚化、酯化反应，将两部分结合在一起。

1马来酸酐与st的共聚物和醇酸树脂间反应

3、高固体份醇酸树脂

方法

（1）改变溶剂：

用氢键受体（如酮类）可使粘度不变的情况下，固含量提高。

（2）降低分子量：

通过降低二元酸/多元醇的比例来达到。

干燥速度会明显下降，可用干性油来代替半干性油——豆油，或增加催干剂的粘度。

（3）使分子量分布变窄

方法多是经验性的，如控制加料顺序、温度控制等，但漆膜性能特别是抗冲击性能可能下降。

（4）采用活性稀释剂如多丙烯酸酯也可降低VOC。

第二节涂料基本组成

涂料一般由成膜物、颜料、溶剂和稀释剂、助剂组成，涂料施工后，随着溶剂和稀释剂的挥发，成膜物干燥成膜。

成膜物可以单独成膜，也可以粘结颜料等物质共同成膜，所以也称粘结剂。

它是涂料的基础，常称为基料、漆料和漆基。

涂料的基本组成见下表：

（1）环氧树脂

环氧树脂（Epoxyrein）泛指含有两个或两个以上环氧基，以脂肪族、脂环族或芳香族链段为主链的高分子预聚体。

目前市面上环氧树脂主要是双酚A型环氧树脂，即双酚A缩水甘油醚（DGEBA），由双酚A（DDP）与环氧氯丙烷（ECH）反应制得，目前实际使用的环氧树脂中70％以上属于这种环氧树脂，其结构如下：

从化学结构中可以看出，双酚A型环氧树脂的分子具有以下特征：

1.两端为反应活性很强的环氧基；

2.分子主链上有许多醚键；

3.树脂分子链有许多仲羟基，可以看成一种长链的多元醇；

4.分子链上有大量苯环、次甲基和异丙基；

优点：

环氧树脂稳定性好，未加入固化剂可放置一年以上；

树脂工艺性好，能溶于多种溶剂。

双酚A型环氧树脂固化物有较好的耐化学药品性，尤其是耐碱性；

对各种基材有极好的粘结性，粘结强度高，粘结面广；

固化物机械强度高，电绝缘性优良，极好的硬度和优良的耐水性，可用作结构材料；

固化收缩率低，小于2％，是热固性塑料中收缩率最小的一种。

缺点：

耐候性差，在紫外光照射下会降解，造成性能下降，限制了在其户外使用，而且固化物脆性大，冲击强度低，不太耐高温。

大多数环氧树脂需要固化形成交联网状结构以形成有用的涂膜，交联反应可以通过环氧基团也可以通过羟基基团反应。

（2）聚氨酯树脂

在分子结构中含有氨基甲酸酯重复链节的高分子化合物称为聚氨酯树脂，由多异氰酸酯和多元醇通过氢转移加成聚合而成。

常用的多异氰酸酯有甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI），常用的多元醇有聚醚多元醇、聚酯多元醇、含羟基丙烯酸酯。

芳香族二异氰酸酯的最大缺点是涂膜长期暴露在阳光下易变黄，主要是从异氰酸酯基衍变成的芳环端氨基易被氧化。

脂肪族多异氰酸酯有六亚甲基二异氰酸酯（HDI），不变黄，但活性较芳香族二异氰酸酯低，漆膜硬度不及芳香族二异氰酸酯的聚氨酯漆膜。

由于聚氨酯分子中具有强极性氨基甲酸酯基团，大分子间存在氢键，聚合物具有高强度、耐磨、耐溶剂等特点。

同时，还可以通过改变多羟基化合物的结构、分子量等，在较大范围内调节聚氨酯的性能，此外，聚氨酯与其他树脂共混性好，可与多种树脂并用，制备适应不同要求的涂料新品种。

聚氨酯涂料的固化温度范围宽，可以在高低温条件下固化，其形成的漆膜附着力强，耐磨性、耐高、低温性能均较好，具有良好的装饰性和防护性能，因此广泛用于家具、汽车、飞机、钢铁设备等装饰和保护。

（3）醇酸树脂

醇酸树脂系指由多元醇、多元酸与植物油制备的改性聚酯树脂。

与以前的油基材料相比，醇酸树脂的原料易得、工艺简单，而且在干燥速率、附着力、光泽、硬度、保光性和耐候性等方面远远优于以前的油性漆。

而且还可以进行化学改性或者与聚氨酯树脂、环氧树脂、氨基树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂并用，以降低这些树脂的成本，提高和改善其他涂料产品的某些性能。

长油度醇酸树脂主要用作建筑涂料，中油度醇酸树脂主要用用气干性工业涂料，也可以用作汽车，卡车和重型货车修补漆，短油度醇酸树脂主要和氨基树脂一道用作工业烘干面漆如金属家具，自行车，散热器等。

醇酸树脂通过苯乙烯进行改性可以具备更快的干燥速度，更好的耐水，耐化学品性，但是漆膜耐溶剂性和耐刮伤性差，主要有作底漆，相比之下丙烯酸酯改性醇酸树脂具有更好的耐候性的保光性以及耐刮伤性。

聚氨酯改性醇酸树脂干燥块，硬度高，漆膜弹性好，耐磨性高，且防水性能和耐化学性好，主要用室内木器清漆。

向醇酸树脂引入有机硅链段有助于改善耐候性，耐久性，保光保色性，耐热性和抗粉化性等，可作船舶漆，户外钢结构件和器具的耐久性漆和维修漆。

（4）丙烯酸树脂

丙烯酸树脂是指由（甲基）丙烯酸酯单体均聚或者共聚得到的聚合物，包括热塑性和热固性丙烯酸树脂。

涂料树脂中丙烯酸树脂的比重不断增大，一方面丙烯酸酯单体资源丰富、品种多、性能各异，另一方面由丙烯酸树脂制备的涂料具有色浅、透明度高、耐光、耐候、户外暴晒耐久性好、在紫外线照射下这类涂膜不易分解或变黄、使用温度范围宽的特点。

热塑性丙烯酸树脂的成膜主要通过溶剂的挥发，分子链相互缠绕进行的，因此，涂膜的性能主要取决于聚合单体的选择和分子量大小，主要用于汽车面漆和汽车修补漆，也可用于纸张涂料，气溶胶，木器清漆，真空清漆，可剥漆，油墨等。

热固性丙烯酸树脂的成膜主要通过溶剂的挥发和官能团的交联固化进行，树脂的分子量较热塑性丙烯酸树脂低，因而其固含量更高，可溶解的溶剂类更多，交联固化膜具有更好的光泽，耐化学品性和耐溶剂性以及抗粘着性。

丙烯酸酯涂料已广泛用于汽车装饰和修补、家用电器、卷材、机械、仪表电器、建筑、家具等生产领域。

（5）有机硅树脂

硅树脂是以硅—氧—硅为主链，硅原子上连接有有机基团的交联型的半无机高聚物。

既具备无机物的耐侯、耐高温性能，又具备有机树脂的柔韧性。

有机硅树脂的突出优点是耐高温性，耐水性，耐候性和电绝缘性，其突出的耐候性，是任何一种有机树脂所望尘莫及的，即使在紫外线强烈照射下，硅树脂也耐泛黄。

硅树脂还具有优异的介电性能，在广阔的温度、湿度及频率范围内保持稳定，以及耐氧化、耐电弧、耐辐照、防烟雾、防霉菌等特性。

有机硅树脂单独用作涂料，膜太软，常用醇酸树脂、聚氨酯树脂，环氧树脂和丙烯酸树脂等进行改性以改善漆膜的硬度和干燥程度，有机硅树脂则赋予漆膜保色性。

有机硅树脂及改性树脂广泛用于电机设备的线圈浸渍漆、粘接云母用的绝缘漆、用于玻璃丝、玻璃布及石棉布浸渍的绝缘漆、耐热、耐候的防腐涂料、透明涂料、防潮涂料、耐辐射涂料。

（6）氟碳树脂

氟碳树脂是指由氟烯烃聚合或氟烯烃和其它单体共聚而合成的树脂，由于C—F键的键能比较大，氟碳树脂的化学稳定性高，以其制备的涂料耐腐蚀性、耐化学药品性、耐候性、热稳定性较好，具有极好的耐紫外线照射和核辐射性能，电性能和阻燃性能优异，目前已经广泛用于重防腐领域，如海洋防腐、桥梁防腐等。

二、溶剂

溶剂是涂料配方中的一个重要组成部分，虽然不直接参与固化成膜，但它对涂膜的形成和最终性能起到非常关键的作用，它主要具有以下功能：

（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、浮色、起雾、抽缩等。

溶剂的选择标准：

（1）溶解能力、

（2）挥发速度、

（3）粘度、表面张力、

（4）安全性、毒性

（5）成本。

三、颜料

颜料是涂料中的一个重要组分，与染料不同，染料可溶，以分子形式存在于溶液之中，而颜料是不溶的，涂料的质量在很大程度上依靠所加的颜料的质量和数量。

1、颜料的作用

（1）遮盖和赋予色彩；

（2）增加强度，如同炭黑在橡胶之中的作用，颜料的活性表面可以和大分子链相结合，形成交联结构，通过交联点分散应力。

二者之间一般是次价力，经化学处理可得到加强，粒子越细，增强效果越好。

（3）增加附着力

涂料固化时常伴随体积收缩，产生内应力，影响涂料附着，加入颜料可以减少收缩，改善附着力。

（4）改善流变性

（5）功能作用：

对金属底材的防腐性，如红丹（Pb3O4）、特殊功能如导电、导热性能等，屏蔽作用，如铝粉、云母等。

（6）降低光泽

可破坏漆膜表面的平滑性，降低光泽，如清漆中常用极细的二氧化硅或蜡来消光。

（7）降低成本

如碳酸钙，二氧化硅，滑石粉，价格便宜，加入后不影响涂层性质，但可增加体积，大大降低了成本，称为体积颜料。

遮盖力：

指颜料遮盖住被涂物表面，使它不能透过漆膜而显露的能力，与颜料折射率，结晶类型和粒径大小有关。

已知颜料中，金红石型TiO2的折光指数最大（2.76），与聚合物间有最大的折光率差，因此是最好的白色颜料。

SiO2等折光指数和聚合物相近，对遮盖没有贡献，称为体积颜料。

若涂料中含有空气，因为空气的折光率最小，它和聚合物与颜料都产生折光率差，因此有很好的遮盖效果。

在黑板上用粉笔（CaCO3）写字，粉笔对黑板有很好的遮盖力，就是因为其中含有空气，空气与碳酸钙产生折光率差。

但如果将粉笔弄湿，就看不出白色了，因为此时水取代了空气，水的折光率和碳酸钙相近。

着色力：

是指彩色颜料以其本身的色彩来影响整个混合物颜色的能力。

着色力愈大，颜料用量可愈少，成本可降低。

一般，粒径越小，着色力越大。

有机颜料比无机颜料着色力高；

另外，与分散有关，分散不良可引起色调异常。

颜料的着色力与遮盖力无关，较为透明的（遮盖力低）颜料也有很高的着色力。

（1）白色颜料

涂料中使用的白色颜料主要包括TiO2（钛白粉）、锌钡白（立德粉，ZnS.BaSO4）、ZnO（锌白）、铅白（2PbCO3.Pb（OH）2）、锑白等，其中钛白粉应用最为广泛。

（2）黑色颜料

用量最大的黑色颜料是炭黑，其吸油量大，色纯，且遮盖力强，耐光，耐酸碱，但较难分散，此外还有氧化铁黑（Fe3O4），石墨和苯胺黑等，它们主要用