• 12.3.1溶剂挥发和热熔成膜
• 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。溶剂的挥发分为三 个阶段： • 阶段Ⅰ：表面溶剂挥发； • 阶段Ⅱ：内部溶剂扩散至表面挥发； • 阶段Ⅲ：残留溶剂扩散挥发。
涂料招商
油漆配方设计
• 12.1 概述
• 油漆是一个多组分的配方产品。由于基材和使用 环境不同，对涂膜的性能也提出种种不同的要求， 油漆配方中各组分的用量及其相对比例又对油漆 的施工性能(如流平性、干燥性等)和涂膜性能(如 光泽、硬度等)产生极大的影响，对油漆必须进行 配方设计方能满足各方面要求。
• （7）有机颜料
• 有机颜料的色泽鲜艳，着色力较强，但遮盖力、 耐高温性、耐候性较差，常用的有机颜料有耐晒 黄、联苯胺黄、酞菁绿、酞菁蓝、甲苯胺红、大 红粉等．
• （8）防腐颜料 • 防腐颜料用于保护金属底材免受腐蚀，按照防腐 蚀机理可分为物理防腐颜料、化学防腐颜料和电 化学防腐颜料三类。物理防腐颜料具有化学惰性， 通过屏蔽作用发挥防腐功能，如铁系和片状防腐 颜料，化学防腐颜料具有化学活性，借助化学反 应发挥作用，如铅系化合物、铬酸盐、磷酸盐等， 电化学防腐颜料通常是金属颜料，具有比金属还 低的电位，起到阴极保护作用，如锌粉。
• 一定质量的干颜料形成颜料糊时所需的精 亚麻仁油的量称为颜料的吸油值，该值反 映了颜料的润湿特性，用表示，单位为 g/100g ，颜料的吸油值与颜料对亚麻仁油 的吸附、润湿、毛细作用，以及颜料的粒 度、形状、表面积、粒子堆砌方式、粒子 的结构与质地等性质有关。
• （1）白色颜料
• 油漆中使用的白色颜料主要包括二氧化钛、立德 粉、氧化锌、铅白、锑白等，其中钛白粉应用最 为广泛。
• （2）红色颜料
• 红色颜料主要有氧化铁红、钼铬红、镉红等。
• （3）黄色颜料
• 主要的黄色颜料有铬酸铅、氧化铁黄、镉黄等。
• （4）绿色颜料
• 绿色颜料有铅铬绿、氧化铬绿、钴绿等。
12.2油漆基本组成
• 油漆一般由成膜物、颜（填）料、溶剂（或稀释 剂）和助剂组成。油漆施工后，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（填）料等物质共同成膜，所 以也称粘结剂，它是油漆的基础物质，常称为基 料、漆料和漆基。
表12-1 油漆的基本组成
组
成
原 油料
• 油漆配方设计是指根据基材、涂装目的、涂膜性 能、使用环境、施工环境等条件进行油漆各组分 的选择并确定相对比例，并在此基础上提出合理 的生产工艺、施工工艺。油漆配方设计需要考虑 的因素包括：基材、目的、性能、施工环境、应 用环境、安全性、成本等。 • 由于影响因素众多，相互耦合，建立一个符合实 际使用要求的油漆配方是一个复杂的课题，需要 进行大量的试验才能得到符合使用要求的油漆配 方。
• （5）蓝色颜料 • 铁氰化铁钾又称铁蓝，有较高的着色力，色坚牢
度好，并有良好的耐酸性，但遮盖力差。群青为 天然产品，色坚牢度好，耐光、热和碱，但可被 酸分解，着色力和遮盖力低．
• （6）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)，它们主要用做底漆和二 道漆的着色剂。
• 12.3.4 成膜过程表征
• 目前，红外光谱、原子力显微镜、动态热机械分 析、差示扫描量热分析、透射电镜、扫描电子显 微镜、小角度中子散射、直接无辐射能量转移、 动态二次离子质谱、激光共聚焦荧光显微技术等 已经广泛用于成膜过程表征。透射电镜可以观察 涂膜形态研究胶乳成膜过程，差示扫描量热分析 可以测定树脂的玻璃化温度以及研究固化动力学 确定固化工艺，原子力显微镜可在立体三维上观 察涂膜的形貌。
滑剂、消泡剂、乳化剂、分散 剂、防结皮剂、引发剂等 石油溶剂、甲苯、二甲苯、醋酸丁酯、醋酸乙酯、丙酮、环 己酮、丁醇、乙醇、卤代烃等
• 12.2.1成膜物质（树脂）
• 随着石油工业的发展，合成树脂已经取代油料和 天然树脂广泛应用于油漆工业。常用的合成树脂 包括环氧树脂，聚氨酯树脂，醇酸树脂，丙烯酸 树脂，氨基树脂、有机硅树脂 氟碳树脂等，选择 油漆用树脂主要基于树脂的结构和性能，还要考 虑基材性质、使用环境、施工环境、成本等因素。
• 12.3.2 乳胶漆的成膜
• 乳胶漆成膜过程大致分为三个阶段：首先聚合物乳 液中的水分挥发，当乳胶颗粒占胶层的74%体积时， 乳胶颗粒相互靠近而达到密集的充填状态，水和水 溶性物质充满在乳胶颗粒的空隙之间；随着水分继 续挥发，聚合物颗粒表面吸附的保护层被破坏，间 隙越来越小，直至形成毛细管，毛细管作用迫使乳 胶颗粒变形，毛细管压力高于聚合物颗粒的抗变形 力，颗粒间产生压力，随着介质挥发的增多，这个 压力也越大，乳胶颗粒逐渐变形融合，逐渐由 球 形变为斜方形十二面体，直至颗粒间的界面消失； 最后，水分继续挥发，直到压力达到能使每个乳胶 颗粒中的分子链扩散到另一颗粒分子链中时，乳胶 颗粒中的聚合物链段开始相互扩散，逐渐形成连续 均匀的乳胶涂膜。
• 油漆配方中颜料(包括填料)与粘结剂的质量比称 为颜基比。在很多情况下，可根据颜基比制定油 漆配方，表征油漆的性能。一般来说，面漆的颜 基比约为（0.25～0.9）：1.0，而底漆的颜基比 大多为(2.0～4.0)：1.0，室外乳胶漆颜基比为 (2．0～4.0)：1．0，室内乳胶漆颜基比为(4.0～ 7.0)：1.0 。要求具有高光泽、高耐久性的油漆， 不宜采用高颜基比的配方，特种油漆或功能油漆 则需要根据实际情况采用合适的颜基比。
• 12.3.3 反应成膜
• 反应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，在加温或其它条件下，分子 间发生交联反应形成三维网状结构而转变为坚韧 的薄膜的过程，是热固性油漆的共同成膜方式， 其中如含干性油或者半干性油的不饱和聚酯油漆、 醇酸树脂油漆等通过氧气发生氧化交联反应成膜， 环氧树脂与多元胺或者酸酐反应交联成膜，多异 氰酸酯与含羟基低聚物如聚醚多元醇反应生成聚 氨酯成膜，有机硅树脂通过烯氢加成反应成膜， 光固化油漆通过自由基或阳离子聚合成膜等。
• 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： • PVC=V颜料/（V颜料+V基料）
• 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。
• 12.3 成膜机理
• 油漆只有在基材表面形成一层坚韧的薄膜后才能充分发挥 其功能，一般来说，油漆首先是一种流动的液体，在涂布 完成之后才逐渐从液态变为固态，形成连续有附着力的薄 膜，是一个玻璃化温度不断升高的过程。按照成膜过程中 树脂基料的结构是否发生了变化，成膜机理可以分为物理 成膜和化学成膜，转变成膜主要通过溶剂挥发和分子链缠 结成膜或者水的挥发乳胶粒凝聚成膜以及热熔成膜，化学 成膜主要通过树脂基料发生交联反应形成体型结构成膜， 如环氧基团和氨基的反应等。
• 1溶剂的蒸发速率 • 溶剂的挥发性是在选择溶剂时需考虑的一个重要因素，挥 发速率过快，可使干燥时间缩短，但不利于油漆的流平且 会导致起泡和桔皮等漆病，挥发速率过慢，则使干燥时间 延长且易发生流挂。 • 溶剂的蒸发速率不仅和沸点或蒸气压有关，还受到氢键、 蒸发焓、表面张力、空气流动性的影响。沸点不能完全反 映其蒸发速率，例如正丁醇的沸点为118℃，乙酯丁酯的 沸点为125℃，前者的沸点虽较低，但其蒸发速率要比后 者低得多，这是由于氢键的原因。为此，用溶剂的相对蒸 发速率来表征溶剂的挥发性，即测定定量溶剂的蒸发时间 并与同样条件下等量醋酸丁酯或者二乙基醚的蒸发时间相 比较，以下式表示纯溶剂的相对蒸发速率：
• 12.4 颜料体积浓度（PVC）
• 油漆的颜料体积浓度是表征油漆最重要、最基本 的参数，早期油漆工业普遍采用颜基比描述油漆 配方中的颜料含量，由于油漆中所使用的各种颜 料、填料和基料的密度相差甚远，颜料体积浓度 更能科学反映油漆的性能，在科学研究和实际生 产中成为制定和描述油漆配方的参数。
• 12.4.1 颜基比
• 2常用溶剂及应用
• 常用溶剂按照沸点分为低沸点溶剂（沸点 <100℃）、中沸点溶剂（沸点100-150℃）、高 沸点溶剂（沸点>150℃）,按照化学组成分为烃类 溶剂、醇类溶剂、 酮类溶剂、酯类溶剂、醚类溶 剂等。
• 12.2.3颜料 • 颜料是分散在油漆中从而赋予油漆某些性质的粉体材料， 包括颜色、遮盖力、耐久性、力学强度、对金属底材的防 腐性、特殊功能如导电、导热性能等。按照其在油漆中的 功能和作用分为着色颜料、体质颜料、防腐颜料、功能颜 料。 • 色泽、着色力、遮盖力、耐光性、耐侯性是颜料的基本特 性，它们与颜料的结构和组成有关，而颜料结晶形态、粒 径和外形对漆膜的光泽、颜料的润湿分散性以及油漆贮存 期间颜料的稳定性有较大的影响，在油漆工业中，通常采 用研磨或高速分散的方法使颜料均匀地分散在油漆体系中， 并使其保持稳定悬浮状态或者沉降后容易被分散。
• （9）填料 • 填料亦称体质颜料，大多是白色或稍有颜色的粉体，不具备着色力和 遮盖力，但具有增加漆膜的厚度、调节流变性能、改善机械强度、提 高漆膜的耐久性和降低成本等作用，主要是碱土金属盐类、硅酸盐类 和铝镁等轻金属盐类。 • 碳酸钙是油漆用的主要填料，包括重质碳酸钙(天然石灰石经研磨而 成）和轻质碳酸钙（人工合成）两类，广泛用于各类油漆。 • 滑石粉是一种天然存在的层状或纤维状无机矿物．它能提高漆膜的柔 韧性，降低其透水性，还可以消除油漆固化时的内应力。 • 重晶石（天然硫酸钡）和沉淀硫酸钡稳定性好，耐酸、碱，但密度高， 主要用于调合漆、底漆和腻子。 • 二氧化硅分为天然产品和合成产品两类。天然二氧化硅又称石英粉， 可以提高涂膜的机械性能。合成二氧化硅按照生产工艺分为沉淀二氧 化硅和气相二氧化硅，气相二氧化硅在油漆中起到增稠、触变、防流 挂等作用。瓷土(Al2O3· 2SiO2· 2H2O)，也称高岭土，· 是天然存在的水 合硅酸铝．它具有消光作用，能做二道漆或面漆的消光剂，也适用于 乳胶漆． • 云母是天然存在的硅铝酸盐，呈薄片状，能降低漆膜的透气、透水性， 减少漆膜的开裂和粉化，多用于户外油漆。