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涂料科学的基本理论及其特性           ★★★
涂料科学的基本理论及其特性
作者:高擎 文章来源:中国金包网 点击数: 更新时间:2007-10-28 21:56:46

     
    ②乳液体系。是以水为连续相,聚合物不溶于水,依赖于表面活性剂,以分散相形式组成的乳状液,为水包油乳液。 
     
    ③水分散体系(水稀释性体系)。以水为连续相,很少或不用表面活性剂,聚合物有一定的亲水性,以分散体的形式存在,体系中可含有一定量的亲水性有机溶剂。 
     
    ④水溶液体系。聚合物通过成盐的办法,使其成为离子聚合物,能溶于水中,还可以加人一定量的水溶性有机溶剂,来提高聚合物的水溶性,是均相体系。 
     
    ⑤非水分散体系。连续相为非水的有机溶剂,一般为非芳烃类(如烷烃、醇类等),低毒性低气味的有机溶剂,聚合物借助于两亲性(即一头亲溶剂,而另一头亲聚合物)的特殊表面活性剂,或聚合物经改性后,以分散体形式存在。 
     
    ⑤粉末体系。固体微粉状聚合物。原则上说,几乎所有的树脂都能制成这些形态,但当同一种树脂制成不同形态时,其分子结构、分子量大小、溶剂及助剂的种类和组成、合成方法等都有很大的不同。其中几类是常用的,如溶剂型涂料(第一类),乳胶漆(第二类),电泳漆(第四类),粉末涂料(第六类)。
 
    第三类和第四类主要是开发水性涂料和高固分涂料而发展起来的比较新的类型,是当前涂料的发展方向之一。当然,每一种形态根据不同的应用和各自的优缺点都有很大的发展空间,从原料到工艺不断的改进和创新是最重要的,这方面在理论上和技术上每年国内外都有大量的专利文献报道。其中很多站在科学的前沿。例如, 1996年美国 Eastern Michgan大学的F.N.Jones发表了一篇题为“朝着无溶剂液体涂料( TOward Solventless Liquid Coatings)”。他们已经作了具有重要意义的开创性工作。还有1996年发表的欧共体的研究项目“自分层涂料”的研究结果,无论在理论上还是在技术上都是非常前沿的。 

    2颜料的分散性与稳定性 

    无论是何种树脂体系当加入颜料(指常用的无机颜料)后,都成了分散体,是热力学上的不稳定体系。由于颜料的密度远远大于树脂溶液,在重力作用下,下沉是不可避免的。颜料可以粉碎得很细,但是布朗运动使颜料粒子碰撞发生絮凝而下沉,因此,颜料的表面处理和颜料分散剂的分子设计是关键。在不同的树脂体系中,所用的颜料分散剂是十分专一的,是很多专利报道,如开发了一种新型的锚合型分散剂。由于颜料结构复杂,品种繁多,在不同的涂料体系中分散与稳定的理论是很复杂的,只有进行必要的理论性实验研究,才有可能开发出性能优良的颜料分散剂和得到均匀稳定的涂料。

   3涂料配方原理及其评价方法 

    对于一种成功的涂料,其技术要求是很高的,因为厚度为几个微米至几十微米的漆膜,要满足来自各方面不同要求的指标多达几十项。从技术上看,主要有二方面技术,即涂料配方技术和涂料生产工艺与设备。可以这样说,只要掌握了这二方面技术就可以生产涂料产品,但是,要提高涂料性能与质量,开发新品种,这是远远不够的。这里只涉及涂料配方问题,要得到一个性能非常好的配方,要作大量的实验,因此,重要的一点是要在一定的理论指导下进行配方设计。 

    长期来涂料配方是采用颜粘比(质量比)。由于不同颜料间的密度相差很远,而且涂料涂布于底材后成膜,颜料在漆膜中占居的是其体积而不是密度,因此用颜粘比来制定配方与评价一种涂料是不科学的。约在六十年代,提出了颜料体积浓度(PVC)与临界颜料体积浓度(CPVC)的概念。大量的实验表明,漆膜的很多性能,如密度、强度、腐蚀性、光泽性、遮盖力及渗透性等在CPVC处发生突变。根据不同的应用,可以设计 PVC>CPVC(如底漆、内墙涂料等)或 PVC< CPVC(如面漆)的配方。由于配方制定的试验工作量很大,已发展微机的配方设计。因为漆膜的性能指标很多,而且有些性能是相互制约的,如何综合各方面性能,比较快的得到最佳配方,国外提出“蛛网图(spider granph)”技术,根据蛛网的面积来评价涂料的综合性能,此法比较方便和实用。M.Simakasi和C.R.Hegedus在1993年提出了“涂料与涂料体系综合性能评价方法(A Methodologyfor Evaluating theTotal Performance of Coatings andcCoating Systems”,)简称 TPE法,可以很全面的反映涂料的性能,从而指导涂料的配方设计。然而,涂料的组成是十分复杂的,要找出组成与性能之间关系的规律,还有很多的研究工作要做。4涂料流动与流变性质涂料都是流体,即使是粉末涂料,在生产和成膜过程中也涉及到熔体的流动与流变,这里仅考虑液体涂料。

    对于任何流体,体系的粘度是流体的基本属性。涂料的流动和流变性就是研究涂料的组成与粘度的关系;在不同的剪切速率下的粘度变化;温度对涂料粘度的影响以及树脂的结构对体系粘度的影响等内容。其研究结果可指导涂料的生产控制,

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