涂料配方设计第一节第二节涂料基本组成第三节成膜机理第四节颜料体积浓度第五节流变学第六节涂膜病态防治第七节涂料是一个多组分体系，也是一个配方产品，一般不能单独作为工程材料使用，必须涂装在基材表面与被涂器件一起使用，由于基材和使用环境不同，故对涂膜的性能也提出种种不同的要求，而涂料配方中各组分的用量及其相对比例又对涂料的使用性能(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，对涂料必须进行配方设计方能满足各方面要求。涂料配方设计是指根据基材、涂装目的、涂膜性能、使用环境、施工环境等进行涂料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、施工工艺和固化方式。总的来说，涂料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。由于影响因素千差万别，建立一个符合实际使用要求的涂料配方是一个长期和复杂的课题，需要进行必要的试验并且根据现场情况进行调整，才能得到符合使用要求的涂料配方。返回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：天然树脂：虫胶、松香、天然沥青等合成树脂：醇酸树脂、氨基树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、氟碳树脂等颜料无机颜料：钛白、氧化锌、铬黄、铁蓝、铬绿、氧化铁红、炭黑等有机颜料：甲苯胺红、酞菁蓝、耐晒黄等滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、石英粉等助剂增塑剂、催化剂、稳定剂、流平剂、消泡剂、乳化剂、分散剂、防结皮剂、引发剂等溶剂和稀释剂石油溶剂、甲苯、二甲苯、醋酸丁酯、醋酸乙酯、丙酮、环己酮、丁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涂料工业，主要应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，选择涂料用树脂主要基于树脂的结构和性能，基材的性质、使用环境、施工环境、成本等因素。（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。涂料用环氧树脂环氧当量大多在180~3200之间：环氧当量在180~475之间的环氧树脂主要用于双组分低温固化体系，环氧当量在700-1000之间的环氧树脂主要用于环氧酯体系；环氧当量为1500~3200的环氧树化主要用于高温烤漆，分子量在50000以上的可直接用作热塑性涂料。

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：CHOHCHCHCHCHCH分子链上有大量苯环、次甲基和异丙基；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。但耐候性差，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涂料品牌网，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粉末涂料配方分析，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 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 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）溶解聚合物树脂； （2）调节涂料体系的流变性能，改善加工性能，使涂料便于涂装； （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。

溶剂的选择一般需要考虑溶剂的溶解能力、挥发速度、粘度、表面张力、安全 性、毒性及成本。 10 1．聚合物的的溶解 聚合物溶解时，首先是聚集分子的互相分离，分子之间的间隙被溶剂分子所 占据粉末涂料配方分析，如果溶剂分子与聚合物分子间作用力大于聚合物分子间的作用力，溶解就 会发生，同时伴随着体系内能的降低，为放热过程。从热力学角度来讲，只有混 合过程的自由能ΔG 越小越利于溶解。极性聚合物溶解在极性溶剂中，由于溶剂和溶质的强相互作用，ΔH 0，溶解可以自发进行，非极性聚合物与溶剂互相混合时如果混合过程中没有体积变化，则： 式中V为溶液总体积，Φ为体积分数，δ为溶度参数，下标1和2分别表示溶剂和溶质。从式中可知，ΔH 始终是正值，溶质与溶剂的溶度参数愈接近，则ΔH 0的条件，溶解愈容易进行。溶度参数的定义为内聚能密度的平方根，小分子液体的δ可以从某些物理常数 求得，聚合物的δ可通过特性粘数和溶胀度进行实验测定或者由重复单元中各基 团的摩尔引力常数直接计算。 11 Hansen认为内聚能密度是色散力、极性力、氢键的共同贡献，提出了三维溶 度参数即色散力溶度参数δ