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涂料成膜物质学习

    成膜物也称树脂、黏合剂或基料。它将所有涂料组分黏结在一起形成整体均一的涂层或涂膜,同时对底材或底涂层发挥润湿、渗透和相互作用而产生必要的附着力,并基本满足涂层的性能要求(清漆或透明的涂层主要由成膜物组成),因此成膜物是涂料的基础成分。

成膜机理:

1. 物理方式——溶剂挥发成膜

   传统的热塑性溶剂型涂料,例如氯化聚烯烃、硝基纤维素、丙烯酸树脂、CAB和聚乙烯醇缩甲醛等成膜物溶解于一定的溶剂体系制备成小于50%固体分的涂料,涂装后经溶剂挥发固化成膜。一般认为溶剂蒸发分为两个阶段:

   前阶段即成膜开始时,成膜物大分子对溶剂蒸发影响较小,主要决定于溶剂的相对挥发速率。

   第二阶段,随着溶剂蒸发,涂膜黏度增加到一定程度,自由体积减小,溶剂从涂层中扩散至表面受阻,溶剂蒸发由涂层表面挥发控制转变为扩散控制,挥发速率显著变慢。此阶段可能持续很长时间。

2. 聚合物分散体系的成膜

   聚合物分散体系包括以水为分散介质的乳液,以及非水分散的有机溶胶等,聚合物不溶于介质,以微粒状态稳定分散在分散于介质中。成膜时分散介质挥发,在毛细管作用力和表面张力推动下,乳液粒子紧密堆集,并且发生形变,粒子壳层破裂,粒子之间界面逐步消失,聚合物分子链相互渗透和缠绕,从而形成连续均一的涂膜。

3. 化学方式成膜

   成膜物在成膜过程中发生化学反应,分子间交联生成具有三维结构体型大分子的连续涂层称为化学方式成膜。可能发生交联的化学反应几乎包括成膜物中所有化学反应,根据成膜条件和施工工艺的不同要求,有常温固化、加热固化、紫外光固化型,也有单组分和双组分成膜方式。通常,经化学方式成膜的涂层综合性能优于物理方式成膜的涂层。这类成膜物常称为热固性树脂,除粉末涂料外它们都是低分子量的低聚物,施工黏度低,随着交联密度增大,黏度增大,自由体积减小,Tg增大,直至生成连续均一的固体涂层。

成膜物主要品种:

    1、松香树脂:松香树脂是一种浅色的,经过高度聚合(二聚合)的高软化点、高粘性,和很好的抗氧化性,并且在液体状态下或在溶液里完全抗结晶。它的多种用途包括油漆,干燥剂,合成树脂,汽车油墨,地砖,橡胶合成物,助焊剂、焊锡膏,以及各种胶粘剂和保护涂料。

    2、醇酸树脂:由多元醇、邻苯二甲酸酐和脂肪酸或油(甘油三脂肪酸酯)缩合聚合而成的油改性聚酯树脂。按脂肪酸(或油)分子中双键的数目及结构,可分为干性、半干性和非干性三类。干性醇酸树脂可在空气中固化;非干性醇酸树脂则要与氨基树脂混合,经加热才能固化。另外也可按所用脂肪酸(或油)或邻苯二甲酸酐的含量,分为短、中、长和极长四种油度的醇酸树脂。醇酸树脂固化成膜后,有光泽和韧性,附着力强,并具有良好的耐磨性、耐候性和绝缘性等。

    3.酚醛树脂:也叫电木,又称电木粉。原为无色或黄褐色透明物,市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色,有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱,遇强酸发生分解,遇强碱发生腐蚀。不溶于水,溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。苯酚与甲醛缩聚而得。酚醛树脂具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能。因选用催化剂的不同,可分为热固性和热塑性两类。

   4、氨基树脂:一种多官能团的化合物,以含有(-NH2)官能团的化合物与醛类(主要为甲醛)加成缩合,然后生成的羟甲基(-CH20H)与脂肪族一元醇部分醚化或全部醚化二得到的产物。根据采用的氨基化合物的不同可分为四类:脲醛树脂、三聚氰胺树脂、苯代三聚氰胺树脂、共聚树脂。若作为漆膜若单独用氨基树脂,制得漆膜太硬,而且发脆,对底材附着力差,所以通常和能与氨基树脂相容,并且通过加热可交联的其它类型树脂合用,它可作为油改性醇酸树脂、饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、环氧酯等的交联剂,这样的匹配,通过加热能够得到三维网状结构的有强韧性的漆膜,根据所使用的氨基树脂和匹配的其它树脂的变化,得到的漆膜也各有特色。

    用氨基树脂作交联剂的漆膜具有优良的光泽、保色性、硬度、耐药品性、耐水及耐侯性等。因此,以氨基树脂作交联剂的涂料广泛地应用与汽车、工农业机械、钢制家具、家用电器和金属预涂等工业涂料。氨基树脂在酸催化剂存在时,可在低温烘烤或在室温固化,这种性能可用于反应性的二液型木材涂装和汽车修补用涂料。

    5、饱和聚酯:采用不同的多元酸和多元醇可合成出不同类型、不同特性的饱和聚酯树脂。若使用的都是直链结构的二元醇和二元酸,产生的就是只含直链结构的聚酯树脂,若使用的多元酸中含苯环(例:苯酐、对苯二甲酸、偏苯三酸酐等)产生的就是含有苯环结构的聚酯树脂。若采用化学反应引入除多元醇、多元酸之外的其它成份,产生的就是改性聚酯树脂。合成聚酯树脂若采用直链结构的多元醇与多元酸,合成得到的树脂具有线性结构,柔韧性非常好,主要用途是在涂料行业。

    6、丙烯酸树脂:由丙烯酸酯类和甲基丙烯酸酯类及其它烯属单体共聚制成的树脂。通过选用不同的树脂结构、不同的配方、生产工艺及溶剂组成,可合成不同类型、不同性能和不同应用场合的丙烯酸树脂。丙烯酸树脂根据结构和成膜机理的差异又可分为热塑性丙烯酸树脂和热固性丙烯酸树脂。用丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体共聚合成的丙烯酸树脂对光的主吸收峰处于太阳光谱范围之外,所以制得的丙烯酸树脂漆具有优异的耐光性及抗户外老化性能。

   7、环氧树脂:泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物,除个别外,它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征,环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团,使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三维网状结构的高聚物。凡分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂。固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能,它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度,介电性能良好,收缩率小,制品尺寸稳定性好,硬度高,柔韧性较好,对碱及大部分溶剂稳定。

   8、聚氨酯:全称为聚氨基甲酸酯 ,是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。聚氨酯与其他树脂不同,在聚酯树脂中除了烃基外只含有酯键,在聚醚中含有醚键,但是在聚氨酯树脂中除了氨酯键以外,尚可含有许多酯键、醚键、脲键甲酸酯键、异氰尿酸酯键、油脂的不饱和双键,以及丙烯酸酯成分等,有时丙烯酸酯的数量甚至超过氨酯键,然而习惯上仍总称为聚氨酯漆,实际上近似嵌段共聚物。

   9、聚脲树脂:尿素与甲醛反应得到的聚合物。又称脲甲醛树脂,英文缩写UF。加工成型时发生交联,制品为不溶不熔的热固性树脂。固化后的脲醛树脂颜色比酚醛树脂浅,呈半透明状,耐弱酸、弱碱,绝缘性能好,耐磨性**,价格便宜,但遇强酸、强碱易分解,耐候性较差。

   10、氯化聚烯烃树脂:主链被氯原子部分取代的脂肪烃树脂。主要品种有:氯化橡胶、氯磺化聚乙烯、过氯乙烯、高氯化聚乙烯、氯化聚丙烯、氯化乙烯-醋酸乙烯共聚物以及氯乙烯-乙烯基异丁基醚共聚物等。含氯聚合物大分子中引入了氯元素,构成了极性较大的C—Cl键,具有优良的耐候性、耐臭氧、耐化学介质(酸、碱、盐)性及一定的耐脂肪烃溶剂和成品油、润滑油性等,可用于制备单组分涂料,施工方便,不受施工环境影响。因此它广泛地应用于防腐涂料;同时CPR对低表面能的塑料具有优良的附着力,也适用于一些装饰涂料领域。

   11、硝酸纤维素:简称NC,俗称硝化纤维素,为纤维素与硝酸酯化反应的产物。以棉纤维为原料的硝酸纤维素称为硝化棉。硝酸纤维素是一种白色纤维状聚合物,耐水、耐稀酸、耐弱碱和各种油类。聚合度不同,其强度亦不同,但都是热塑性物质。在阳光下易变色,且极易燃烧。在生产加工、包装、贮运和销售、使用中都要注意安全。

   12、有机硅树脂:硅树脂是高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷,通常是用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的各种混合物,在有机溶剂如甲苯存在下,在较低温度下加水分解,得到酸性水解物。水解的初始产物是环状的、线型的和交联聚合物的混合物,通常还含有相当多的羟基。水解物经水洗除去酸,中性的初缩聚体于空气中热氧化或在催化剂存在下进一步缩聚,较后形成高度交联的立体网络结构。硅树脂是一种热固性的塑料,它较突出的性能之一是优异的热氧化稳定性。硅树脂另一突出的性能是优异的电绝缘性能。此外,硅树脂还具有**的耐潮、防水、防锈、耐寒、耐臭氧和耐候性能,对绝大多数含水的化学试剂如稀矿物酸的耐腐蚀性能良好,但耐溶剂的性能较差。

   13、氟碳树脂以牢固的C-F键为骨架,同其他树脂相比,其耐热性、耐化学品性、耐寒性、低温柔韧性、耐候性和电性能等均较好,且由于其结晶性好,故具有不黏附性、不湿润性。由于氟碳树脂均系高熔点(180~380℃),不溶于溶剂的固态树脂,故制成水或溶剂的分散型涂料,用喷涂、静电喷涂、幕式淋涂、辊涂等方式涂装,或作成粉末涂料,用静电喷涂或流化床浸涂法涂装。

 





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