第四章-水性涂料和粉末涂料解析课件.pptx

1、第四章 水性涂料和粉末涂料传统溶剂型涂料在生产和使用过程中所释放的有机挥发性物质(VOC)产生的污染，目前成为排在汽车之后的城市主要污染源。水性涂料制备工艺多样、品种齐全、施工方法选择余地大，而且可根据使用目的选择制备工艺、品种和施工方法，在性价比方面有优势，成为现代涂料工业发展的主流方向之一。4.1 水性涂料4.1.1 概况凡是用水作溶剂或者作分散介质的涂料，都可称为水性涂料。水溶性水溶性涂涂料料水稀释性水稀释性涂料涂料水分散性水分散性涂料涂料4施工简单方便，施工机器可直接用水清洗。1以水为介质，安全，无火灾隐患。3能在潮湿环境下施工,对工件材质的适应性好，附着力好。2VOC含量大大降低，减

2、少了对大气的污染。 优点优点4.1.1 概况成膜时干燥时间较长，尤其是在低温高湿环境下。由于水的表面张力较大，使得涂料对基材的润湿困难。以水作溶剂，金属基体极易腐蚀。树脂与水的相容性不好，以致涂料的储存稳定性差。容易遭受微生物破坏。水性涂料中的基料和添加剂为有机物质，体系中含有机溶剂为2%-12%，仍会对环境造成一定的污染。4.1.1 概况缺点4.1.1 概况因此，水性涂料中需加入各种助剂来改善和提高其性能，这些助剂包括助溶剂、乳化剂、润湿分散剂、成膜助剂、增稠剂、消泡剂、催干剂、防霉杀菌剂、缓蚀剂等。制备水性涂料的关键是在制备水性树脂，可用作水性涂料基料的水性树脂包括水性醇酸树脂、水性环氧树

3、脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂和水性聚酯树脂等。4.1.2 水性树脂的制备方法 制备水性树脂的关键是在树脂分子上引入亲水性基团，使树脂具有水溶性或水分散性。亲水性基团主要包括：阳离子、阴离子或非离子亲水链段。4.1.2 水性树脂的制备方法 制备水性树脂的方法很多，但最新的方法主要有以下几种：(1)采用水性单体共聚 水性单体包括羧酸类、酰胺类、磺酸类单体和一些阳离子单体。在聚合过程中，共聚单体由于其强亲水性而结合在胶粒表面，形成亲水性膜而产生立体稳定效应。离子型单体还能使胶粒表面产生电荷，通过静电斥力来维持乳液的稳定。影响因素：单体的种类、用量、加料方式和羧基单体的中和度对聚合及乳液的稳定性

4、均有较大影响。单体的水溶性太大，易在水相发生均聚；反之，易埋在胶粒里，均不利于共聚合。4.1.2 水性树脂的制备方法 (2)采用可聚合乳化剂 可聚合乳化剂种类很多，主要有烯丙醇的衍生物、马来酸的衍生物、丙烯酰胺的衍生物、丙烯酸及其酯的衍生物等。影响因素： 聚合活性和亲水性。聚合活性太高，它在聚合过程的早期就会和其他单体共聚而埋在粒子内部；活性较低，则它在聚合过程的后期才与其他单体共聚，不易埋在颗粒内而位于颗粒的表面；但聚合活性太小，它就难以键合到乳胶粒上。亲水性太小的可聚合乳化剂也易埋在颗粒内，但太大可能会水相聚合，形成水溶性聚合物。4.1.2 水性树脂的制备方法 (3) 采用大分子乳化剂 大

5、分子乳化剂的迁移性远低于小分子乳化剂，在聚合过程中还可能与乳胶粒发生接枝作用，因而采用大分子乳化剂可克服小分子乳化剂易迁移、易气泡的缺点。大分子乳化剂主要包括嵌段共聚物、接枝共聚物等。(4) 化学改性 对环氧树脂，一般是通过化学改性的方法来达到水性化的目的。一般的环氧数字是不溶于水的，通过对环氧树脂进行改性，在其分子中引入羧基、羟基、氨基、醚键、酰胺基或非离子亲水链段等亲水基团，使其转变为水溶性或水分散性环氧树脂。4防霉杀菌剂6缓蚀剂2水性消泡剂5水性流平剂成膜助剂 3水性润湿分散剂14.1.3 水性助剂 4.1.3.1 水性润湿分散剂 水性润湿分散剂是为了确保颜料在水性体系的润湿、分散。用于

6、水性体系的润湿分散剂可分为三类：无机分散剂、聚合物型分散剂和超分散剂。(1) 无机分散剂 目前使用最多的无机分散剂主要有聚磷酸盐、硅酸盐等。聚磷酸盐主要有六偏磷酸钠、多聚磷酸钠、三聚磷酸钾和焦磷酸四钾等。作用机理：通过氢键和化学吸附，起静电斥力稳定作用。优点：用量少(约0.1%左右)，对无机颜料分散效果好。缺点： 一是随着pH值和温度的升高，多聚磷酸盐容易水解，造成长期储存稳定性不良；二是多聚磷酸盐在乙二醇、丙二醇等二醇类溶剂中不完全溶解，会影响有光乳胶漆的光泽。(2) 聚合物型分散剂 主要有聚丙烯酸盐类、聚羧酸盐类、缩合奈磺酸盐、多元酸共聚物等。 4.1.3.1 水性润湿分散剂 4.1.3.

7、1 水性润湿分散剂 特点： 在颜料表面产生较强的吸附或锚固作用，具有较长的分子链已形成空间位阻，链端具有水溶性，有的还辅以静电斥力，达到稳定的结果。要使分散剂具有良好的分散性，要严格控制相对分子质量。相对分子质量太小，空间位阻不足；相对分子质量太大，会产生絮凝作用。(3) 超分散剂 分子结构分为两个部分：一部分为锚固基团，采用平面吸附方式，将分散剂锚合在颜料颗粒表面，防止超分散剂脱附；另一部分为溶剂化链，它与分散介质具有良好的相容性，能在颜料表面形成足够厚的保护层。作用机理：通过伸展于液相中的高分子所产生的静电斥力和位阻斥力的共同作用而使粒子均匀分散于体系中的。超分散剂亲水端大多为侧链带羧基的

8、聚合物，如丙烯酸(酯)、马来酸(酯)及他们的衍生物，疏水端单体为不饱和烃类，如苯乙烯、乙烯、丁二烯、二异丁烯、a-甲基苯乙烯等。4.1.3.1 水性润湿分散剂 4.1.3.2 水性消泡剂泡沫的存在使生产操作困难，给漆膜留下的气泡造成表面缺陷，既有损外观，又影响涂膜的防腐性和耐候性。水性涂料消泡剂一般分为三类：有机消泡剂、聚硅氧烷类消泡剂和聚醚类消泡剂。常用的有机消泡剂一般是由水溶性差、表面张力低的液体组成，破坏作用很强，而抑泡作用很差。有机消泡剂包括：矿物类如液体石蜡；胺类及酰胺类如二戊胺；醇类如己醇。矿物油类消泡剂使用比较普遍,主要用于平光和半光乳胶漆中。4.1.3.2 水性消泡剂聚硅氧烷类

9、消泡剂表面张力低，消泡和抑泡能力强，不影响光泽,但使用不当时,会造成涂膜缩孔和重涂性不良等缺陷。常用聚硅氧烷类消泡剂包括乳液型聚硅氧烷消泡剂和聚醚改性有机硅氧烷消泡剂。乳液型聚硅氧烷消泡剂，俗称有机硅消泡剂，通过乳化甲基硅油制得，它在水相中易分散，用量小，消泡快；聚醚改性有机硅氧烷消泡剂由聚甲基硅氧烷和聚醚两种链段组成，通过改变硅氧烷、环氧乙烷、环氧丙烷的比例，可以调节消泡能力。成膜助剂通过对乳胶粒子的溶解作用，降低了乳胶体系玻璃化温度。它能促进乳胶粒子的塑性流动，改善其聚结性能，使其能在广泛的施工范围内成膜。一旦乳胶粒变形与成膜过程完成后，成膜助剂会从涂抹中挥发，从而使聚合物玻璃化温度恢复到

10、初始值，成膜助剂起一种“临时”增塑剂的作用。成膜助剂大都为微溶于水的强溶剂，有醇类、醇醚及其酯类等。传统的成膜助剂有：松节油、松油、1,2-丙二醇、乙二醇醚及其醋酸酯，这些溶剂都有一定的毒性，正逐渐为低毒性丙二醇醚类及其醋酸酯代替。4.1.3.3 成膜助剂4.1.3.3 成膜助剂尽管成膜助剂对乳胶漆的成膜有很大作用，但成膜助剂是有机溶剂，对环境有一定影响，所以发展的方向是环境友好型的有效成膜助剂，如降低气味、降低挥发性有机物含量，制备低毒、安全、生物降解的成膜助剂以及活性成膜助剂。4.1.3.4 防霉杀菌剂主要通过阻碍菌体呼吸、干扰病原菌的生物合成、破坏细胞壁的合成、阻碍类脂的合成发挥作用。常

11、用防霉杀菌剂包括：取代芳烃类，如五氯苯酚及其钠盐，四氯间苯二甲腈，临苯基苯酚等；杂环化合物类，如苯并咪唑氨基甲酸甲酯等；胺类化合物，如双硫代氨基甲酸酯四甲基二硫化铁兰姆等；有机金属化合物，如有机汞，有机锡和有机砷。目前应用的防霉杀菌剂大都有一种或多种活性成分进行复配,复配的活性成分不仅保证杀菌谱线的全面性，而且不易使周围环境的细菌出现选择性适应。4.1.3.5 水性流平剂水性涂料用流平剂主要有聚丙烯酸酯类、有机硅类、微粉化蜡乳液。聚丙烯酸酯类流平剂能降低涂料与基材之间的表面张力，使涂料与基材间有最佳的润湿性。可以在短时间内迁移到涂层表面形成单分子层，以保证表面张力均匀化，增加抗缩孔效应，从而改

12、善涂膜表面的光滑平整度。有机硅类流平剂是以相容性受限制的长链硅树脂为主要组成,可分为聚醚改性有机硅、聚酯改性有机硅、反应性有机硅。改性有机硅可以消除贝娜德涡流，防止发花、橘皮，降低涂料与底层的界面张力，提高对底材的润湿性，增加附着力，减少缩孔、针眼等涂膜表面病态。4.1.3.6 缓蚀剂缓蚀剂可以防止或减缓腐蚀作用，在金属表面使用水性涂料，干燥过程中金属表面与涂料中水的接触容易发生闪绣等腐蚀现象，引入缓蚀剂，能有效避免金属腐蚀。缓蚀剂可分为氧化型、非氧化无机盐、金属阳离子、有机化合物和无机缓蚀颜料。氧化型缓蚀剂包括钼酸盐、钨酸盐、铬酸盐等。非氧化无机盐如磷酸盐，可以多种形式使用，既可作为钢铁的处

13、理剂，也可作为颜料用于涂料，非氧化型无机盐的离子不直接参与氧化膜的形成，它的功能在于解决氧化膜的不连续性，使涂膜中缺陷部分的微孔通过阴离子的沉积而得到堵塞。4.1.3.6 缓蚀剂有机缓蚀剂主要包括碱式磺酸盐、二壬基奈磺酸盐、有机氮化物锌盐，螯合物助剂、胺与胺盐等。它是靠化学吸附、静电吸附或是键的轨道吸附。无机缓蚀剂主要有磷酸盐、硼酸盐、钼酸盐、锌粉等。在金属材料表面的有机涂料中添加防腐蚀颜料，可以显著提高有机涂层的抗腐蚀性能。4.1.4 乳胶漆以合成树脂乳液为基料，以水为分散介质，加入颜料和助剂，经一定工艺过程制成的涂料。4.1.4.1 定义合成乳液成膜物质无机颜料、有机颜料水分散剂、增稠剂、

14、成膜物质、消泡剂、颜料溶剂助剂4.1.4.2 乳胶漆的组成4.1.4.3 乳胶漆的成膜机理良好的附着力1抗开裂2透气性3耐擦洗抗污性4抗UV紫外线辐射5耐水6防霉菌生长74.1.4.4 乳胶漆的性能特点热塑性：有限的抗压痕和抗粘连性环境：贮存、施工和成膜质量受环境影响附着力：对困难底材的附着力有限硬度：受到良好的成膜需求的限制乳胶漆的局限性4.1.4.5 乳胶漆的局限性4.1.4.6 乳胶漆的类型(1) 丁苯乳胶漆丁苯乳胶漆 它是应用最早的乳胶漆,是由丁二烯和苯乙烯进行聚合获得的乳胶制成的。主要作内用建筑漆。但由于其漆膜易变黄变脆，对墙面附着力不好等缺点，现已被性能更好的聚醋酸乙烯乳胶漆所代替

15、。(2) 聚醋酸乙烯乳胶漆聚醋酸乙烯乳胶漆 它是应用最广泛的乳胶漆，由醋酸乙烯聚合得到的乳胶制成。它作为室内灰面墙漆，比丁苯乳胶漆有较好的保色性和附着力。它还具有适合室外使用的一定程度的耐侯性，为了使漆膜不开裂粉化，用顺丁烯酸二丁脂作为增韧剂，可提高漆膜的柔韧性。这种漆对木面和旧漆膜 也有一定的附着力。(3) 丙烯酸乳胶漆丙烯酸乳胶漆 它是由一些丙烯酸脂共聚物制成的。由于丙烯酸共聚物的种类不同，可得到不同品种的乳胶漆。由于丙烯酸乳胶漆具有漆膜柔软，能耐水耐碱，户外耐侯性好，与被涂物粘接力大等特点，因此常作为室外木面和抹灰面建筑用漆。4.1.4.6 乳胶漆的类型(4) 油基乳化漆油基乳化漆 它是

16、由干性植物油、松香甘油脂、乳化剂、催干剂加入适量的水与氨水组成。它具有一定的耐油性，绝缘性，可作为绝缘漆。由于储存稳定性不好，一般都做成漆基，使用时再乳化。还有一种粉末乳胶漆，有储存期长、运输使用方便等优点。4.1.4.6 乳胶漆的类型(5) 苯乙烯苯乙烯/丙烯酸系乳液丙烯酸系乳液 苯乙烯/丙烯酸系乳液也称为“改性丙烯酸乳液”，是以一部分或全部苯乙烯代替全丙烯酸系中的甲基丙烯酸甲酯。苯乙烯也是一种硬单体，其作用仅次于甲基丙烯酸甲酷但价格都要便宜得多。在共聚乳液中苯乙烯含量可高达50但用量太多会降低在极性物上的附着力。在外用白漆中，其保色性比全丙烯酸酯差些。这类乳胶漆也具有良好的耐候性、耐水解性

17、及抗粉化性,并可制成有光乳胶漆，价格与性能是比较适当的。因此这类乳胶漆得到了迅速的发展特别在国内应用广泛。4.2 粉末涂料以粉末形态进行涂装的涂料。历史背景历史背景4.2 粉末涂料火焰喷涂法把聚乙烯粉末以熔融状态涂覆到金属表面上20世纪30年代后期50年代 流化床浸涂法,热塑性粉末涂料有了较快的发展60年代热固性环氧粉末涂料的开发和利用90 年代后粉末涂料得到极大的发展4.2.1 概况不含有机溶剂，储存稳定、运输方便。不含有机溶剂，储存稳定、运输方便。1VOC为为0，既节省能源，又无环境污染。，既节省能源，又无环境污染。2涂装效率高，其成膜物质涂装效率高，其成膜物质100%。3涂膜厚度容易控制

18、。涂膜厚度容易控制。4涂层具有优异的物理机械性能。涂层具有优异的物理机械性能。5生产和操作比较安全，无臭，无毒。生产和操作比较安全，无臭，无毒。64.2.1 概况优点4涂膜固化温度高，不如高固体分涂料和辐射固化涂料节能.1制造粉末涂料的设备要求较高,投资较大.3只适合厚膜涂装，不适合薄膜涂装.2配色困难，换色也比较麻烦. 缺点缺点4.2.1 概况4.2.2 粉末涂料的种类粉末涂料热塑性粉末涂料热固性粉末涂料物理性熔融塑化成膜过程化学性交联反应固化过程4.2.2.1 热塑性粉末涂料 主要包括聚乙烯粉末涂料、含氟粉末涂料、尼龙粉末涂料、聚苯硫醚粉末涂料、乙烯-醋酸乙烯粉末涂料、醋丁纤维素和醋丙纤维

19、素粉末涂料。工业化大规模生产的最便宜的聚合物之一，工业化大规模生产的最便宜的聚合物之一，一般由低一般由低密度聚乙烯密度聚乙烯制造，该涂料耐矿物、耐碱、耐盐类和耐制造，该涂料耐矿物、耐碱、耐盐类和耐化学药品性能好，涂膜拉伸强度、表面硬度和冲击强化学药品性能好，涂膜拉伸强度、表面硬度和冲击强度等物理机械性能好，涂膜电性能好。主要用于涂装度等物理机械性能好，涂膜电性能好。主要用于涂装金属网板、钢制家具、化工设备等。金属网板、钢制家具、化工设备等。聚乙烯粉末涂料聚四氟乙烯聚四氟乙烯含氟粉末涂料聚三氟氯乙烯聚三氟氯乙烯聚偏氟乙烯聚偏氟乙烯具有优异的耐腐蚀性，甚至在王水具有优异的耐腐蚀性，甚至在王水中也不

20、腐蚀，优良的介电性能，极中也不腐蚀，优良的介电性能，极低的摩擦系数和自润滑性，所以素低的摩擦系数和自润滑性，所以素有有“塑料王塑料王”之称。应用于石油、之称。应用于石油、化工防腐涂层、电子电器材料等。化工防腐涂层、电子电器材料等。 聚三氟氯乙烯价格比聚三氟氯乙烯价格比PTFE便宜加便宜加 工温度可以降低，涂层可在工温度可以降低，涂层可在130以下长期使用，耐碱，耐酸。已大以下长期使用，耐碱，耐酸。已大量应用于化工厂、农药厂、制药厂、量应用于化工厂、农药厂、制药厂、洗涤剂厂等的防腐设备。洗涤剂厂等的防腐设备。耐候性优异，在室外曝晒有高的耐耐候性优异，在室外曝晒有高的耐降解性，并且不吸灰尘，很容易

21、保降解性，并且不吸灰尘，很容易保持原有光泽。持原有光泽。具有较高的机械强度、抗冲击性能、硬度、耐磨性和摩擦系数小、低吸尘等优点，可用于特殊要求的部件。如用于水泵叶轮、纺织机械零部件、汽车车轮、建筑和运动器材等。尼龙的抗盐水和对霉菌、细菌的惰性，很适于制造浸于海水或接触海水的涂层，尼龙粉末涂料无毒、无味，不被霉菌侵蚀，不会促使细菌生长，很适于喷涂食品工业的零部件，饮用水管和食品包装等。尼龙粉末涂料4.2.2.2 热固性粉末涂料热固型粉末涂料是指以热固性树脂作为成膜物质，加入起交联反应的固化剂经加热后能形成不溶不熔的质地坚硬涂层。温度再高该涂层也不会像热塑性涂层那样软化，而只能发生分解。所采用的树

22、脂为聚合度较低的预聚物，分子量较低，因此涂层的流平性较好，具有较好的装饰性，而且低分子量的预聚物经固化后，能形成网状交联的大分子，因而涂层具有较好防腐性和机械性能。4.2.2.2 热固性粉末涂料主要包括热固性聚酯环氧涂料、环氧粉末涂料、聚氨酯粉末涂料、丙烯酸粉末涂料、丙烯酸-聚酯粉末涂料等。4.2.2.2 热固性粉末涂料热固性聚酯环氧型涂料是以聚酯为主要成膜物质，加环氧树脂及助剂加工而制成的粉末涂料，是一种混合型粉末涂料。环氧树脂起到了降低成本、赋予漆膜耐腐蚀性、耐水性等作用，而聚酯树脂则可改善漆膜的耐候性和柔韧性。环氧粉末涂料是以双酚A环氧树脂为主体，加入适量的助剂，在一定的温度下混炼、冷却

23、分化而成。无污染，熔融黏度低，流平性好，不需要底漆，涂膜坚固，力学性能好，有优异的反应活性和储藏稳定性，应用范围广。4.2.2.2 热固性粉末涂料聚氨酯粉末涂料是由端羟基的聚酯和各种封闭型多异氰酸酯为成膜物质的粉末涂料，由羟基和异氰酸酯反应生成含氨基甲酸酯结构的聚氨酯交换膜。该涂料有突出的流动性，漆膜光泽高、耐候性好、物理机械性能和耐化学性都十分优越。丙烯酸粉末涂料有优良的耐候性、保光性、装饰性、耐污染性，物理性能和电气绝缘性能良好，是一种具有高装饰性能的涂料。4.2.3 粉末涂料的组成树脂颜料助剂4.2.4 粉末涂料用助剂主要包括固化剂和固化促进剂、流平剂、消光剂、光稳定剂、增稠剂、偶联剂、

24、脱气剂等。(1) 固化剂和固化促进剂 热固性粉末涂料的成膜是通过加入某种化学物质并使其在一定的条件下与基料树脂发生交联反应形成不溶、不熔的三维网状结构的高聚物来完成。室温下呈固态，并且易于粉碎以利于在预室温下呈固态，并且易于粉碎以利于在预混阶段均匀分散；混阶段均匀分散； 1固化剂和固化剂促进剂具备的性能室温下室温下应应是稳定的化合物，不易受大气、是稳定的化合物，不易受大气、潮气的影响；潮气的影响； 2与基体树脂混溶，而熔融混炼时又不发生与基体树脂混溶，而熔融混炼时又不发生反应；反应； 3室温下交联基团是潜伏的，只有在温度升室温下交联基团是潜伏的，只有在温度升高后才发挥其交联固化作用；高后才发挥

25、其交联固化作用； 4固化剂和固化剂促进剂具备的性能施工后能在较短时间内迅速完成固化反施工后能在较短时间内迅速完成固化反应；应； 5使用时无刺激性气体产生，无毒性危害；使用时无刺激性气体产生，无毒性危害； 6对涂膜无着色性；对涂膜无着色性； 7(2) 流平剂4.2.4 粉末涂料用助剂熔融聚结形成涂膜流平Company L固态流平剂在粉末涂料的制造过程中直接加入，与其他物料一起干混合，在挤出、粉粹、筛分。流平剂液态流平剂必须是先与部分基料树脂一起熔融分散，待冷却粉碎后再与其他物料一起混合，挤出、粉粹。筛分。(3) 消光剂粉末涂料的消光是通过在配方组分中加入消光剂来实现的。通常根据消光途径的差异将消

26、光剂分为物理消光剂和化学消光剂两大类。物理消光剂是通过借助于其与基料树脂不相容性来达到消光的目的的。主要包括金属皂、某些低分子化合物、蜡和金属盐的混合物、金属有机化合物等。化学消光剂在涂料固化成膜的过程中借助于化学反应来破坏涂膜的平整性以达到消光的目的。目前常用的有互穿网络型树脂、单盐型消光固化剂及消光固化流平剂、接枝型消光固化剂等。4.2.5 粉末涂料用颜料适用于粉末涂料的颜料按其性能和作用大致可分为：着色颜料、金属颜料、功能颜料和体质颜料粉末涂料对颜料有一些特殊的要求，选用时应考虑以下问题：(1) 在常温下或熔融挤出、涂装过程中不与树脂、固化剂、助剂等组分发生化学反应。(2) 颜料分散性要

27、好，最佳分散粒度为0.2-0.9m，不易结块。(3) 颜料的遮盖力和着色力要强。(6) 颜料吸油量要适中，抗渗色性要好。(5) 颜料要具备一定的耐光耐热性，如不易褪色、抗粉化、物理性能要持久。(4) 热稳定要好，至少需耐温160以上。4.2.5 粉末涂料制备技术干法制备技术湿法蒸发法熔融混合法干混合法喷雾干燥法沉淀法超临界流体法(1) 干混合法称重粉碎混合筛分产品(2) 熔融混合法熔融混合粉碎冷却分级产品(3) 蒸发法配制溶剂型涂料粉碎蒸发或抽真空除溶剂分级过筛产品(4) 喷雾干燥法优点优点 配色容易,设备清洗比较简单。 可以直接使用溶剂型涂料生产设备，同时加上喷雾设备即可进行生产。 生产中的不合格产品可以重新溶解后在加工。 产品的粒度分布窄，球形颗粒多，涂料的输送流动性和静电涂装施工性能好。1 234(4) 喷雾干燥法配制溶剂型涂料调色研磨喷雾干燥产品(5) 喷雾干燥法配制溶剂型涂料调色研磨加沉淀剂成粒破碎分级过筛产品(6) 超临界流体法配料加入超临界流体预混合喷雾成粒分级产品