第一章　涂料配方设计总论

第一节　涂料基本知识

涂料是指用特定的施工方法涂覆到物体表面后，经固化在物体表面形成美观而有一定强度的连续性保护膜，或者形成具有某种特殊功能的涂膜的一类精细化工产品。涂料涂覆到物体表面可起到保护作用、装饰作用、标志作用及其他特殊用途。

一、涂料的分类

涂料的应用十分广泛，涉及日常生活、国民经济及国防建设等方方面面，目前涂料产品近千种。涂料的分类方法很多，通常有以下几种分类方法：

（1）按涂料的形态可分为水性涂料、溶剂型涂料、粉末涂料等；

（2）按成膜物质可分为醇酸树脂漆、环氧树脂漆、聚氨酯漆、酚醛树脂漆、氯化橡胶漆、硝基漆、过氯乙烯漆等；

（3）按功能可分为装饰涂料、防腐涂料、导电涂料、防锈涂料、耐高温涂料、示温涂料、隔热涂料、防火涂料、防水涂料等；

（4）按用途可分为建筑涂料、罐头涂料、汽车涂料、飞机涂料、家电涂料、木器涂料、桥梁涂料、塑料涂料、纸张涂料等；

（5）家用油漆可分为内墙涂料、外墙涂料、木器漆、金属用漆、地坪漆等；

（6）按施工方法可分为刷涂涂料、喷涂涂料、辊涂涂料、浸涂涂料、电泳涂料等；

（7）按施工工序可分为底漆、中涂漆（二道底漆）、面漆、罩光漆等。

在本书中，主要以涂料的形态分类进行配方设计的阐述。

二、涂料的组成

对涂料而言，除粉末涂料外，溶剂型涂料和水性涂料都由成膜物质、溶剂或分散介质、颜料及助剂组成，而粉末涂料中不含有液态的溶剂或分散介质。

1.成膜物质

成膜物质是组成涂料的基础，故而又称为基料，是使涂料牢固附着于被涂物件表面上形成连续薄膜并黏结涂料中其他组分的主要物质，对涂料和涂膜的性质起决定性作用。早期的涂料以天然的植物油和漆树液为成膜物质，所以被称为油漆。近半个世纪以来，随着聚合物领域的发展，对聚合物的合成、性能和结构有了较系统深入的研究，合成树脂品种日益增多和成熟，合成树脂逐渐成为涂料主要的成膜物质。作为涂料成膜物质的合成树脂需具备的基本特征是能够经过施工形成薄层的涂膜，并为涂膜提供所需要的各种性能。此外，合成树脂还须与涂料中其他组分混溶，形成均匀的分散体。具备这些特性的化合物都可用为成膜物质。它们的形态可以是液态的，也可以是固态的。

用作涂料成膜物质的合成树脂种类越来越多，分类方法也较多，按成膜前后结构是否发生变化，合成树脂分为热塑性树脂和热固性树脂两类。

（1）热塑性树脂　合成树脂在涂料成膜过程中组成结构不发生变化，即在涂膜中可以检测出合成树脂的原有结构，这类合成树脂称为热塑性树脂。它们具有热塑性，受热软化，冷却后变硬，多具有可溶解性。由此类合成树脂构成的涂膜具有与原结构同样的化学结构，也是可溶可熔的。属于热塑性合成树脂的品种有：①天然树脂，包括来源于植物的松香（树脂状低分子化合物），来源于动物的虫胶，来源于矿物的天然沥青和来源于化石的琥珀、柯巴树脂等；②天然聚合物的加工产品，如硝基纤维素、氯化橡胶等；③合成的线型聚合物，如过氯乙烯树脂、氯乙酸乙烯树脂等。用于涂料的热塑性树脂与用于塑料、纤维、橡胶或黏合剂的同类品种，组成、分子量和性能都不相同，应按涂料的要求而制成。

（2）热固性树脂　合成树脂在成膜过程中组成结构发生变化，即合成树脂形成与其原来组成结构完全不同的涂膜，这类合成树脂称为热固性树脂。它们都具有能发生化学反应的官能团，在热、氧、光照或其他物质的作用下能够聚合成与原来组成结构不同的、不溶不熔的聚合物，即热固性聚合物，因而所形成的涂膜是热固性的，通常具有网状结构。属于这类成膜物质的品种有：①干性油和半干性油醇酸树脂；②天然漆和漆酚，也属于活性基团的低分子化合物；③低分子化合物的加成物或反应物，如多异氰酸酯的加成物；④合成聚合物，如酚醛树脂、醇酸树脂、聚氨酯预聚物、丙烯酸酯低聚物等。

随着树脂合成技术的发展，多种新型聚合物如基团转移聚合物、互穿网络聚合物等不断被开发出来，它们具有优异的性能。现代涂料很少使用单一品种作为成膜物质，而经常采用互相补充或互相改性的几种树脂，以适应多方面的性能要求。随着科学技术的发展，将会有更多品种的合成材料应用为涂料的成膜物质。

2.颜料

颜料是一种微细的粉末状的物质，在使用过程中一般不溶于它所分散的介质，而始终以原来的晶体状态存在，因此它不能离开主要成膜物质（基料）而单独构成涂膜，故也称为次要成膜物质。颜料在涂料中的主要作用是使涂膜具有所需要的各种色彩和一定的遮盖力，对涂膜的性能也有一定的影响，如提供一定的机械强度、化学稳定性以强化保护作用等。

颜料的品种很多，各具有不同的性能和作用。在配置涂料时，根据所要求的不同性能，需要注意选用合适的颜料。颜料的分类方法包括以下几种。

（1）按来源可分为天然颜料和合成颜料；

（2）按化学成分可分为无机颜料和有机颜料；

（3）按其在涂膜中的作用可分为着色颜料、体质颜料（填料）、防锈颜料和特种颜料等。

涂料中最早使用的多是天然的无机颜料，现代涂料则广泛使用合成颜料，其中有机颜料发展较快，但仍以无机颜料为主。着色颜料是涂料中广泛应用的颜料类型，随着国民经济的发展，特种颜料将占有越来越重要的作用。

3.助剂

助剂，也称为涂料的辅助材料组分，不能单独成膜，而是在涂料成膜后作为涂膜中的一个组分而存在，在涂料配方中所占的份额较小，但却起着十分重要的作用。助剂的作用是对涂料或涂膜的某一特定方面的性能起改进作用。不同品种的涂料需要使用不同作用的助剂；即使是同一类型的涂料，由于其使用的目的、方法或性能要求的不同，也需要使用不同的助剂；一种涂料中可使用多种不同的助剂，以发挥其不同的作用。总之，助剂的使用是根据涂料和涂膜的不同要求而决定的。原始的涂料使用种类有限的助剂，现代的涂料则使用种类众多的助剂，而且涂料助剂在不断发展。

现代用作涂料助剂的物质包括多种有机和无机化合物，其中也包括聚合物。近几年品种有所增加。根据助剂对涂料和涂膜所起的作用，现代涂料所使用的助剂可分为以下四个类型：

（1）对涂料生产过程发生作用的助剂，如消泡剂、润湿剂、分散剂、乳化剂等；

（2）对涂料储存过程发生作用的助剂，如防结皮剂、防沉淀剂等；

（3）对涂料施工成膜过程发生作用的助剂，如催干剂、固化剂、流平剂、防流挂剂等；

（4）对涂膜性能发生作用的助剂，如增塑剂、消光剂、防霉剂、阻燃剂、防静电剂、紫外线吸收剂等。

助剂在涂料中使用时，虽然用量很少，但能起到显著的作用，因而助剂在涂料中的应用越来越受到重视，助剂的应用技术已成为现代涂料生产技术的重要内容之一。

4.溶剂或分散介质

溶剂或分散介质是不包括无溶剂涂料在内的各种液态涂料中所含有的、为使这些类型液态涂料完成施工过程所必需的一类组分。它原则上不构成涂膜，也不应存留在涂膜中。溶剂组分的作用是将涂料的成膜物质溶解或分散为液态，以易于施工成薄膜并且当施工后又能从薄膜中挥发至大气中，从而使薄膜形成固态的涂膜。溶剂组分通常是可挥发性液体，习惯上称为挥发分。这里所说的溶剂是广义上的概念，它既包括能溶解成膜物质的溶剂，又包括能稀释成膜物质溶液的稀释剂和能起分散作用的分散剂。现代的某些涂料中开发应用了一些既能溶解或分散成膜物质为液态又能在施工成膜过程中与成膜物质发生化学反应形成新的物质而留存于涂膜中的化合物，它们原则上也属于溶剂组分，统称为反应性溶剂或活性稀释剂。

现代很多化学品包括水、无机化合物和有机化合物都可以用为涂料的溶剂组分。其中以有机化合物品种最多，常用的有脂肪烃、芳香烃、醇、酯、醚、酮、萜烯、含氯有机物等，总称为有机溶剂。现代涂料中溶剂组分所占比例还是很大的，一般达到50%（体积比）。有的是在生产中加入，有的是在涂料施工时加入。溶剂品种的选用是根据涂料和涂膜的要求而确定的。一种涂料可以使用一个溶剂品种，也可使用多个溶剂品种。虽然溶剂组分的主要作用是将成膜物质变成液态的涂料，但它对涂料的生产、储存、施工和成膜，以及涂膜的外观和内在性能都能产生重要的影响，因此生产涂料时选择溶剂的品种和用量是不能忽视的。溶剂组分虽是制备液态涂料所必需的，但它在施工成膜以后要挥发掉，造成资源的损失；使用具有光化学反应性的溶剂，在涂料生产和施工过程中还会造成环境污染，危害人类健康，这些都是使用溶剂组分带来的严重问题。努力解决这些问题，是涂料发展的一个重要方向，目前已取得不少显著成果。

三、涂料的命名原则及型号

1.涂料的命名原则

我国国家标准GB/T 2705—2003中对涂料的命名原则规定如下。

（1）涂料全名一般是由颜色或颜料名称加上成膜物质名称，再加上基本名称（特性或专业用途）而组成。如红醇酸磁漆、锌黄酚醛防锈漆等。对于不含颜料的清漆，其全名一般是由成膜物质名称加上基本名称而组成。

（2）颜色名称通常由红、黄、蓝、白、黑、绿、紫、棕、灰等颜色，有时再加上深、中、浅（淡）等词构成。若颜料对漆膜性能起显著作用，则可用颜料的名称代替颜色的名称，例如铁红、锌黄、红丹等。

（3）成膜物质名称可作适当简化，例如聚氨基甲酸酯简化成聚氨酯，环氧树脂简化成环氧，硝酸纤维素（酯）简化为硝基等。漆基中含有多种成膜物质时，选取起主要作用的一种成膜物质命名。必要时也可选取两或三种成膜物质命名，主要成膜物质名称在前，次要成膜物质名称在后，例如红环氧硝基磁漆。

（4）基本名称表示涂料的基本品种、特性和专业用途，例如清漆、磁漆、底漆、锤纹漆、罐头漆、甲板漆、汽车修补漆等。

（5）在成膜物质名称和基本名称之间，必要时可插入适当词语来标明专业用途和特性等，例如白硝基球台磁漆、绿硝基外用磁漆、红过氯乙烯静电磁漆等。

（6）需烘烤干燥的漆，名称中（成膜物质名称和基本名称之间）应有“烘干”字样，例如银灰氨基烘干磁漆、铁红环氧聚酯酚醛烘干绝缘漆。如名称中无“烘干”词，则表明该漆是自然干燥，或自然干燥、烘烤干燥均可。

（7）凡双（多）组分的涂料，在名称后应增加“（双组分）”或“（三组分）”等字样，例如聚氨酯木器漆（双组分）。

2.涂料的型号

涂料的型号由三个部分组成：第一部分是成膜物质；第二部分是基本名称；第三部分是序号，以表示同类品种间的组成、配比或用途的不同。例如：C04-2，C代表成膜物质醇酸树脂，04代表基本名称磁漆（基本名称编号见表1-1），2是这类漆的序号。

辅助材料型号由两个部分组成：第一部分是种类；第二部分是序号。例如：F-2，F代表防潮剂，2则代表序号。辅助材料型号见表1-2。