功能涂料與粘結(jié)劑化學

功能涂料與粘結(jié)劑化學第1頁/共71頁涂料在我國俗稱“漆”。我國對生漆的使用已有四千年歷史，《髹飾錄》序言中寫道：

“漆之為用也，始于書竹簡，而舜作食器，黑漆之。禹作祭器，黑漆其外，朱畫其內(nèi)。與此有其貢。周至于東，漆飾欲多焉?！钡?頁/共71頁涂料的定義：涂料是一種涂覆在物體（被保護和裝飾的對象）表面并能形成牢固附著的連續(xù)薄膜的配套性工程材料。

涂料是一種流動態(tài)物質(zhì)，通過簡單施工方法，并經(jīng)干燥或固化，在物體表面牢固覆蓋一層均勻的薄膜，這樣的流動態(tài)物質(zhì)稱為涂料。

涂料可以是液態(tài)或粉末狀態(tài)。第3頁/共71頁

（一）涂料的發(fā)展史一般可分為三個階段：

1、天然成膜物質(zhì)的使用；

2、涂料工業(yè)的形成；

3、合成樹脂涂料的生產(chǎn)一、涂料的發(fā)展歷史第4頁/共71頁1.天然成膜物質(zhì)的使用

中國是世界上使用天然成膜物質(zhì)涂料最早的國家之一。春秋時代（公元前770年～公元前476年）就掌握了熬煉桐油制造涂料的技術(shù)。戰(zhàn)國時代（公元前475～公元前221年）能用桐油和大漆復配涂料。此后，該項技術(shù)陸續(xù)傳入朝鮮、日本及東南亞各國,并得到發(fā)展。到了明代(1368～1644年),中國漆器技術(shù)達到高峰。17世紀以后，中國的漆器技術(shù)和印度的蟲膠（紫膠）涂料逐漸傳入歐洲。第5頁/共71頁18世紀涂料工業(yè)開始形成。亞麻仁油熟油的大量生產(chǎn)和應用，促使清漆和色漆的品種迅速發(fā)展。

1773年，英國韋廷公司搜集出版了很多用天然樹脂和干性油煉制清漆的工藝配方。1790年，英國創(chuàng)立了第一家涂料廠。在19世紀，涂料生產(chǎn)開始擺脫了手工作坊的狀態(tài)，很多國家相繼建廠，法國在1820年、德國在1830年、奧地利在1843年、日本在1881年都相繼建立了涂料廠。19世紀中葉，涂料生產(chǎn)廠家直接配制適合施工要求的涂料，即調(diào)合漆。從此，涂料配制和生產(chǎn)技術(shù)才完全掌握在涂料廠中，推動了涂料生產(chǎn)的大規(guī)模化。第一次世界大戰(zhàn)期間，中國涂料工業(yè)開始萌芽，1915年開辦的上海開林顏料油漆廠是中國第一個涂料生產(chǎn)廠。2.涂料工業(yè)的形成第6頁/共71頁19世紀中期，隨著合成樹脂的出現(xiàn)，涂料成膜物質(zhì)發(fā)生了根本的變革，形成了合成樹脂涂料時期。

1855年，英國人A.帕克斯取得了用硝酸纖維素（硝化棉）制造涂料的專利權(quán)，建立了第一個生產(chǎn)合成樹脂涂料的工廠。

1909年，美國化學家L.H.貝克蘭試制成功醇溶性酚醛樹脂。

1925年硝酸纖維素涂料的生產(chǎn)達到高潮。與此同時，酚醛樹脂涂料也廣泛應用于木器家具行業(yè)。

1927年，美國通用電氣公司的R.H.基恩爾突破了植物油醇解技術(shù)，發(fā)明了用干性油脂肪酸制備醇酸樹脂的工藝，醇酸樹脂涂料迅速發(fā)展為主流的涂料品種，擺脫了以干性油和天然樹脂混合煉制涂料的傳統(tǒng)方法，開創(chuàng)了涂料工業(yè)的新紀元。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，合成樹脂涂料品種發(fā)展很快。

3.合成樹脂涂料時期第7頁/共71頁

在20世紀40年代后期，美、英、荷（殼牌公司）、瑞士（汽巴公司）首先生產(chǎn)環(huán)氧樹脂，為發(fā)展新型防腐蝕涂料和工業(yè)底漆提供了新的原料。

50年代初，性能廣泛的聚氨酯涂料在聯(lián)邦德國拜耳公司投入工業(yè)化生產(chǎn)。

1950年，美國杜邦公司開發(fā)了丙烯酸樹脂涂料，逐漸成為汽車涂料的主要品種，并擴展到輕工、建筑等部門。第二次世界大戰(zhàn)后,丁苯膠乳過剩,美國積極研究用丁苯膠乳制造水乳膠涂料。

20世紀50～60年代，又開發(fā)了聚醋酸乙烯酯膠乳和丙烯酸酯膠乳涂料，這些都是建筑涂料的最大品種。

1952年聯(lián)邦德國克納薩克.格里賽恩公司發(fā)明了乙烯類樹脂熱塑粉末涂料。殼牌化學公司開發(fā)了環(huán)氧粉末涂料。

1961年美國福特汽車公司開發(fā)了電沉積涂料，并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。第8頁/共71頁此外，1968年聯(lián)邦德國拜耳公司首先在市場出售光固化木器漆。乳膠涂料、水溶性涂料、粉末涂料和光固化涂料，使涂料產(chǎn)品中的有機溶劑用量大幅度下降，甚至不使用有機溶劑，開辟了低污染涂料的新領域。在50～60年代，隨著電子技術(shù)和航天技術(shù)的發(fā)展,以有機硅樹脂為主的元素有機樹脂涂料發(fā)展迅速，在耐高溫涂料領域占據(jù)重要地位。這一時期開發(fā)并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的還有雜環(huán)樹脂涂料、橡膠類涂料、乙烯基樹脂涂料、聚酯涂料、無機高分子涂料等品種。第9頁/共71頁

為配合合成樹脂涂料的推廣應用，涂裝技術(shù)也發(fā)生了根本性變化。

20世紀50年代，高壓無空氣噴涂在造船工業(yè)和鋼鐵橋梁建筑中推廣，大大提高了涂裝的工作效率。

靜電噴涂是60年代發(fā)展起來的，它適用于大規(guī)模流水線涂裝，促進了粉末涂料的進一步推廣。

電沉積涂裝技術(shù)是60年代適應于水溶性涂料的出現(xiàn)而發(fā)展的，尤其在超過濾技術(shù)解決了電沉積涂裝的廢水問題后，進一步擴大了應用領域。

（二）涂裝技術(shù)第10頁/共71頁

七十年代以來，由于石油危機的沖擊，涂料工業(yè)向節(jié)省資源、能源，減少污染、有利于生態(tài)平衡和提高經(jīng)濟效益的方向發(fā)展。高固體涂料、水型涂料、粉末涂料和輻射固化涂料的開發(fā)，是其具體表現(xiàn)。九十年代初，世界發(fā)達國家進行了“綠色革命”，對涂料工業(yè)是個挑戰(zhàn)，促進了涂料工業(yè)向“綠色”涂料方向大步邁進。以工業(yè)涂料為例，在北美和歐洲，1992年常規(guī)溶劑型涂料占49%，到2000年降為26%；水性涂料、高固體份涂料、光固化涂料和粉末涂料由1992年的51%增加到2002年的74%。

今后，涂料工業(yè)的技術(shù)發(fā)展將主要體現(xiàn)在“四化”

——水性化、粉末化、高固體份化和光固化。

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在水性涂料中，乳膠涂料占絕對優(yōu)勢，此外，水分散體涂料在木器、金屬涂料領域的技術(shù)、市場發(fā)展很快。水性涂料重要的研究方向有以下幾個方面：①成膜機理的研究。這方面的研究主要是改善涂膜的性能；

②施工應用的研究。③水性聚氨酯涂料。這是近年來迅速發(fā)展的一類水性涂料。它除具有一般聚氨酯涂料所固有的高強度、耐磨等優(yōu)異性能外，且對環(huán)境無污染，中毒和著火的危險性小。由于水性聚氨脂樹脂分子內(nèi)存在氨基甲酸酯鍵，所以水性聚氨酯涂料的柔韌性、機械強度、耐磨性、耐化學藥品及耐久性等都十分優(yōu)異，歐、美、日均將其視為高性能的現(xiàn)代涂料品種大力研究開發(fā)。

（1）涂料的水性化第12頁/共71頁（2）涂料的粉末化

在涂料工業(yè)中，粉末涂料屬于發(fā)展最快的一類。由于世界上出現(xiàn)了嚴重的大氣污染，環(huán)保法規(guī)對污染控制日益嚴格，要求開發(fā)無公害、省資源的涂料品種。因此，無溶劑、100%地轉(zhuǎn)化成膜、具有保護和裝飾綜合性能的粉末涂料，便因其具有獨有的經(jīng)濟效益和社會效益而獲得飛速發(fā)展。

第13頁/共71頁粉末涂料制造工藝超臨界流態(tài)化色彩多樣化專用產(chǎn)品高端化涂裝薄膜化第14頁/共71頁

在環(huán)境保護措施日益強化的情況下，高固體份涂料有了迅速發(fā)展。采用脂肪族多異氰酸酯和聚己內(nèi)酯多元醇等低粘度聚合物多元醇，可制成固體份高達100%的聚氨酯涂料。該涂料各項性能均佳，施工性好。用低粘度IPDI三聚體和高固體份羥基丙烯酸樹脂或聚酯樹脂配制的雙組份熱固性聚氨酯涂料，其固體含量可達70%以上，且粘度低，便于施工，室溫或低溫可固化，是一種非常理想的高裝飾性高固體份聚氨酯涂料。

目錄（3）涂料的高固體份化第15頁/共71頁高固體分涂料VOC高固體分涂料節(jié)約大量有機溶劑

降低環(huán)境污染

避免中毒與火災

提高效率、降低成本

使用傳統(tǒng)生產(chǎn)與施工設備第16頁/共71頁（4）涂料的光固化

光固化涂料也是一種不用溶劑、節(jié)省能源的涂料，最初主要用于木器和家具等產(chǎn)品的涂飾，目前在木質(zhì)和塑料產(chǎn)品的涂裝領域開始廣泛應用。在歐洲和發(fā)達國家，光固化涂料市場潛力大，很受大企業(yè)青睞，主要是流水作業(yè)的需要，美國現(xiàn)約有700多條大型光固化涂裝線，德國、日本等大約有40%的木質(zhì)或塑料包裝物采用光固化涂料。最近又開發(fā)出聚氨酯丙烯酸光固化涂料，它是將有丙烯酸酯端基的聚氨酯齊聚物溶于活性稀釋劑（光聚合性丙烯酸單體）中而制成的。它既保持了丙烯酸樹脂的光固化特性，也具有特別好的柔性、附著力、耐化學腐蝕性和耐磨性。

第17頁/共71頁二、行業(yè)發(fā)展趨勢世界涂料工業(yè)發(fā)展，正在本著力求符合“5E”原則的方向發(fā)展，即EnergyEconomyEfficiencyEcologyExcellence第18頁/共71頁1、涂料工業(yè)的行業(yè)發(fā)展趨勢企業(yè)向?qū)I(yè)化、規(guī)?；?、集團化方向發(fā)展產(chǎn)品向高科技含量、高質(zhì)量、多功能方向發(fā)展

品種向環(huán)保型、節(jié)能型方向發(fā)展

產(chǎn)品逐步走出國門，參與國際競爭

第19頁/共71頁2、涂料工業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢傳統(tǒng)低固體分涂料水性涂料粉末涂料高固體分涂料光固化涂料第20頁/共71頁3、當前涂料工業(yè)的發(fā)展第21頁/共71頁2003年世界十大油漆生產(chǎn)企業(yè)①阿克蘇·諾貝爾（AKZONOBEL，荷蘭）——來威漆②龐貝捷③宣威（美國）④卜內(nèi)門（ICI，英國）——多樂士⑤杜邦（Dupon，美國）⑥巴斯夫（BASF，德國）⑦華仕伯（）⑧式馬卡龍（SigmaKalon，歐洲第二大裝飾涂料生產(chǎn)商）⑨立邦（Nippon）⑩關西（日本）第22頁/共71頁最早進入中國的涂料公司▲立邦（NIPPON，日本）▲ICI（ImperialChemicalIndustries，英國帝國化學工業(yè)集團）——卜內(nèi)門化學工業(yè)有限公司▲阿克蘇·諾貝爾（AKZONOBEL，荷蘭）第23頁/共71頁2002年中國大陸地區(qū)涂料公司年銷售額(億)①立邦涂料公司（大陸地區(qū)）：21.395億人民幣②廣州珠江化工集團有限公司：6.565③卜內(nèi)門太古漆油有限公司（大陸地區(qū)）：5.967④山東樂化集團有限公司：5.272⑤上海國際油漆有限公司：4.751⑥PPG涂料（天津）有限公司：4.307⑦廣東華潤涂料有限公司：4.123⑧上海涂料有限公司：3.827⑨海虹老人牌涂料（昆山）有限公司：3.826⑩湖南汀湘江涂料集團有限公司：3.769第24頁/共71頁世界涂料產(chǎn)量（截止2007年前）▲世界涂料需求增速：3.5%/年；▲1997-2000年增速：1.9%/年；▲世界涂料總量：2880萬噸（2007年）；▲世界涂料產(chǎn)值增幅：5%/年；▲世界涂料產(chǎn)值：830億美元（2007年）；▲增長最快的地區(qū)：亞太地區(qū)（除日本外）；▲亞洲需求最大國家：中國。第25頁/共71頁中國及其他地區(qū)涂料（截止2007年前）▲中國需求增速：6.4%/年；▲中國市場需求：285萬噸（2007年）；▲日本需求增速：1.4%/年；▲日本市場需求：205萬噸（2007年）；▲北美和西歐需求增速：低于世界平均水平；▲北美和西歐需求：占世界總量的近一半（2007）▲北美需求增速：2.7%/年；▲北美市場需求：815萬噸（2007年）；▲西歐需求增速：2.3%/年；▲西歐市場需求：603萬噸（2007年）。第26頁/共71頁■中國涂料行業(yè)概況2000年，中國涂料市場表觀需求額為299.86億元；三資企業(yè)所占份額30%；國有、集體、股份制、私有企業(yè)等所占份額56.8%；進口所占份額由1998年的10.5%上升為2000年的13.2%。三資企業(yè)和進口已成為推動中國涂料市場發(fā)展的重要力量。2000年，中國共有涂料企業(yè)4200多家2000年，中國涂料產(chǎn)量超過200萬噸（有關部門估計約為280萬噸）。涂料產(chǎn)量居世界第四位。第27頁/共71頁1.裝飾作用用色彩來裝飾我們的環(huán)境，是人類的天性，并伴隨著人類及其社會整個發(fā)展過程。由于涂料很容易配出成千上百種顏色，色彩豐富；涂層既可以做到平滑光亮，也可以做出各種立體質(zhì)感的效果。三、涂料作用第28頁/共71頁2.保護作用金屬材料，尤其是鋼鐵，容易受到環(huán)境中腐蝕性介質(zhì)、水分和空氣中氧的侵蝕和腐蝕；木材易受潮氣、微生物的作用而腐爛；塑料會受光和熱的作用而降解；混凝土易風化或受化學品的侵蝕，因此材料需要用涂層來保護。第29頁/共71頁3.標志作用標志作用是利用色彩的明度和反差強烈的特性，引起人們警覺，避免危險事故發(fā)生，保障人們的安全。有些公共設施，如醫(yī)院、消防車、救護車、郵局等，也常用色彩來標示，方便人們辨別。第30頁/共71頁4.特殊作用（1）力學功能：耐磨涂料、潤滑涂料等；（2）熱功能：耐高溫涂料、阻燃涂料等；（3）電磁學功能：導電涂料、防靜電涂料等；（4）光學功能：發(fā)光涂料、熒光涂料等；（5）生物功能：防污涂料、防霉涂料等；（6）化學功能：耐酸、堿等化學介質(zhì)涂料。第31頁/共71頁（一）標準分類（依據(jù)成膜物質(zhì)的不同，共分18大類）三、涂料的分類硝化棉第32頁/共71頁續(xù)表涂料分類第33頁/共71頁續(xù)表涂料分類第34頁/共71頁輔助材料分類序號代號名稱序號代號名稱1X稀釋劑4T脫漆劑2F防潮劑5H固化劑3G催干劑第35頁/共71頁（二）習慣分類1.按儲存組分數(shù)分類分為：單組分漆和多組分漆。2.根據(jù)組成特點分類1）根據(jù)成膜物質(zhì)用油和樹脂的含量分為：油性漆和樹脂漆。2）根據(jù)溶劑的特點分為：溶劑型漆、無溶劑型漆、水性漆等。3.根據(jù)透明度與顏色分類分為：透明清漆、有色透明清漆、有色不透明彩色漆（實色漆）等。第36頁/共71頁4.按施工功用分類分為膩子或填孔劑、著色劑、頭度底漆、二度底漆等。

膩子1稠厚、2稀薄，均含有大量體質(zhì)顏料著色劑底著色或涂層著色頭度底漆起封閉作用；有利于滲入木材；二度底漆打底材料，構(gòu)成漆膜主體，含有大量填料

面漆罩面，對涂飾外觀起重要作用。第37頁/共71頁5.按光澤分類 分為：亮光漆和亞光漆（包括半亞和全亞）等。6.按成膜固化機理分類 分為：揮發(fā)型漆、非揮發(fā)型漆、光敏漆、電子束固化型漆。(二)習慣分類第38頁/共71頁▲按施工方法分類刷用漆、噴漆、烘漆、電泳漆等?！赐苛献饔梅诸惙冷P漆、防火漆、耐高溫漆等?！从猛痉诸惤ㄖ苛稀⑵囃苛?、卷材涂料、罐頭涂料、塑料涂料、木器涂料、紙張涂料、油墨等。第39頁/共71頁

四、涂料組成

涂料由主要成膜物質(zhì)(即基料)、次要成膜物質(zhì)和輔助成膜物質(zhì)組成。主要成膜物質(zhì)是自身能形成致密涂膜的物質(zhì)，是涂料中不可缺少的成分，涂膜的性質(zhì)主要由它所決定，又稱為基料。第40頁/共71頁次要成膜物質(zhì)：自身不能形成完整涂膜的物質(zhì)，但能與主要成膜物質(zhì)一起參與成膜，賦予涂膜色彩或某種功能，也能改變涂膜的物理力學性能。次要成膜物質(zhì)包括顏料、填料、功能性材料添加劑。輔助成膜物質(zhì)包括溶劑、稀釋劑和助劑。第41頁/共71頁主要成膜物質(zhì)是液體涂料中決定漆膜性能的主要成分，是一些涂于制品表面能夠干結(jié)成膜的材料。可以作為涂料成膜物質(zhì)的主要原料，早年是用植物油（桐油、亞麻油、豆油等），近年主要是用合成樹脂（醇酸樹脂、聚氨酯、不飽和聚酯等）。第42頁/共71頁樹脂桐油亞麻油豆油天然樹脂：蟲膠、松香人造樹脂：硝化棉、松香衍生物合成樹脂：酚醛、醇酸、聚酯、聚氨酯等油脂有機成膜物質(zhì)無機成膜物質(zhì)原硅酸乙酯堿性硅酸鹽等第43頁/共71頁五、涂料應用領域①建筑涂料②油漆③汽車涂料④木器涂料⑤粉末涂料⑥船舶涂料⑦特種涂料

防腐防靜電防火絕緣納米氟碳釔涂料特種涂料第44頁/共71頁（1）涂裝技術(shù)與工藝陰極電泳涂裝工藝粉末靜電噴涂反滲透技術(shù)機械人噴涂技術(shù)高紅外快速固化技術(shù)靜電噴涂工藝涂料技術(shù)發(fā)展趨勢第45頁/共71頁（2）有關輔助方面的發(fā)展趨勢涂料輔料涂料用顏料其它添加劑計算機的應用第46頁/共71頁（3）涂料

（A）防腐涂料防腐涂料綠色化高性能及多功能化

第47頁/共71頁(B)、建筑涂料技術(shù)高固體分涂料水性涂料粉末涂料輻射固化涂料超耐候性涂料功能性涂料第48頁/共71頁(C)、汽車涂料☆需求量大☆需求多樣化，花色品種變化頻繁

☆方向為水性涂料、粉末涂料以及高固體分涂料

第49頁/共71頁(D)、特種涂料防污涂料陰極電泳涂料保溫涂料氟炭涂料第50頁/共71頁（E）功能性涂料涂料除有保護裝飾功能外，還要滿足各種特定條件下的特定要求功能，這類涂料稱為“特種功能涂料”。特種功能涂料在特定條件下顯示熱、聲、光、電磁、機械、生化、屏蔽等方面一種或幾種以上的特殊功能。第51頁/共71頁特種功能涂料耐高溫腐蝕的涂料防火涂料示溫涂料導電、磁性、液晶涂料阻尼涂料防霉、殺菌、滅蟲涂料潤滑、耐磨、防滑涂料耐核幅射涂料隱身涂料艦船防污涂料飛機、航空器涂料熱與高溫性能涂料電、磁、光、聲、機械性能涂料特定條件下的功能涂料第52頁/共71頁

在古羅馬，工匠們用木材浸在醋和粘土漿液中，已達到防火的目的。第53頁/共71頁防火涂料

防火涂料又稱：阻燃涂料，施涂于可燃基料表面，用以改變材料表面燃燒特性，阻滯火災蔓延；或用以提高構(gòu)件耐火極限的涂料。第54頁/共71頁防火涂料基料：硅酸鹽、磷酸鹽、氧化銅、磷酸元素有機樹脂、焦油系樹脂、丁苯乳液、叔碳乳液；顏、填料：鈦白粉+銻白粉、酞箐系顏料；溶劑：水、200#汽油、甲苯、二甲苯、酮及酯類。助劑及特殊添加劑：

1脫水劑2成碳劑

3發(fā)泡劑4阻燃劑防火涂料第55頁/共71頁膨脹型防火涂料的防火機理：墻面防火涂料發(fā)生火災受熱炭化、膨脹第56頁/共71頁示溫涂料第57頁/共71頁熱變色材料是當今世界研究的熱點。1938年,德國由于戰(zhàn)爭需要研發(fā)出最早示溫涂料。20世紀40年代,前蘇聯(lián)、英、美、法、德研發(fā)出了高溫單色不可逆的示溫涂料。此后，為滿足飛機發(fā)動機需要，出現(xiàn)多色可逆示溫涂料。日本主要研發(fā)低溫示溫涂料。自20世紀80年代以來，國外熱變色材料趨向低溫可逆，應用范圍擴大到日常生活的各個領域。國內(nèi)高校（浙江大學、復旦大學等）相繼開始示溫涂料的研制。示溫涂料的發(fā)展

第58頁/共71頁示溫涂料概述

示溫涂料是指當涂層被加熱到一定溫度后發(fā)生顏色的變化或其他現(xiàn)象變化來指示物體表面溫度分布的涂料，也稱變色涂料、熱敏涂料。主要用于飛機發(fā)動機、武器等。受熱第59頁/共71頁

例如：某一反應，溫度是產(chǎn)品質(zhì)量的重要影響因素，可在反應釜表面涂刷“可逆示溫涂料”。溫度高于上限溫度再次恢復原色溫度下降低于上限溫度第60頁/共71頁多變色可逆示溫涂料示例t=95℃t=24℃t=45℃t=91℃CuCl2·2H2OCoCl2·6H2OMgCl2·6H2OAl2