涂料生產(chǎn)和色漆的制備培訓(xùn)教材課件

第5章涂料生產(chǎn)和色漆的制備樹脂（成膜物）+溶劑＝漆料；漆料+助劑＝清漆；清漆+顏料＝色漆；第5章涂料生產(chǎn)和色漆的制備樹脂（成膜物）+溶劑＝漆料15.1涂料的生產(chǎn)概述漆料制備——化學(xué)合成、溶解、煉制；顏料分散——潤(rùn)濕、研磨、穩(wěn)定；色漆配制——添加助劑、混合完成。5.1涂料的生產(chǎn)概述漆料制備——化學(xué)合成、溶解、2漆料生產(chǎn)直接作為漆料：醇酸樹脂、乳膠乳液等。需要溶解：環(huán)氧樹脂、硝基纖維素等。需要煉制：酯膠漆料、酚醛樹脂漆料等。漆料生產(chǎn)3醇酸樹脂生產(chǎn)醇解、酯化加溶劑稀釋脫水醇酸樹脂生產(chǎn)醇解、酯化加溶劑稀釋脫水4氨基樹脂生產(chǎn)氨基樹脂生產(chǎn)5

反應(yīng)釜

標(biāo)準(zhǔn)釜式反應(yīng)器

錐底釜式反應(yīng)器

反應(yīng)釜標(biāo)準(zhǔn)釜式反應(yīng)器錐底釜式6色漆配方設(shè)計(jì)程序顏料用量：依據(jù)漆膜的光澤和顏料的CPVC確定；計(jì)算顏料的PVC：散光遮蓋的最佳PVC：顏料粒子的空隙等于可見光的半倍波長(zhǎng)。確定工藝：研磨、分散、混合等。色漆配方設(shè)計(jì)程序顏料用量：依據(jù)漆膜的光澤和顏料的CPVC確定7白色酯膠磁漆的配方計(jì)算實(shí)例：鈦白粉顏料體積=221×0.32=70.72輕重碳酸鈣顏料體積=44×0.373=16.41顏料總體積=70.72+16.41=87.13涂料的PVC=87.13/（87.13+337.42）=20.52%白色酯膠磁漆的配方計(jì)算實(shí)例：鈦白粉顏料體積=221×0.328示例：常見色漆的PVC注意防銹顏料示例：常見色漆的PVC注意防銹顏料9白色磁漆配方實(shí)例成膜物顏料催干助劑溶劑白色磁漆配方實(shí)例成膜物顏料催干助劑溶劑10配方設(shè)計(jì)需要考慮的問題涂料的使用環(huán)境：戶外、室內(nèi)；

干燥環(huán)境、潮濕環(huán)境；

溫暖氣候、溫差變化較大的氣候；被涂物種類：木器（是否防水）、金屬（需要防腐）。被涂物加工性能：是否金屬加工。被涂物外觀要求：光澤、顏色（透明性）成本：市場(chǎng)可接受程度。配方設(shè)計(jì)需要考慮的問題涂料的使用環(huán)境：戶外、室內(nèi)；11

配方設(shè)計(jì)內(nèi)容成膜物的結(jié)構(gòu)：硬度、柔軟性、干燥速度顏料PVC：漆膜外觀要求、力學(xué)性能要求溶劑選擇和固體物含量：涂料施工粘度要求涂料生產(chǎn)工藝確定：漆料合成、顏料分散研磨、配漆配方設(shè)計(jì)內(nèi)容成膜物的結(jié)構(gòu)：硬度、柔軟性、干燥速度125.2顏料分散及穩(wěn)定根據(jù)德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（German

Standard

Organization）命名法，認(rèn)為顏料顆粒狀態(tài)可分為：原生顆粒（原始形態(tài)）、凝聚體和團(tuán)聚體。一般商品顏料顆粒是指比團(tuán)聚體還大的粒子，粒徑在250μm至750μm（相當(dāng)于通過60至200目篩）。色漆最終性能的好壞很大程度上取決于顏料均勻分散，持久穩(wěn)定、無凝聚、無沉降的效果。5.2顏料分散及穩(wěn)定根據(jù)德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（G13顏料形態(tài)原生顆粒（原始形態(tài)）凝聚體團(tuán)聚體5nm~1μm100μm250~750μm顏料形態(tài)原生顆粒（原始形態(tài)）凝聚體團(tuán)聚體5nm~1μm10014

一、顏料的分散過程顏料的分散過程分為相互影響、相互制約的三個(gè)過程潤(rùn)濕、研磨與分散（分離）、穩(wěn)定一、顏料的分散過程顏料的分散過程分為相互影響15

潤(rùn)濕的效果和速度取決于顏漆料的表面張力差與漆料的黏度。漆料的表面張力與黏度越小越容易潤(rùn)濕。1、潤(rùn)濕潤(rùn)濕的效果和速度取決于顏漆料的表面張力差162、研磨與分散（分離）將顏料原生顆粒從團(tuán)聚體分里開來的過程，該分離過程是通過施加在顏料上的剪切力或撞擊力來實(shí)現(xiàn)的。2、研磨與分散（分離）將顏料原生顆粒從團(tuán)聚體分里開來的過程，17提高剪切力可通過提高體系黏度和剪切速率來實(shí)現(xiàn)，在涂料工業(yè)上常用提高體系的內(nèi)相黏度來提高剪切力。內(nèi)相粘度來源于顏料。

τ=Dη剪切力剪切速率：決定于設(shè)備內(nèi)相粘度：決定于顏料分散提高剪切力可通過提高體系黏度和剪切速率來實(shí)現(xiàn)，在涂18

潤(rùn)濕過程需低黏度，分散過程需高黏度，如何平衡他們的要求。由門尼公式：

在體系中多加顏料少加成膜物來平衡潤(rùn)濕與分散對(duì)黏度的要求。潤(rùn)濕過程需低黏度，分散過程需高黏度，如何平衡他19

3、穩(wěn)定

顏料經(jīng)分散細(xì)分后，粒徑減小，表面積增大，顏料表面自由能也增加，造成細(xì)化的顏料不穩(wěn)定性。當(dāng)機(jī)械研磨能去除以后，顏料粒子會(huì)再凝集起來。為此需要對(duì)分散后的顏料進(jìn)行穩(wěn)定。

3、穩(wěn)定顏料經(jīng)分散細(xì)20所謂的穩(wěn)定就是使顏料顆粒處于準(zhǔn)穩(wěn)定態(tài)，即使顏料團(tuán)聚體經(jīng)分散、潤(rùn)濕后獲得的粒徑和粒徑分布應(yīng)該在涂料規(guī)定的儲(chǔ)存期內(nèi)保持不變。

所謂的穩(wěn)定就是使顏料顆粒處于準(zhǔn)穩(wěn)定態(tài)，即使顏料21

穩(wěn)定化是提高分散效率的關(guān)鍵之一，它要求潤(rùn)濕速度要大于或等于分散速度。如果小于分散速度，那就是部分已分離的初級(jí)粒子又聚集了，還需要再次分離，從而降低了研磨效率，延長(zhǎng)了研磨時(shí)間。

穩(wěn)定化是提高分散效率的關(guān)鍵之一，它要求潤(rùn)濕速22（1）電荷穩(wěn)定（水分散體系如：乳膠漆）：

使粒子表面帶電，形成雙電層，相互排斥，減少碰撞。穩(wěn)定的類型（1）電荷穩(wěn)定（水分散體系如：乳膠漆）：穩(wěn)定的類型23（2）立體保護(hù)穩(wěn)定（熵排斥）

電荷排斥機(jī)理在水性分散體系中比較重要，含鈣和鋅離子的肥皂能作為有效的顏料分散劑，通過金屬離子吸附在顏料表面，使其表面帶有離子電荷以達(dá)到穩(wěn)定的分散體系。然而，大多數(shù)情況下，在有機(jī)分散體系中熵排斥是更加重要的穩(wěn)定機(jī)理。

（2）立體保護(hù)穩(wěn)定（熵排斥）24熵排斥

形成較厚的吸附層，相互排斥。吸附層厚度達(dá)到8～9nm以上。只有溶劑存在時(shí)，吸附層太薄，可以添加表面活性劑可以增加厚度，但是單純使用表面活性劑(SAA:surfaceactiveagent)容易脫落，再添加聚合物使其形成厚度達(dá)50nm的吸附層，起到保護(hù)作用。熵排斥形成較厚的吸25

二、顏料分散體的穩(wěn)定機(jī)理

顏料分散體不穩(wěn)定的現(xiàn)象:

沉降、絮凝、粘度升高1、

顏料的沉降

沉降：是指在某種力場(chǎng)（重力、離心力）中利用分散相與連續(xù)相之間的密度差異使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)分離的過程。

二、顏料分散體的穩(wěn)定機(jī)理顏料分散26相關(guān)知識(shí)：沉降的利用沉降是化工分離工程中分離非均相混合物常用的一種方法。（1）收集分散物質(zhì)（2）凈化分散介質(zhì)（3）環(huán)境保護(hù)相關(guān)知識(shí)：沉降的利用沉降是化工分離工程中27

沉降對(duì)涂料的儲(chǔ)存、壽命是不利的，顏料在涂料中的沉降主要是重力沉降。可以利用斯托克斯沉降速度公式解釋涂料中的顏料沉降現(xiàn)象。從式中可看出：r（粒子半徑）↓，η↑，（ρ1-ρ2

）↓v↓粒子表面吸附低聚物和SAA，r增加，ρ1也減少。增加介質(zhì)的黏度如添加觸變劑和增稠劑沉降對(duì)涂料的儲(chǔ)存、壽命是不利的，顏料在28

2、顏料的絮凝絮凝會(huì)嚴(yán)重影響涂料的性能：（1）降低遮蓋力。（2）降低CPVC值，從而影響涂料的機(jī)械性能。（3）影響涂料的光澤。（4）絮凝會(huì)增加涂料的黏度，不利于流平。顏料顆粒間存在兩種作用力：一是吸引作用(范德華力）；二是排斥力，當(dāng)吸引力大于排斥力時(shí)，則顆粒發(fā)生絮凝或聚集。2、顏料的絮凝絮凝會(huì)嚴(yán)重影響涂料的性能：29粒子數(shù)半衰期：粒子數(shù)減半需要的時(shí)間式中k是常數(shù)，T是溫度，n0是初始粒子數(shù)。由顏料粒子的半衰期公式可見：η↑，t1/2↑，但是單提高黏度不足以穩(wěn)定涂料。能否使顏料顆粒穩(wěn)定關(guān)鍵是如何提高顏料顆粒間的斥力。增加雙電層厚度，使粒子排斥力大，不讓高能粒子碰撞進(jìn)入吸引區(qū)。粒子數(shù)半衰期：粒子數(shù)減半需要的時(shí)間式中k是常數(shù)，T是溫度，n30

立體保護(hù)作用中，吸附層越厚，分散體系越穩(wěn)定，所吸附的聚合物的結(jié)構(gòu)對(duì)立體保護(hù)效果有重要的影響。（1）分子量愈大，吸附層愈厚。（2）聚合物中的極性基團(tuán)不要連續(xù)排列，而要有一定的間隔。如：高醇解度聚乙烯醇平鋪在粒子表面，吸附層較薄。立體保護(hù)作用中，吸附層越厚，分散體系越31（3）溶劑：選擇不良溶劑，吸附聚合物密度高，吸附量大，穩(wěn)定性好。（3）溶劑：選擇不良溶劑，吸附聚合物密度高，吸32

3、貯存時(shí)黏度的上升針對(duì)顏料顆粒的“返粗”，在色漆的制備中必須采取“后穩(wěn)定化”措施。（1）低分子聚合物聚集，高分子脫附，使介質(zhì)粘度升高。（2）酸堿顏料的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致凝膠。（3）金屬顏料與酸反應(yīng)導(dǎo)致凝膠。（4）多聚磷酸鹽水解，失去螯合作用。3、貯存時(shí)黏度的上升針對(duì)顏料顆粒的33

4、表面活性劑的作用（1）潤(rùn)濕作用：降低介質(zhì)表面張力。（2）穩(wěn)定作用：產(chǎn)生吸附雙電層，陰離子和非離子活性劑配合形成的雙電層更加穩(wěn)定。（3）擠水顏料：直接將濕研磨的顏料加入油溶劑中，用表面活性劑處理使顏料進(jìn)入油相。4、表面活性劑的作用（1）潤(rùn)濕作用：降低介質(zhì)表面張力。34三、聚合物的保護(hù)作用與丹尼爾流動(dòng)點(diǎn)分析：（1）聚合物濃度低，沒有足夠的保護(hù)作用，吸附層薄。聚合物濃度高，低聚物吸附占有顏料表面，吸附層更薄。選擇合適的聚合物濃度。（2）粘度：增加體系粘度，剪切力大，有利于顏料分散。但顏料量多，外相粘度高，設(shè)備負(fù)荷大，而且聚合物濃度小不利于保護(hù)作用；顏料少，剪切力小，分散效果不好。（3）如何決定聚合物濃度和顏料量：丹尼爾點(diǎn)。三、聚合物的保護(hù)作用與丹尼爾流動(dòng)點(diǎn)分析：35V-研磨漿中顏料體積分?jǐn)?shù)；U-終極顏料體積分?jǐn)?shù)；V-研磨漿中顏料體積分?jǐn)?shù)；36丹尼爾流動(dòng)點(diǎn)

配制一系列不同濃度的成膜物溶液，取一定的顏料，然后滴加配好的溶液，同時(shí)進(jìn)行研磨，達(dá)到同一規(guī)定的黏度，測(cè)出該黏度下溶液與顏料體積之比值做圖，所得曲線的最低點(diǎn)為丹尼爾點(diǎn)，該點(diǎn)的濃度為最佳樹脂濃度。丹尼爾流動(dòng)點(diǎn)37

在丹尼爾點(diǎn)的右側(cè)，溶劑含量少，樹脂濃度高，粘度大不利于潤(rùn)濕和分散；在該點(diǎn)的左側(cè)，雖然外相黏度降低了，但聚合物吸附的少，容易發(fā)生絮凝。等粘度曲線最佳濃度點(diǎn)在丹尼爾點(diǎn)的右側(cè)，溶劑含量少，樹脂濃度高，粘度大不利于38

丹尼爾點(diǎn)測(cè)定中不出現(xiàn)最低點(diǎn)原因可能是該聚合物和溶劑的組合對(duì)該顏料不能獲得穩(wěn)定的顏料分散體系。解決的方案：（1）改變?nèi)軇海?）改變聚合物：增加分子質(zhì)量或增加極性基團(tuán)。（3）添加穩(wěn)定劑（分散劑）：DC分散劑等。其它方法：（1）塑性流變儀；（2）RedDevil振動(dòng)器法；（3）迫近法丹尼爾點(diǎn)測(cè)定中不出現(xiàn)最低點(diǎn)原因39

5.3顏料的分散設(shè)備和工藝顏料要實(shí)現(xiàn)較好的分散必須選擇合適的分散設(shè)備并配以合適的研磨料黏度。利用研磨設(shè)備進(jìn)行分散時(shí)，顏料聚集體的分離主要取決于三個(gè)因素：有效的分離區(qū)，作用于聚集體上的能量及研磨時(shí)間。

5.3顏料的分散設(shè)備和工藝顏料要40常用涂料分散設(shè)備1

、三輥機(jī)三輥機(jī)是典型的利用剪切力作用來分散顏料的，利用三輥機(jī)時(shí)要注意①溶劑應(yīng)為低揮發(fā)性的②冷卻降溫③在研磨料配方上應(yīng)考慮黏度受熱而下降。常用涂料分散設(shè)備1、三輥機(jī)41三輥機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖三輥機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖42涂料生產(chǎn)和色漆的制備培訓(xùn)教材課件432、球磨機(jī)球磨機(jī)利用剪切力和撞擊力來實(shí)現(xiàn)分離。2、球磨機(jī)球磨機(jī)利用剪切力和撞擊力來實(shí)現(xiàn)分離。44涂料生產(chǎn)和色漆的制備培訓(xùn)教材課件45涂料生產(chǎn)和色漆的制備培訓(xùn)教材課件46

3、砂磨機(jī)3、砂磨機(jī)47涂料生產(chǎn)和色漆的制備培訓(xùn)教材課件484、高速盤式分散機(jī)4、高速盤式分散機(jī)49涂料生產(chǎn)和色漆的制備培訓(xùn)教材課件50工作原理工作原理51

5.4色漆的制備組成：成膜材料（基料）、溶劑、顏料、助劑?；希恨D(zhuǎn)化型：油脂、油基樹脂、醇酸樹脂、氨基樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、熱固性丙烯酸樹脂。非轉(zhuǎn)化型：纖維素改性聚合物、氯化橡膠、乙烯樹脂、丙烯酸酯類。5.4色漆的制備組成：成膜材料（基料）、溶52色漆的制備步驟球磨（分散）調(diào)稀調(diào)漆色漆的制備步驟球磨（分散）調(diào)稀調(diào)漆53

研磨終點(diǎn)的判斷及注意問題

(1)細(xì)度扳測(cè)定法涂料細(xì)度測(cè)定法GB/T1724-1979研磨終點(diǎn)的判斷及注意問題54

測(cè)定方法：

1.將符合產(chǎn)品試樣，取出數(shù)滴，滴入溝槽最深部位，即刻度值最大部位。

2.以雙手持刮刀，橫置于刻度值最大部位(在試樣邊緣處)使刮刀與刮板表面垂直接觸。在3秒鐘內(nèi)，將刮刀由最大刻度部位向刻度最小部位拉過。

3.立即(不得超過5秒鐘)使視線與溝槽平面成15°～30°角，對(duì)光觀察溝槽中斷痕處，并記下相應(yīng)的刻度值。

測(cè)定方法：55（2）通過遮蓋力和著色強(qiáng)度來反映（3）調(diào)稀中的問題：用純?nèi)軇┤菀桩a(chǎn)生絮聚。（4）配色工序：使用計(jì)算機(jī)配色調(diào)制。（2）通過遮蓋力和著色強(qiáng)度來反映（3）調(diào)稀中的問題：用純?nèi)軇?6附：液體及涂膜的一般性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

1、涂料的分類與命名

GB-T2705-1992涂料產(chǎn)品分類命名和型號(hào)

2、液體涂料的黏度

GB-T1723-1993涂料粘度測(cè)定法

GB-T9269-1988建筑涂料粘度的測(cè)定斯托默粘度計(jì)法

3、貯存穩(wěn)定性

GB-T6753.3-1986涂料貯存穩(wěn)定性試驗(yàn)方法

附：液體及涂膜的一般性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)1、涂料的分類與命名57

4、遮蓋力

GB/T1726-1979(1989)涂料遮蓋力測(cè)定法

5、干燥時(shí)間

GB/T1733-1993漆膜干燥時(shí)間的測(cè)定法

6、漆膜厚度

GB/T1764-1979漆膜厚度測(cè)定法

7、漆膜硬度