第一章　涂料配方設計總論

第一節　涂料基本知識

涂料是指用特定的施工方法涂覆到物體表面后，經固化在物體表面形成美觀而有一定強度的連續性保護膜，或者形成具有某種特殊功能的涂膜的一類精細化工產品。涂料涂覆到物體表面可起到保護作用、裝飾作用、標志作用及其他特殊用途。

一、涂料的分類

涂料的應用十分廣泛，涉及日常生活、國民經濟及國防建設等方方面面，目前涂料產品近千種。涂料的分類方法很多，通常有以下幾種分類方法：

（1）按涂料的形態可分為水性涂料、溶劑型涂料、粉末涂料等；

（2）按成膜物質可分為醇酸樹脂漆、環氧樹脂漆、聚氨酯漆、酚醛樹脂漆、氯化橡膠漆、硝基漆、過氯乙烯漆等；

（3）按功能可分為裝飾涂料、防腐涂料、導電涂料、防銹涂料、耐高溫涂料、示溫涂料、隔熱涂料、防火涂料、防水涂料等；

（4）按用途可分為建筑涂料、罐頭涂料、汽車涂料、飛機涂料、家電涂料、木器涂料、橋梁涂料、塑料涂料、紙張涂料等；

（5）家用油漆可分為內墻涂料、外墻涂料、木器漆、金屬用漆、地坪漆等；

（6）按施工方法可分為刷涂涂料、噴涂涂料、輥涂涂料、浸涂涂料、電泳涂料等；

（7）按施工工序可分為底漆、中涂漆（二道底漆）、面漆、罩光漆等。

在本書中，主要以涂料的形態分類進行配方設計的闡述。

二、涂料的組成

對涂料而言，除粉末涂料外，溶劑型涂料和水性涂料都由成膜物質、溶劑或分散介質、顏料及助劑組成，而粉末涂料中不含有液態的溶劑或分散介質。

1.成膜物質

成膜物質是組成涂料的基礎，故而又稱為基料，是使涂料牢固附著于被涂物件表面上形成連續薄膜并黏結涂料中其他組分的主要物質，對涂料和涂膜的性質起決定性作用。早期的涂料以天然的植物油和漆樹液為成膜物質，所以被稱為油漆。近半個世紀以來，隨著聚合物領域的發展，對聚合物的合成、性能和結構有了較系統深入的研究，合成樹脂品種日益增多和成熟，合成樹脂逐漸成為涂料主要的成膜物質。作為涂料成膜物質的合成樹脂需具備的基本特征是能夠經過施工形成薄層的涂膜，并為涂膜提供所需要的各種性能。此外，合成樹脂還須與涂料中其他組分混溶，形成均勻的分散體。具備這些特性的化合物都可用為成膜物質。它們的形態可以是液態的，也可以是固態的。

用作涂料成膜物質的合成樹脂種類越來越多，分類方法也較多，按成膜前后結構是否發生變化，合成樹脂分為熱塑性樹脂和熱固性樹脂兩類。

（1）熱塑性樹脂　合成樹脂在涂料成膜過程中組成結構不發生變化，即在涂膜中可以檢測出合成樹脂的原有結構，這類合成樹脂稱為熱塑性樹脂。它們具有熱塑性，受熱軟化，冷卻后變硬，多具有可溶解性。由此類合成樹脂構成的涂膜具有與原結構同樣的化學結構，也是可溶可熔的。屬于熱塑性合成樹脂的品種有：①天然樹脂，包括來源于植物的松香（樹脂狀低分子化合物），來源于動物的蟲膠，來源于礦物的天然瀝青和來源于化石的琥珀、柯巴樹脂等；②天然聚合物的加工產品，如硝基纖維素、氯化橡膠等；③合成的線型聚合物，如過氯乙烯樹脂、氯乙酸乙烯樹脂等。用于涂料的熱塑性樹脂與用于塑料、纖維、橡膠或黏合劑的同類品種，組成、分子量和性能都不相同，應按涂料的要求而制成。

（2）熱固性樹脂　合成樹脂在成膜過程中組成結構發生變化，即合成樹脂形成與其原來組成結構完全不同的涂膜，這類合成樹脂稱為熱固性樹脂。它們都具有能發生化學反應的官能團，在熱、氧、光照或其他物質的作用下能夠聚合成與原來組成結構不同的、不溶不熔的聚合物，即熱固性聚合物，因而所形成的涂膜是熱固性的，通常具有網狀結構。屬于這類成膜物質的品種有：①干性油和半干性油醇酸樹脂；②天然漆和漆酚，也屬于活性基團的低分子化合物；③低分子化合物的加成物或反應物，如多異氰酸酯的加成物；④合成聚合物，如酚醛樹脂、醇酸樹脂、聚氨酯預聚物、丙烯酸酯低聚物等。

隨著樹脂合成技術的發展，多種新型聚合物如基團轉移聚合物、互穿網絡聚合物等不斷被開發出來，它們具有優異的性能。現代涂料很少使用單一品種作為成膜物質，而經常采用互相補充或互相改性的幾種樹脂，以適應多方面的性能要求。隨著科學技術的發展，將會有更多品種的合成材料應用為涂料的成膜物質。

2.顏料

顏料是一種微細的粉末狀的物質，在使用過程中一般不溶于它所分散的介質，而始終以原來的晶體狀態存在，因此它不能離開主要成膜物質（基料）而單獨構成涂膜，故也稱為次要成膜物質。顏料在涂料中的主要作用是使涂膜具有所需要的各種色彩和一定的遮蓋力，對涂膜的性能也有一定的影響，如提供一定的機械強度、化學穩定性以強化保護作用等。

顏料的品種很多，各具有不同的性能和作用。在配置涂料時，根據所要求的不同性能，需要注意選用合適的顏料。顏料的分類方法包括以下幾種。

（1）按來源可分為天然顏料和合成顏料；

（2）按化學成分可分為無機顏料和有機顏料；

（3）按其在涂膜中的作用可分為著色顏料、體質顏料（填料）、防銹顏料和特種顏料等。

涂料中最早使用的多是天然的無機顏料，現代涂料則廣泛使用合成顏料，其中有機顏料發展較快，但仍以無機顏料為主。著色顏料是涂料中廣泛應用的顏料類型，隨著國民經濟的發展，特種顏料將占有越來越重要的作用。

3.助劑

助劑，也稱為涂料的輔助材料組分，不能單獨成膜，而是在涂料成膜后作為涂膜中的一個組分而存在，在涂料配方中所占的份額較小，但卻起著十分重要的作用。助劑的作用是對涂料或涂膜的某一特定方面的性能起改進作用。不同品種的涂料需要使用不同作用的助劑；即使是同一類型的涂料，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劑；一種涂料中可使用多種不同的助劑，以發揮其不同的作用。總之，助劑的使用是根據涂料和涂膜的不同要求而決定的。原始的涂料使用種類有限的助劑，現代的涂料則使用種類眾多的助劑，而且涂料助劑在不斷發展。

現代用作涂料助劑的物質包括多種有機和無機化合物，其中也包括聚合物。近幾年品種有所增加。根據助劑對涂料和涂膜所起的作用，現代涂料所使用的助劑可分為以下四個類型：

（1）對涂料生產過程發生作用的助劑，如消泡劑、潤濕劑、分散劑、乳化劑等；

（2）對涂料儲存過程發生作用的助劑，如防結皮劑、防沉淀劑等；

（3）對涂料施工成膜過程發生作用的助劑，如催干劑、固化劑、流平劑、防流掛劑等；

（4）對涂膜性能發生作用的助劑，如增塑劑、消光劑、防霉劑、阻燃劑、防靜電劑、紫外線吸收劑等。

助劑在涂料中使用時，雖然用量很少，但能起到顯著的作用，因而助劑在涂料中的應用越來越受到重視，助劑的應用技術已成為現代涂料生產技術的重要內容之一。

4.溶劑或分散介質

溶劑或分散介質是不包括無溶劑涂料在內的各種液態涂料中所含有的、為使這些類型液態涂料完成施工過程所必需的一類組分。它原則上不構成涂膜，也不應存留在涂膜中。溶劑組分的作用是將涂料的成膜物質溶解或分散為液態，以易于施工成薄膜并且當施工后又能從薄膜中揮發至大氣中，從而使薄膜形成固態的涂膜。溶劑組分通常是可揮發性液體，習慣上稱為揮發分。這里所說的溶劑是廣義上的概念，它既包括能溶解成膜物質的溶劑，又包括能稀釋成膜物質溶液的稀釋劑和能起分散作用的分散劑。現代的某些涂料中開發應用了一些既能溶解或分散成膜物質為液態又能在施工成膜過程中與成膜物質發生化學反應形成新的物質而留存于涂膜中的化合物，它們原則上也屬于溶劑組分，統稱為反應性溶劑或活性稀釋劑。

現代很多化學品包括水、無機化合物和有機化合物都可以用為涂料的溶劑組分。其中以有機化合物品種最多，常用的有脂肪烴、芳香烴、醇、酯、醚、酮、萜烯、含氯有機物等，總稱為有機溶劑。現代涂料中溶劑組分所占比例還是很大的，一般達到50%（體積比）。有的是在生產中加入，有的是在涂料施工時加入。溶劑品種的選用是根據涂料和涂膜的要求而確定的。一種涂料可以使用一個溶劑品種，也可使用多個溶劑品種。雖然溶劑組分的主要作用是將成膜物質變成液態的涂料，但它對涂料的生產、儲存、施工和成膜，以及涂膜的外觀和內在性能都能產生重要的影響，因此生產涂料時選擇溶劑的品種和用量是不能忽視的。溶劑組分雖是制備液態涂料所必需的，但它在施工成膜以后要揮發掉，造成資源的損失；使用具有光化學反應性的溶劑，在涂料生產和施工過程中還會造成環境污染，危害人類健康，這些都是使用溶劑組分帶來的嚴重問題。努力解決這些問題，是涂料發展的一個重要方向，目前已取得不少顯著成果。

三、涂料的命名原則及型號

1.涂料的命名原則

我國國家標準GB/T 2705—2003中對涂料的命名原則規定如下。

（1）涂料全名一般是由顏色或顏料名稱加上成膜物質名稱，再加上基本名稱（特性或專業用途）而組成。如紅醇酸磁漆、鋅黃酚醛防銹漆等。對于不含顏料的清漆，其全名一般是由成膜物質名稱加上基本名稱而組成。

（2）顏色名稱通常由紅、黃、藍、白、黑、綠、紫、棕、灰等顏色，有時再加上深、中、淺（淡）等詞構成。若顏料對漆膜性能起顯著作用，則可用顏料的名稱代替顏色的名稱，例如鐵紅、鋅黃、紅丹等。

（3）成膜物質名稱可作適當簡化，例如聚氨基甲酸酯簡化成聚氨酯，環氧樹脂簡化成環氧，硝酸纖維素（酯）簡化為硝基等。漆基中含有多種成膜物質時，選取起主要作用的一種成膜物質命名。必要時也可選取兩或三種成膜物質命名，主要成膜物質名稱在前，次要成膜物質名稱在后，例如紅環氧硝基磁漆。

（4）基本名稱表示涂料的基本品種、特性和專業用途，例如清漆、磁漆、底漆、錘紋漆、罐頭漆、甲板漆、汽車修補漆等。

（5）在成膜物質名稱和基本名稱之間，必要時可插入適當詞語來標明專業用途和特性等，例如白硝基球臺磁漆、綠硝基外用磁漆、紅過氯乙烯靜電磁漆等。

（6）需烘烤干燥的漆，名稱中（成膜物質名稱和基本名稱之間）應有“烘干”字樣，例如銀灰氨基烘干磁漆、鐵紅環氧聚酯酚醛烘干絕緣漆。如名稱中無“烘干”詞，則表明該漆是自然干燥，或自然干燥、烘烤干燥均可。

（7）凡雙（多）組分的涂料，在名稱后應增加“（雙組分）”或“（三組分）”等字樣，例如聚氨酯木器漆（雙組分）。

2.涂料的型號

涂料的型號由三個部分組成：第一部分是成膜物質；第二部分是基本名稱；第三部分是序號，以表示同類品種間的組成、配比或用途的不同。例如：C04-2，C代表成膜物質醇酸樹脂，04代表基本名稱磁漆（基本名稱編號見表1-1），2是這類漆的序號。

輔助材料型號由兩個部分組成：第一部分是種類；第二部分是序號。例如：F-2，F代表防潮劑，2則代表序號。輔助材料型號見表1-2。