涂料化学与工艺学习题及解答

1.涂料用合成树脂的特点： （1）分子量理论上，分子量愈高，机械性能、耐老化、耐磨性能愈高。应用与施工上，考虑溶解性、相容性、粘度、对颜料的润湿性等因素，分子量过高是不利的。一般，热塑性树脂如纤维素漆，乙烯类，丙烯酸酯，橡胶类涂料，分子量可高些，但要小于其作为塑料、橡胶、纤维是的分子量。热固性树脂，如环氧涂料，聚氨酯类，施工前合成较低分子量的预聚物，施工后，通过预聚物官能团间进行固化交联反应。1.涂料用合成树脂的特点： （2）结构：包括化学结构和聚集态结构。涂料是多组分，多相体系，影响因素多，但也有规律可循： a、 分子链中引入不对称苯环，可提高玻璃化温度，从而提高漆膜强度。但含苯环，不耐光，易泛黄。所以双酚A环氧树脂漆易粉化，而脂环族环氧树脂的耐候性好，同理，脂肪族聚氨酯耐候性也好于芳香族PU。 b、分子链中引入极性基团，利用提高附着力。 羟基，羧基，氨基等可提高漆膜的交联密度。 c、利用共聚合等方法可避免漆膜成膜过程中结晶。涂料树脂大多要求透明，并有一定柔韧性，结晶结构是不利的。（3）合成方法从机理看，主要采用逐步聚合，自由基聚合和共聚合反应从实施方法看，主要是乳液聚合和溶液聚合，另外还有种子聚合和核壳聚合。为满足多方面性能的要求，涂料树脂的合成往往同时存在多种反应机理。如苯乙烯改性醇酸树脂：逐步聚合+自由基聚合。1什么是涂料，它有哪些主要作用？（1）转换型（反应型）涂料：成膜工程中有化学反应，形成网状交联结构，相当于热固性聚合物气干型：常温下交联固化，如醇酸树脂涂料烘烤型：高温下交联固化，如氨基漆。（2）非转换型：成膜过程仅是溶剂挥发，未发生化学反应，是热塑性聚合物，如硝基漆，氯化橡胶漆等。2 、从溶剂分：（1）有溶剂涂料：水性涂料，溶剂型涂料（溶剂含量低的为高固体份涂料）（2）无溶剂涂料：粉末涂料、光敏涂料，干性油涂料3、从颜料分：清漆和色漆。色漆又按颜料品种、颜色分类。4、从用途分：建筑涂料，汽车涂料，卷材涂料，罐头涂料，塑料涂料，纸张涂料，油墨等。5、从施工顺序分:面漆,底漆（1）名称涂料全名=颜料或颜色名称+成膜物质名称+基本名称。若颜料对漆膜性能起显著作用，则用颜料名称代替颜色。（2）如果含多种成膜物质，选取起主要作用的一种命名，如涂料中松香改性酚醛树脂，酚醛占树脂总量的50%以上时，为酚醛漆类；当酚醛占50%以下时，为天然树脂漆类。（3）选取两种成膜物命名，占主要地位者列在前面，如 环氧硝基磁漆（4）某些具有专业用途或特殊性能的产品，可在成膜物后加以说明。如醇酸导电磁漆，白硝基外用磁漆。3.涂料用合成树脂有哪些主要特点？4.试述涂料的基本组成与各组成的主要作用。从组成上看，涂料一般包含四大组分：成膜物质、溶剂（分散介质）、颜（填）料和各类涂料助剂。 成膜物质：也称粘结剂或基料，是连续相，也是是涂料中最主要成分，无成膜物的不能称为涂料。对涂料的保护和机械性能等起主要作用。一般为有机材料，成膜前可为聚合物或低聚物，成膜后形成聚合物膜颜填料是涂料中的次要成膜物质，但它不能离开主要成膜物质（涂料树脂）而单独构成涂膜。颜料是一种不溶于成膜物质的有色矿物质或有机物质。0.210um。遮盖、赋色为主要作用，另外还有增强，赋予特殊性能如改善流变性，降低成本等溶剂：在涂料中起到溶解或分散成膜物质及颜（填）料的作用，以满足各种油漆施工工艺的要求，其用量在50%(V/V)左右。溶剂（或分散介质）并非成膜物质，它可以帮助施工和成膜，涂料涂覆与表面后，溶剂应基本挥发尽。助剂：在涂料中的用量很少，约10-3(w/w),但作用很大，不可或缺。5颜料按用途可分为哪三种？按用途可分为三种：体质颜料、着色颜料、防锈颜料。 体质颜料： 也称为填料、增量剂、惰性颜料，主要用来增加涂层厚度，提高耐磨性和机械强度。 着色颜料：可赋予涂层美丽的色彩，具有良好的遮盖性，可以提高涂层的耐日晒性、耐久性和耐气候变化等性能。 防锈颜料：这种颜料可使涂层具有良好的防锈能力，延长寿命，它是防锈底漆的主要原料。按来源颜料可分为有机颜料和无机颜料，无机颜料又可分为天然无机颜料和人造无机颜料。按照作用分（白色颜料），着色颜料，惰性颜料，功能颜料6现代涂料助剂主要有哪四大类？各举两例（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，如防沉剂、稳定剂，防结皮剂等； （3）对涂料施工过程起作用的助剂，如流平剂、消泡剂、催干剂、防流挂剂等； （4）对涂膜性能产生作用的助剂，如增塑剂、消光剂、阻燃剂、防霉剂等。7涂料的发展史一般可分为哪三个阶段？ （1）天然成膜物质的使用； （2）涂料工业的形成；（3）合成树脂涂料的生产8今后十年，涂料工业的技术发展将主要体现在哪“四化”？ 水性化、粉末化、高固体份化和光固化n 共聚合反应：涂料用的成膜物大多是共聚物，共聚合反应是对成膜物改性的重要手段，有如下重要作用：（1）调节Tg：例如PMMA Tg=105 ，用于涂料成膜物太脆，且溶解性差，聚丙烯酸丁酯Tg=-56，用于成膜物漆膜不能干燥而发粘。将两者的单体共聚，则可得到Tg适中的共聚物。（2）改善聚合物的附着力：加入含有-OH 、NH2 或-COOH的共聚单体，以改善涂料对底材的附着力。 例如，在丙烯酸涂料中所用的丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸甲酯共聚物中常加入少量第三单体（如丙烯酸）以改善附着力（易与基材表面氧原子或氢氧基团等发生氢键作用，因而有较强吸附力）（3）引入反应性基团：对于热固性涂料（烤漆），其成膜物中需要有一定的活性反应基团，例如-OH 、NH2等，在聚酯中常加入三羟甲基丙烷、季戊四醇等与其他二元醇共聚，得到线型的侧链含羟基的聚酯。丙烯酸羟乙酯，羟甲基丙烯酰胺等则常用于丙烯酸酯类的共聚。（4）改善聚合物的化学性质MMA与其他单体共聚，可以改善其热降解性能PVAc易水解，用VAc与叔碳酸乙烯酯共聚合，有优异的耐水解性能。（5）改善溶解性能 为制备水溶性成膜物，常常在聚合物中引入各种含羧基的单体，例如在烯类聚合物中引入丙烯酸，甲基丙烯酸，马来酸酐等单体。 在聚酯中也常用偏苯三酸作为共聚单体，其结果是在聚合物中含有一定量的羧基。（6）成膜物的功能化对于具有特殊用途的涂料，将成膜物功能化是一个重要方法，例如将含有有机锡的单体和其他单体共聚，可得到具有防污能力的成膜物。醇酸树脂合成实例1、短油度椰子油醇酸树脂的合成（1）配方及核算：原料用量/kg分子量摩尔数/kmol精制椰子油66295%甘油苯酐148油内甘油  油内脂肪酸  3×油度127.862/（127.86279.310148.018）38醇超量（3×0.8182×1.000）/(2×平均官能度2×(2×1+3×0.193)/（0.818+0.193+1+3×不易凝胶。2）合成工艺 将精制椰子油及甘油得60加入反应釜，升温，同时通CO2，120时加入黄丹，； 用2h升温至220，保温醇解至无水甲醇容忍度达到5(即在250C，1ml醇解油中加入3ml无水甲醇体系仍透明。)。 降温到180，加入剩余甘油，用20min加入苯酐； 停通N2，从油水分离器加入单体总量6%的二甲苯； 在2h内升温至195200，保温2h； 取样测酸值、黏度。当酸值约8 mgKOH/g（树脂）、粘度（加氏管）达到10s，停止加热，出料到兑稀罐，110加二甲苯，过滤，收于储罐。50中油度苯甲酸季戊四醇醇酸树脂的合成（1）单体配方及核算：原料用量/kg分子量摩尔数/kmol双漂豆油879漂梓油846苯甲酸122季戊四醇136苯酐148豆油中甘油  豆油中脂肪酸  3×梓油中甘油  梓油中脂肪酸  3×回流二甲苯  ×18） 50醇超量（4×0.69242×1.0000.5546）/(2×1.0000.5546)平均官能度2×(2×1+0.5546+3×0.2886+3×+0.0333+0.5546+3×0.0333+3×0.288+0.6924+1.000） 不易凝胶。（2）合成工艺 将双漂豆油、漂梓油加入反应釜,开慢速搅拌，升温，同时通CO2，120时加入0.03的LiOH； 升温至220，逐步加入季戊四醇，再升温至240醇解，保温醇解至醇解物：95乙醇(25 )1：35达到透明。 降温到200220，分批加入苯酐，加完后停通CO2； 加入单体总量5%的回流二甲苯； 在200220保温回流反应3h； 抽样测酸值达10mgKOH/g、黏度（加氏管）达到10s为反应终点。如果达不到，继续保温，每30min抽样复测； 酸值、黏度达标后即停止加热，出料到兑稀罐，120加200号汽油兑稀，冷却至50过滤，收于储罐供配漆使用。、中油度豆油季戊四醇醇酸树脂的合成（1）单体配方及核算：原料用量/kg分子量摩尔数/kmol豆油酸285季戊四醇136苯酐148×18） 55 醇超量（4×1.0162×1.0001.073）/(2×1.0001.073)平均官能度2×(2× 不易凝胶。2）合成工艺 将豆油酸、季戊四醇、苯酐和回流二甲苯（单体总量的8）全部加入反应釜，通入少量CO2，开慢速搅拌，用1h升温至180；保温1h； 用1h升温至200220，保温2h，抽样测酸值达10mgKOH/g、粘度（加氏管）达到10s为反应终点。如果达不到，继续保温，每30min抽样复测； 达到终点后，停止加热，冷却后将树脂送入已加入二甲苯（固体分55）的兑稀罐中； 搅拌均匀（30min），8090过滤，收于贮罐。四、改性醇酸树脂 除了脂肪酸、多元醇、二元酸外，另外加入其他组分的醇酸树脂，称为改性醇酸树脂。1、改性目的（1）醇酸树脂涂料涂膜干燥缓慢，硬度低 , 耐水性、耐腐蚀性差, 户外耐候性不佳等，需要通过改性来满足性能要求。（2）醇酸树脂具有很好的涂刷性、润湿性和初始装饰性, 通过改性把优点赋予其他成膜物。2、改性方法三种（1）两种聚合物共混如硝基纤维素与醇酸树脂共混，大大改善了硝基纤维素的性质。注意：与一般烯类聚合物如聚丙烯酸酯类难混合，可在烯类聚合物中共聚进带N的碱性单体（如乙烯基吡啶），通过碱基团与醇酸树脂中的-COOH作用以增加混溶性。（2）烯类单体与醇酸树脂中的双键共聚例如：st改性醇酸树脂，比例为50：50，可降低成本，增加耐水性，大量苯环使干燥速度增加，