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幾種常用涂料配方設計介紹
2019年12月27日    閱讀量:8735    新聞來源:中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站  |  投稿
01引言

涂料是一種多組分的體系,是一種配方產品,不能夠單獨作為材料使用,必須涂于基材表面或者是與被涂物件一起使用,并且要根據底材的種類、使用的環境及使用目的等很多因素而對涂料提出不同的要求,而涂料的諸多性能都是由涂料的配方決定的。


配方中不同的組分及不同含量都會對涂料的性能產生很大影響,這就需要我們來對涂料的配方設計進行研究,研究不同組分及不同含量在涂料配方中的作用效果。


涂料的用途多種多樣,如保護、裝飾及標志等作用,而這些作用主要依據涂料的配方展示出來,對于涂料配方的設計也有一定的原則,也需要考慮很多的因素,主要包括:


1)涂料的性能要求涂料在線coatingol.com。如光澤、顏色;各種耐性;機械性能;使用環境及其他特殊功能等;


2)顏填料。需要考慮顏填料的遮蓋力、著色力、密度、吸油量、表面極性、細度、耐候性、耐光性及有害元素含量等;


3)溶劑。考慮對樹脂的溶解能力、溶解參數、相對揮發速率、沸點、毒性等;


4)助劑。考慮與體系的相容性、互相之間的配伍性和毒性;


5)底材特性。不同底材的特性考慮因素不同,鋼鐵、木材、塑料、混凝土等;底材的表面張力,表面處理;


6)原料成本。滿足客戶對產品價格的要求;


7)配方參數。即涂料中各組分的比例,如顏基比、固體分、黏度等;


8)施工方法。對配方設計的影響。如噴涂、輥涂、uV固化、刷涂、電泳及施工現場環境條件。


02環氧涂料及其配方設計

環氧涂料是指以環氧樹脂為主要成膜物質制備的涂料,其固化方式主要是以化學反應方式成膜的,涂料中的環氧樹脂及其改性聚合物可通過自動氧化聚合、自由基引發聚合、能量引發聚合(輻射固化)、縮聚固化、氫轉移聚合和催化聚合6種化學反應方式進行交聯固化成膜。環氧涂料配方設計在同系涂料中采用2種或2種以上固化機理替代單一的固化機理,很好地設計出性能優異的環氧涂料品種,成膜方式的多樣化為環氧涂料的品種的創新及涂料性能預測的深入研究奠定了一定的基礎。


目前,設計者正在研究不同固化反應機理的協同融合條件,不斷提高成膜效率和涂膜品質,用固化成膜機理來對環氧涂料的配方進行設計,展示出配方設計的概括陛、理論指導性及實踐的可操作性。


1.1 環氧涂料配方設計的內容


1.1.1 創新

即是改進和提升現有產品性能,就是要在原有產品的基礎上,在不改變原有產品良好性能的基礎上對配方進行適當的改善,以得到性能更加優異的品種,同時還要避免與同質產品的競爭。


1.1.2 開發適應性的配方涂料新品種

隨著現代企業對涂料要求的提高,不同的應用領域及不同的保護部位都要采用不同的涂料品種,這就要求我們不斷地開發新產品,以滿足不同的需求,實行配套使用。


1.1.3 開發具有自主知識產權的涂料

涂料性能的突破是以創新為基礎的,這就需要研發新的成膜物、顏填料及助劑,從而創造出新的具有自主知識產權的新品種涂料。


1.1.4 底材及其表面處理

對于涂料性能來說,最基本的是看涂料成膜后與底材的附著力,而這種性能不僅僅與涂料本身的性能有關,而且與底材也有很大的關系,即使是同一種底材,通過一定處理后,也會很大地提升涂料的某些性能,主要表現為附著能力的改善。


1.1.5 涂料的使用環境

對于涂料的選擇而言,使用環境是至關重要的,對于不同的使用環境,涂料的性能會有很大的不同,所以在選擇涂料之前,一定要考慮涂料使用的環境,是室內還是室外,是干燥的環境還是潮濕的環境,是在腐蝕環境下使用還是在一般大氣中使用等,這些因素一定要一一考慮清楚再做選擇。


對配方設計的選擇不僅只考慮上述因素,還要考慮很多參數,如濕度包括干燥、潮濕、浸水等;接觸化學藥品,如酸、堿、溶劑、鹽霧等;還有輻射、生物污染等。


1.2 環氧涂料配方設計

涂料的配方設計有很多種方法,目前我們應用較多的方法主要有如下幾種。


1.2.1 分步法

分步法是傳統的配方設計方法,也是目前使用最多的方法,主要是按照基料、固化劑、活性稀釋劑、溶劑、顏填料及助劑的先后順序對各個組分進行篩選,確定各組分后,再進行試驗驗證,并由實驗室確定最終配方及工藝,進行中試生產,經過使用后符合要求,最終投入成批生產。此法是比較成熟的設計配方的方法,大多數的涂料配方都是通過此法設計生產的。


1.2.2 拳比法

參比法又稱對比法,主要是用于對涂料配方的改進,通過與原產品的對比,制備出性能更加優異的品種,對配方的改進其實是一個創新的過程,需要設計者運用創新的思維及技術對配方進行創新。


1.2.3 逆向法

逆向法也是應用較多的一種配方設計的方法,此法主要是直接針對涂料的使用性能要求,來對配方進行設計,所以又稱倒置法,此法并不對涂料組分進行選擇試驗,而是利用理論知識及技術經驗對涂料性能要求進行分析,然后確定出基礎配方,然后再對其進行性能檢測,根據檢測結果再對配方進行優化,最終確定配方。此法可以大量縮短配方設計的時間,提高效率。


1.2.4 經驗法

類似于逆向法,是根據涂裝要求和使用要求,利用經驗給出配方設計的基本路線、試驗方案和基本組成,再根據出現的問題進行分析,調整配方內容,最終確定配方,得到滿意的涂料使用效果。設計者利用這些方法制備出了很多種環氧涂料;


A、有利用分步法對無溶劑的環氧涂料進行配方設計,按照環氧樹脂類型、固化劑、活性稀釋劑、顏填料的順序對配方的各個組分進行選擇,確定最佳配方,同時探討了所使用的腰果酚改性胺為固化劑的固化機理并考察了硅烷偶聯劑對涂膜性能的影響;


B、有的利用對比優選法就涂料的耐磨性進行配方設計,影響耐磨性的主要因素是耐磨填料、固化劑種類及固化程度,對各個成分進行分析選擇,最終確定了耐磨涂料的最優配方;


C、有的制備了一種有機硅改性環氧樹脂雙組分耐磨涂料,并利用響應曲面法優化了涂料的配方,達到最優效果;吳有的利用傳統的分步法對配方進行設計,主要從酚醛環氧樹脂的選擇、固化劑的選擇、顏填料的選擇以及助劑、溶劑的選擇上做了優化配套,設計出可常溫固化、性能優良的耐溫防腐涂料配方。


D、利用傳統分步法對環氧自流平地坪涂料的配方進行設計,并介紹了涂料的施工工藝,同時對施工中出現的問題進行了分析解決;


E、采用環氧樹脂乳液和固化劑為水性環氧涂料的主要成膜物質,考察了環氧值與胺氫值的物質的量比、涂料固含量、消泡劑用量及固化時間對涂膜性能的影響,最終得到最優配方;


F、以液體環氧樹脂為基料樹脂,以水性胺為固化劑,以聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蠟為膨脹阻燃體系,以納米TiO、可膨脹石墨為增效劑,以復合鐵鈦粉為防銹顏料,制備了鋼結構用超薄型防火防腐涂料。


由此可見,環氧涂料的配方設計還是以傳統的分步法為主,雖然不能說傳統的方法不好,但是畢竟存在缺點,現在已經產生了很多新的配方設計方法,如計算機法,此法可以節省大量的時間,而且能夠對涂料的生產流程進行控制,通過計算機對涂料進行配色更加高效,這些優勢是傳統方法所沒有的,所以設計者要創新,就要善于學習應用最新的配方設計方法,從而研發新品種涂料。


03聚氨酯涂料及其配方

聚氨酯涂料是指以聚氨酯樹脂為主要成膜物質,再配以顏填料、溶劑、助劑等輔助材料制備的涂料,聚氨酯涂料具有較高的強度、較強的耐磨性、優良的附著力、良好的耐油性、耐酸堿性、耐水性及耐化學藥品性等優良性能。


此外,節省能源是聚氨酯涂料的突出特點。聚氨酯涂料的這些優良性能和它的結構是密切相關的,聚氨酯樹脂的大分子中含有大量的氨酯鍵,能夠在大分子之間形成氫鍵,而由于氫鍵的存在,使得分子之間的內聚力增大,提高了聚氨酯的抗撕裂強度,也就使得聚氨酯涂料的涂膜具有很高的機械耐磨性和韌性。


聚氨酯樹脂可以和很多品種的樹脂混溶,這樣就使得涂膜的韌性可以根據需要進行調節;聚氨酯的成膜溫度可高可低,施工節能;還可以制成各種狀態的涂料,如水性、溶劑型、粉末及灌裝涂料等。


基于聚氨酯涂料的優良性能,對其研究也頗受關注,但是由于聚氨酯涂料所用的樹脂是聚氨酯樹脂,其具有氨味,危害健康、污染環境,如果制備溶劑型聚氨酯涂料,所使用的溶劑也是易揮發、氣味大的溶劑,同樣危害人體健康、污染大氣,這就要求制備無污染的聚氨酯涂料,目前人們主要制備的有粉末型的及水性的聚氨酯涂料。


04丙烯酸樹脂涂料及其配方

丙烯酸樹脂涂料是指以丙烯酸樹脂為主要成膜物質而制備的涂料,丙烯酸樹脂和涂料應用十分廣泛,因此在設計配方的時候首先要考慮樹脂的應用對象,配方的設計程序如下:


1)確定樹脂的類型,熱塑性、熱固性還是雙組分型;


2)確定樹脂用來制備何種涂料;


3)確定樹脂的合成方法;


4)確定設計的樹脂和涂料要達到的使用要求及施工工藝;


5)根據涂料產品的性能來選擇單體;


6)對選擇的單體反應能力進行分析,選擇易于聚合的單體進行反應;


7)確定聚合反應的工藝條件;


8)模擬單體配比,進行樹脂的合成;


9)根據單體配比合成的結果,對單體配方進行調整試驗;


10)確定樹脂合成的工藝規程,包括聚合方法、樹脂配方、聚合工藝、樹脂的質量指標等,通過分析計算和大量的試驗進行驗證。


由于丙烯酸涂料的這些優良的性能,已經應用于很多領域,如汽車裝飾、家電、金屬、卷材、機械儀表、建筑等諸多領域,而對于丙烯酸涂料的配方設計,主要的影響因素就是樹脂的合成,樹脂的不同合成方法及其合成條件都會很大程度影響涂料的性能,所以在制備丙烯酸涂料的時候,一定要注意樹脂的合成條件。目前的丙烯酸樹脂涂料主要朝改性方向發展,以制備出性能更加優良的品種。



05結語

涂料的配方設計不僅僅是各種組分的混合,還需要考慮很多的因素,而對于不同的涂料影響的因素也是不同的,設計者需要對于涂料的品種,涂料的使用環境及使用要求等諸多因素進行全面的考慮研究,制備性能優良的涂料品種,滿足客戶對其性能及施工要求。同時涂料的創新主要是基于所用基料(即樹脂)的創新,需要不斷研發新的改性樹脂產品、助劑等,用以制備出新的涂料品種。


總之,涂料的配方設計也是一門學問,需要設計者不斷地研究創新,以制備出符合時代發展的新品種。





標簽:工業涂料工程建筑涂料原材料涂裝應用技術中心
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