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几种常用涂料配方设计介绍

来源:未知 作者:admin 时间:2013-05-25 点击:
导读:涂料是一种复杂的混合物,其配方设计需要考虑很多因素,基于不同因素的考虑,配方也是多种多样的,对于配方的设计也需要遵循一定的原则及方法,而且涂料的品种繁多,对于不同的涂料配方的设计也是不同的,所表现出来的功能也是各异,本文主要介绍几种常用涂料
几种常用涂料配方设计介绍

裴秀君,张卢青,张书香,王仁振
(济南大学化学化工学院,济南250022)

0 引言
涂料是一种多组分的体系,是一种配方产品,不能够单独作为材料使用,必须涂于基材表面或者是与被涂物件一起使用,并且要根据底材的种类、使用的环境及使用目的等很多因素而对涂料提出不同的要求,而涂料的诸多性能都是由涂料的配方决定的,配方中不同的组分及不同含量都会对涂料的性能产生很大影响,这就需要我们来对涂料的配方设计进行研究,研究不同组分及不同含量在涂料配方中的作用效果。涂料的用途多种多样,如保护、装饰及标志等作用,而这些作用主要依据涂料的配方展示出来,对于涂料配方的设计也有一定的原则,也需要考虑很多的因素,主要包括:
1)涂料的性能要求。如光泽、颜色;各种耐性;机械性能;使用环境及其他特殊功能等;
2)颜填料。需要考虑颜填料的遮盖力、着色力、密度、吸油量、表面极性、细度、耐候性、耐光性及有害元素含量等;
3)溶剂。考虑对树脂的溶解能力、溶解参数、相对挥发速率、沸点、毒性等;
4)助剂。考虑与体系的相容性、互相之间的配伍性和毒性;
5)底材特性。不同底材的特性考虑因素不同,钢铁、木材、塑料、混凝土等;底材的表面张力,表面处理;
6)原料成本。满足客户对产品价格的要求;
7)配方参数。即涂料中各组分的比例,如颜基比、固体分、黏度等;
8)施工方法。对配方设计的影响。如喷涂、辊涂、uV固化、刷涂、电泳及施工现场环境条件。

1. 环氧涂料及其配方设计
环氧涂料是指以环氧树脂为主要成膜物质制备的涂料,其固化方式主要是以化学反应方式成膜的,涂料中的环氧树脂及其改性聚合物可通过自动氧化聚合、自由基引发聚合、能量引发聚合(辐射固化)、缩聚固化、氢转移聚合和催化聚合6种化学反应方式进行交联固化成膜。环氧涂料配方设计在同系涂料中采用2种或2种以上固化机理替代单一的固化机理,很好地设计出性能优异的环氧涂料品种,成膜方式的多样化为环氧涂料的品种的创新及涂料性能预测的深入研究奠定了一定的基础,目前,设计者正在研究不同固化反应机理的协同融合条件,不断提高成膜效率和涂膜品质,用固化成膜机理来对环氧涂料的配方进行设计,展示出配方设计的概括陛、理论指导性及实践的可操作性 。
1.1 环氧涂料配方设计的内容
1.I.1 创新
即是改进和提升现有产品性能,就是要在原有产品的基础上,在不改变原有产品良好性能的基础上对配方进行适当的改善,以得到性能更加优异的品种,同时还要避免与同质产品的竞争。
1.I.2 开发适应性的配方涂料新品种
随着现代企业对涂料要求的提高,不同的应用领域及不同的保护部位都要采用不同的涂料品种,这就要求我们不断地开发新产品,以满足不同的需求,实行配套使用。
I.1.3 开发具有自主知识产权的涂料
涂料性能的突破是以创新为基础的,这就需要研发新的成膜物、颜填料及助剂,从而创造出新的具有自主知识产权的新品种涂料。
1.1.4 底材及其表面处理
对于涂料性能来说,最基本的是看涂料成膜后与底材的附着力,而这种性能不仅仅与涂料本身的性能有关,而且与底材也有很大的关系,即使是同一种底材,通过一定处理后,也会很大地提升涂料的某些性能,主要表现为附着能力的改善。
1.1.5 涂料的使用环境
对于涂料的选择而言,使用环境是至关重要的,对于不同的使用环境,涂料的性能会有很大的不同,所以在选择涂料之前,一定要考虑涂料使用的环境,是室内还是室外,是干燥的环境还是潮湿的环境,是在腐蚀环境下使用还是在一般大气中使用等,这些因素一定要一一考虑清楚再做选择。
对配方设计的选择不仅只考虑上述因素,还要考虑很多参数,如湿度包括干燥、潮湿、浸水等;接触化学药品,如酸、碱、溶剂、盐雾等;还有辐射、生物污染等。
1.2 环氧涂料配方设计
涂料的配方设计有很多种方法,目前我们应用较多的方法主要有如下几种。
1.2.1 分步法
分步法是传统的配方设计方法,也是目前使用最多的方法,主要是按照基料、固化剂、活性稀释剂、溶剂、颜填料及助剂的先后顺序对各个组分进行筛选,确定各组分后,再进行试验验证,并由实验室确定最终配方及工艺,进行中试生产,经过使用后符合要求,最终投入成批生产。此法是比较成熟的设计配方的方法,大多数的涂料配方都是通过此法设计生产的。
1.2.2 拳比法
参比法又称对比法,主要是用于对涂料配方的改进,通过与原产品的对比,制备出性能更加优异的品种,对配方的改进其实是一个创新的过程,需要设计者运用创新的思维及技术对配方进行创新。
1-2_3 逆向法
逆向法也是应用较多的一种配方设计的方法,此法主要是直接针对涂料的使用性能要求,来对配方进行设计,所以又称倒置法,此法并不对涂料组分进行选择试验,而是利用理论知识及技术经验对涂料性能要求进行分析,然后确定出基础配方,然后再对其进行性能检测,根据检测结果再对配方进行优化,最终确定配方。此法可以大量缩短配方设计的时间,提高效率。
1.2.4 经验法
类似于逆向法,是根据涂装要求和使用要求,利用经验给出配方设计的基本路线、试验方案和基本组成,再根据出现的问题进行分析,一一调整配方内容,最终确定配方,得到满意的涂料使用效果。设计者利用这些方法制备出了很多种环氧涂料,郭超群等【3I就是利用分步法对无溶剂的环氧涂料进行配方设计,按照环氧树脂类型、固化剂、活性稀释剂、颜填料的顺序对配方的各个组分进行选择,确定最佳配方,同时探讨了所使用的腰果酚改性胺为固化剂的固化机理并考察了硅烷偶联剂对涂膜性能的影响;王菁等利用对比优选法就涂料的耐磨性进行配方设计,影响耐磨性的主要因素是耐磨填料、固化剂种类及固化程度,对各个成分进行分析选择,最终确定了耐磨涂料的最优配方;汪明球等 制备了一种有机硅改性环氧树脂双组分耐磨涂料,并利用响应曲面法优化了涂料的配方,达到最优效果;吴永志等l6利用传统的分步法对配方进行设计,主要从酚醛环氧树脂的选择、固化剂的选择、颜填料的选择以及助剂、溶剂的选择上做了优化配套,设计出可常温固化、性能优良的耐温防腐涂料配方;任旭 利用传统分步法对环氧自流平地坪涂料的配方进行设计,并介绍了涂料的施_[工艺,同时对施工中出现的问题进行了分析解决;吴礼龙等【 采用环氧树脂乳液和固化剂为水性环氧涂料的主要成膜物质,考察了环氧值与胺氢值的物质的量比、涂料固含量、消泡剂用量及固化时间对涂膜性能的影响,最终得到最优配方;刘成楼等[91以液体环氧树脂为基料树脂,以水性胺为固化剂,以聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡为膨胀阻燃体系,以纳米TiO 、可膨胀石墨为增效剂,以复合铁钛粉为防锈颜料,制备了钢结构用超薄型防火防腐涂料。
由此可见,环氧涂料的配方设计还是以传统的分步法为主,虽然不能说传统的方法不好,但是毕竟存在缺点,现在已经产生了很多新的配方设计方法,如计算机法,此法可以节省大量的时间,而且能够对涂料的生产流程进行控制,通过计算机对涂料进行配色更加高效,这些优势是传统方法所没有的,所以设计者要创新,就要善于学习应用最新的配方设计方法,从而研发新品种涂料。
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