第五章涂膜的基本性质及涂膜的形成2.ppt

涂料化学 吉林大学化学学院 5.5 成膜理论 用涂料的目的是在基材表面形成 一层坚 韧的薄膜．形成连续的涂膜有两个过程： 液态涂料施工到被涂物件表面后形成了 可流动的液态薄层，通称为“湿膜”， 按照不同的机理，通过不同的方式，变 成固态的连续的“干膜”，得到需要的涂膜。 这个由“湿膜”变为“干膜”的过程通常称 为“干燥”或“固化”。 这个干燥或固化过程是成膜的核心。 注意 实质：固化成膜过程发生的变化也就是流动性或粘度的变化（交联、挥发、分子链缠结） 液态涂料在施工时需要的粘度是和涂料 本身的粘度不完全相同的，涂料通常施 工粘度约在0.05—1Pa. s之间， 要成为具有一定机械性能的”干膜” 时．即通常所说的达到涂膜“全干”阶段时，这时的粘度至少要达到107Pa.s以上。 成膜可以分为物理干燥和化学干燥。 物理干燥 溶剂性涂料：主要是靠溶剂的挥发和分 子链缠结成膜. 乳胶涂料：水份挥发和乳胶粒凝聚成膜； 化学干燥 是在室温或高温下通过化学交联反应 形成三维网状结构成膜， 交联反应--通过树脂中不饱和基团的自动 氧化或是基团之间进行缩聚完成的。 5.5.1溶剂涂料的物理干燥 第二阶段： 溶剂挥发，粘度增加，自由体积减小， Tg（混合）增加，趋向于聚合物的Tg 此时，溶剂的挥发速度取决于溶剂分 子达到膜表面的速度， 受溶剂通过膜的扩散速度所控制 第三阶段 随着溶剂的进—步挥发，聚合物溶液 的Tg接近成膜温度，自由体积空穴很 少，在涂膜中有残余溶剂的挥发，直 至成膜。 溶剂型涂料中溶剂主要用来调整涂料的粘度，使之便于涂刷。溶剂选择注意 溶剂影响涂膜的外观性质，如果溶 剂挥发太快，高聚物浓度很快升高， 表面的涂料因粘度过高失去流动性， 结果漆膜不平整； 另外，挥发太快，溶剂蒸发失热过多，表面温度有可能降至雾点． 会使水凝结在膜中，导致漆膜失去 透明性，强度下降。 膜的性能与溶剂本身的挥发性质有关，还与溶剂与聚合物之间的相容性有关。 溶剂不同会影响漆膜中聚合物分子的形态、 在不良溶剂中的聚合物分子是卷曲成团的 而在良溶剂中的聚合物分子则是舒展松弛的． 这种状态影响最后形成的漆膜的微观结构 前者分子之间较少缠绕，而后者是紧密缠绕的。 5.2.2乳胶漆的物理干燥 乳胶是在表面活性剂存在下聚合物粒子在水中的分散体系。是通过乳液聚合制备的。 溶剂性涂料的成膜--溶剂的挥发交联缠绕 乳胶漆成膜---是随着分散介质(主要是水和共溶剂)挥发的同时产生聚合物粒子的接近、接触、挤压变形而聚集起来，最后由粒子状态的聚集变成为分子状态的凝聚而形成连续的涂膜。 带电的乳胶粒子有利于乳液的稳定（静电斥力），也给成膜带来一定的阻力。 乳胶漆成膜必须首先克服粒子之间的相互斥力才能凝聚成连续的膜。 已经提出了许多理论来解释乳胶的成膜，其中最具代表性的有凝聚理 论、毛细管理论和相互扩散理论。 认为，乳胶的成膜是由于聚 合物表面张力增大导致乳胶粒子的凝聚而成的。 毛细管理论 压力(P)的大小可由Laplacc公式估计： 最低成膜温度MFT: 乳胶能够成膜的最低温度 当成膜温度高于聚合物 Tg时，成膜时聚合物才便于流动，成膜较快。所以乳胶漆 的Tg必须远远低于成膜温度， 假如，建筑涂料要在低至5℃的温度下快 速成膜，这样，乳胶粒子的Tg必须更低。 5.5.3化学成膜 官能团之间的缩聚反应 氧化成膜 1、官能团之间的缩聚反应成膜 常用的官能团有羟基、羧基、羟甲基、环氧基、异氰酸基、酰氨基、氨基等。 分为自交联型和分子间的缩聚反应 自交联型：成膜物质中含有2种不同的可反应的官能团，如丙烯酸涂料含有羟基和羧基 分子间的缩聚反应型： 由2种或2种以上分别含有不同官能团 的成膜物质组成的涂料，其中的一种 物质称为交联剂或固化剂，如三聚氰 胺甲醛树脂、酚醛树脂、二或多异氰 酸酯、胺等可以作为交联剂。涂料工 业中的化学干燥大多为分子间的缩聚 反应固化成膜的，由这种方式成膜的 常称为热固涂料。 2、氧化成膜 含干性油或半干性油的涂料如不饱和聚酯涂料、醇酸树脂涂料、酚醛树脂涂料等都是氧化成膜。 通过空气中的氧发生氧化交联反应， 生成网状大分子结构。 O2攻击C＝ C或α-位的亚甲基， 其氧化交联速度与树脂分子中C＝ C双键的数目、 C ＝ C共扼双键和非共轭双键体系数目(亚甲基基团数目) 有关。 用金属盐作催干剂 第五章 涂膜的形成及