油性木材涂料成膜机理研究论文

涂料是一种材料，这种材料可以用不同的施工工艺涂覆在物件表面，形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄膜。这样形成的膜通称涂膜，又称漆膜或涂层。”早期大多以植物油未主要原料，故被叫做“油漆”。 不论是传统的以天然物质为原料的涂料产品，还是现代发展中的以合成化工产品为原料的涂料产品，都属于有机化工高分子材料，所形成的涂膜属于高分子化合物类型。按照现代通行的化工产品的分类，涂料属于精细化工产品。现代的涂料正在逐步成为一类多功能性的工程材料，是化学工业中的一个重要行业。 涂料与油漆的区别 Coating：A layer of a substance spread over a surface for protection or decoration（覆盖在物体表面上用于保护或装饰的一层物质） Paint：A liquid mixture, usually of a solid pigment in a liquid vehicle, used as a decorative or protective coating（油漆一种用作装饰或保护外层的液体混合物，通常由液态展色剂和固体颜料组成）涂料：涂在物体表面,使其美观或防蚀的物质。如:油漆、煤焦油等 油漆：涂料的旧名;泛指油类和漆类涂料产品 在具体的涂料品种命名时常用“漆”字表示“涂料”，例如调和漆、底漆、面漆等 涂料的功能 1)保护功能：防腐、防水、防油、耐化学品、耐光、耐温等。 物件暴露在大气之中，受到氧气、水分等的侵蚀，造成金属锈蚀、木材腐朽、水泥风化等破坏现象。在物件表面涂以涂料，形成一层保护膜，能够阻止或延迟这些破坏现象的发生和发展，使各种材料的使用寿命延长。所以，保护作用是涂料的一个主要作用 2)装饰功能：颜色、光泽、图案和平整性等。 不同材质的物件涂上涂料，可得到五光十色、绚丽多彩的外观，起到美化人类生活环境的作用，对人类的物质生活和精神生活做出不容忽视的贡献。 3)其他功能：标记、防污、绝缘等。 对现代涂料而言，这种作用与前两种作用比较越来越显示其重要性。现代的一些涂料品种能提供多种不同的特殊功能，如：电绝缘、导电、屏蔽电磁波、防静电产生等作用；防霉、杀菌、杀虫、防海洋生物粘附等生物化学方面的作用；耐高温、保温、示温和温度标记、防止延燃、烧蚀隔热等热能方面的作用；反射光、发光、吸收和反射红外线、吸收太阳能、屏蔽射线、标志颜色等光学性能方面的作用；防滑、自润滑、防碎裂飞溅等机械性能方面的作用；还有防噪声、减振、卫生消毒、防结露、防结冰等各种不同作用等。随着国民经济的发展和科学技术的进步，涂料将在更多方面提供和发挥各种更新的特种功能。 涂料的组成 涂料主要由四部分组成：成膜物质、颜料、溶剂、助剂。 成膜物质——是涂料的基础，它对涂料和涂膜的性能起决定性的作用，它具有粘结涂料中其它组分形成涂膜的功能。可以作为成膜物质的使用的物质品种很多，当代的涂料工业主要使用树脂。树脂是一种无定型状态存在的有机物，通常指高分子聚合物。过去，涂料使用天然树脂为成膜物质，现代则广泛应用合成树脂，例如：醇酸树脂、丙烯酸树脂、氯化橡胶树脂、环氧树脂等。 颜料——是有颜色的涂料（色漆）的一个主要的组分。颜料使涂膜呈现色彩，使涂膜具有遮盖被涂物体的能力，以发挥其装饰和保护作用。有些颜料还能提供诸如：提高漆膜机械性能、提高漆膜耐久性、提供防腐蚀、导电、阻燃等性能。颜料按来源可以分为天然颜料和合成颜料；按化学成份，分为无机颜料和有机颜料；按在涂料中的作用可分为，着色颜料、体质颜料和特种颜料。涂料中使用最多的是无机颜料，合成颜料使用也很广泛，现在有机颜料的发展很快。 溶剂——能将涂料中的成膜物质溶解或分散为均匀的液态，以便于施工成膜，当施工后又能从漆膜中挥发至大气的物质，原则上溶剂不构成涂膜，也不应存留在涂膜中。很多化学品包括水、无机化合物和有机化合物都可以作为涂料的溶剂组分。现代的某些涂料中开发应用了一些既能溶解或分散成膜物质为液态，又能在施工成膜过程中与成膜物质发生化学反应形成新的物质而存留在漆膜中的化合物，被称为反应活性剂或活性稀释剂。溶剂有的是在涂料制造时加入，有的是在涂料施工时加入。 助剂——也称为涂料的辅助材料组分，但它不能独立形成涂膜，它在涂料成膜后可以作为涂膜的一个组分而在涂膜中存在。助剂的作用是对涂料或涂膜的某一特定方面的性能起改进作用。不同品种的涂料需要使用不同作用的助剂；即使同一类型的涂料，由于其使用的目的，方法或性能要求的不同，而需要使用不同的助剂；一种涂料中可使用多种不同的助剂，以发挥其不同作用。（例如：消泡剂、润湿剂、防流挂、防沉降、催干剂、增塑剂、防霉剂……等） 涂料的分类 经过长期的发展，涂料的品种特别繁多，分类方法也很多： ①按照涂料形态（粉末、液体） ②按成膜机理分（转化形、非转化型） ③按施工方法分（刷、辊、喷、浸、淋、电泳）④按干燥方式分（常温干燥、烘干、湿气固化、蒸汽固化、辐射能固化） ⑤按使用层次分（底漆、中层漆、面漆、腻子等） ⑥按涂膜外观分（清漆、色漆；无光、平光、亚光、高光；锤纹漆、浮雕漆…） ⑦按使用对象分（汽车漆、船舶漆、集装箱漆、飞机漆、家电漆……） ⑧按漆膜性能分（防腐漆、绝缘漆、导电漆、耐热漆……） ⑨按成膜物质分（醇酸、环氧、氯化橡胶、丙烯酸、聚氨酯、乙烯……） 以上的各种分类方法各具特点，但是无论哪一种分类方法都不能把涂料所以的特定都包含进去，所以世界上还没有统一的分类方法。中国的国家标准GB2705－92，采用以涂料中的成膜物质为基础的分类方法。 涂料的成膜机理 涂料涂饰施工在被涂物件表面只是完成了涂料成膜的第一步，还要继续进行变成固态连续膜的过程，才能完成全部的涂料成膜过程。这个由“湿膜”变为“干膜”的过程通常称为“干燥”或“固化”。这个干燥和固化的过程是涂料成膜过程的核心。不同形态和组成的涂料有各自的成膜机理，成膜机理是由涂料所用的成膜物质的性质决定的。通常我们将涂料的成膜发生分为两大类： ⑴非转化型 一般指物理成膜方式，即主要依靠涂膜中的溶剂或其它分散介质的挥发，涂膜粘度逐渐增大而形成固体涂膜。例如：丙烯酸涂料、氯化橡胶涂料、沥青漆、乙烯涂料等 ⑵转化型 一般指成膜过程中发生了化学反应，及涂料主要依靠化学反应发生成膜。这种成膜就是涂料中的成膜物质在施工后聚合称为高聚物的涂膜的过程，可以说是一种特殊的高聚物合成方式，它完全遵循高分子合成反应机理。例如：醇酸涂料、环氧涂料、聚氨酯涂料、酚醛涂料等 但是，现代的涂料大多不是一种单一的方式成膜，而是依靠多种方式最终成膜的。

涂料的构成，由于基料的不同，成膜机理也就不同。如以干性油为主要基料的油性漆，和以干性油及树脂为主要基料的磁的磁性漆，它们干结成膜的过程，都以氧化和聚合化学反应为主要的成膜机因；不含干性油的树脂漆类，就不会有氧化聚合性的化学变化，只要涂料中溶剂全部挥发，即可凝结成膜；还有依靠固化剂固化或加热烘烤才引起涂料结构变化干结成膜的，如环氧漆、聚氨酯漆就属于固化剂固化类型的漆，像氨基醇酸漆则是属烘干聚合型涂料。不过所有这此涂料成膜，无论是哪种反应机理，从涂层形成开始到逐步老化、破坏，始终是不间断进行着的，只是这些涂料在成膜后，反应速度大幅度减缓，它的减缓速度，则以涂层成膜物不同性能差异而已。

涂料，在中国传统名称为油漆。所谓涂料是涂覆在被保护或被装饰的物体表面，并能与被涂物形成牢固附着的连续薄膜，通常是以树脂、或油、或乳液为主，添加或不添加颜料、填料，添加相应助剂，用有机溶剂或水配制而成的粘稠液体。由于早期的涂料基本都是溶剂型的，因此我国通俗上将涂料都叫做油漆，现在由于涂料的发展，已经出现了水性、粉末、光固化、无溶剂等涂料，因此再称为油漆便不合适了，所以统称涂料。或者可以说油漆是包括在涂料里面的，而涂料可以不一定是油漆。涂料包含了油漆，它可以分为水性漆和油性漆。随着石油化工工业的发展，化工产品的层出不穷，现代涂料已经脱离了用油生产漆的传统，越来越多的涂料产品经过化工合成制备，涂料种类、使用场合也越来越广。因此它们之间区别就在于油漆是涂料的一类。涂料的含义更广。

摘要：通过几种成膜助剂与乳液相容性的考察，讨论了其对乳液的粘度、冻融稳定性、贮存稳定性、最低成膜温度及涂料性能的影响。关键词：成膜助剂在乳胶漆中的应用 ；应用1前言建筑涂料在涂料工业中占有很重要的地位，目前，国内建筑涂料在涂料中的比重日渐增大。随着人们生活水平的口益提高．对建筑用乳胶漆的质量要求也越来越高，而涂料成膜的好坏直接影响涂层的性能。一般人们认为乳胶漆在较短的时间内就能完全成膜，而忽略了各个成膜阶段的温度控制，特别是外用乳胶漆在施工后的温度变化较大，使最终涂层的性能不理想，如光泽下降、附着力差、耐擦洗性差、耐沾污性不良、耐候性不理想等等。有效地添加成膜助剂，可较大幅度地降低成膜温度，是改善乳胶漆低温施工性能的有效措施。本文对几种成膜助剂在乳胶漆中的应用进行了一系列实验，对建筑用乳胶漆的配方设计具有一定的参考作用。2实验部分与溶剂型涂料不同，乳胶漆的成膜机理一般分为以下过程：第一，充填过程。乳胶漆施工后，水分挥发，当乳胶微粒占膜层74％(体积)时，微粒相互靠近而达到密集的充填状态。组分中的乳化剂及其他水溶性助剂留在微粒间隙的水中。第二，融台过程。水分继续挥发，高聚物微粒表面吸附的保护层破坏．裸露的微粒相互接触，其间隙愈来愈小，至毛细管径大小时，由于毛细管作用，其毛细管压力高于聚合物微粒的抗变形力，微粒变形，最后凝集、融合成连续的涂膜。这一过程是乳液能否成膜的关键，若乳液颗粒的玻璃化温度(Tg)较高(为了使涂膜具有良好的机械性能,耐候性和耐沾污性，Tg值一般不能太低)，在较低环境温度下，就很难变形，从而会使融合过程受阻，导致不能成膜，这时往往需要用成膜助剂协助成膜。第三，扩散过程。残留在水中的助剂逐渐向涂膜扩散，并使高聚物分子长链相互扩散，形成具有良好性能的均匀涂膜。成膜助剂是一种可以挥发的暂时性增塑剂，能促进乳胶粒了的塑性流动和弹性变形，改善其聚结性，可在广泛的施工温度范围内成膜、理想的成膜助剂应具有下列特性：作为聚合物乳液的良溶剂，可降低聚台物的最低成膜温度；在水巾溶解性小；具有-定的挥发性，成膜过程中能滞留在涂膜中发挥作用，成膜后全部挥发，不影响涂膜性能；不影响乳液的稳定性。成膜助剂的种类很多，包括醇类(如笨甲醇)、酯醇类(如Texanol酯醇等)、醇醚类(如乙二醇丁醚、丙二醇苯醚等)、醇醚酯类(如己二醇丁醚醋酸酯等)等。常用的成膜助剂有Texanol酯醇、苯甲醇(BA)、乙二醇丁醚(EB)、丙二醇苯醚(PPH)。以下就这几种常用的成膜助剂进行比较试验。2．1主要仪器设备最低成膜温度仪(日本理学工业公司，IV605)2．2试验用的乳液本试验采用在国内具有代表性、使用广泛的纯丙、苯丙、醋丙、叔醋等乳液，如长兴、巴斯夫、联碳、国民淀粉、罗门哈斯、江苏口出集团、北京东方化工J一、北京通州互益化工厂、北京振翔贸易公百公司、山东青州宝达化工厂、北京科信工业贸易有限责任公可等的产品，因篇幅关系，本文仅提供部分试验数据。2．3成膜助剂在乳液及涂料中的性能试验相容性试验：乳液与成膜助剂Texanol酯醇、苯甲醇、乙二醇丁醚、丙二醇苯醚直接混合，搅拌均匀，观察乳液的性状。乳液粘度的测定：在相容性正常的乳液中加人成膜助剂后测定其牯度，观察粘度变化情况。乳液摄低成膜温度的测定：将可相容的乳液与几种成膜助剂混合，测定其最低成膜温度(MFT)。乳液冻融稳定性试验：将相容性正常的乳液加入相应量孔液最低成膜温度降至0℃的最你用量)的Texanol、BA、EB和PPH成膜助剂．于-10％的冰箱中放置16h取出后于标准条件(室温23±2℃，相对湿度50±5％)下放置8h，如此反复5个循环，观察乳液最终状态。乳液贮存稳定性试验：将相容性正常的乳液加入相应量(乳液最低成膜温度降低至0℃的最低用量)的Texanol酯醇、苯甲醇、EB、PPH成膜助剂，在标准条件(室温23±2℃，相对湿度50±5％)下放置3个月，定期观察乳液的状态，测定其粘度、pH值。2．4涂料的性能检测选用不同的成膜助剂(Texanol、EB、PPH和BA)，比较其对涂料性能的影响。PPH和BA不能直接加入，将其与醇类溶剂混合，在配漆过程中缓慢滴加，以防止造成絮凝；EB若在搅拌情况下缓慢加入，可不与醇类溶剂混合，但加入速度应缓慢。依据国家标准GB／T9755—95进行性能测试(耐老化性除外)，在耐擦洗性方面Texanol酯醇有比较突出的优势，很可能是因为其他成膜助剂与纯丙乳液的相容性不好，影响了乳液成膜，从而对涂料的性能造成影响。生产时应注意成膜助剂不能添加太快，以免产生絮凝而影响涂料的性能。3结果与讨论3．1成膜助剂与乳液的相容性成膜助剂与乳液的相容性试验结果：BA、EB、PPH在6512苯丙乳液中相容性好，PPH在除纯丙乳液外的其他乳液中相容性好，但这几种成膜助剂都要缓慢滴加。否则也容易造成絮凝。对于纯丙乳液，加人此三种成膜助剂都会产生絮凝，有时可以将这几种成膜助剂与醇类溶剂混合后加到乳液中，以免造成破乳。Trexanol酯醇与我们收集到的任何一种乳液的相容性都很好，且添加方式简易，不容易造成破乳，对乳液具有普遍性。3．2对乳液粘度的影响加入成膜助剂后，乳液的粘度基本上都有所增大。这是因为成膜助剂会软化乳液粒子，乳液粒子溶胀而变大，只要加量适当，不会影响乳液的使用。但是，由于乳液粒子的溶胀，其表面上起保护作用的表面活性剂及保护胶体的浓度相应降低．甚至被大量成膜助剂取代，而使乳液不稳定。3．3对乳液MFT的影响成膜助剂对乳液MFT的影响：对于相容性好的乳液，要达到最低成膜温度O℃时的成膜助剂的用量，对于苯丙乳液，加入苯甲醇的用量比。Texanol酯醇小，这可能是因为相似相容原理，苯甲醇能在最大程度上软化苯丙乳液粒子，使之以较少的用量就将乳液的最低成膜温度降至0℃，但其毒性较大，对其他类型的乳液相容性也较差，必须与醇类溶剂配合使用。EB可溶于水，加到乳液中后，不易与乳液粒子接触，所以其用量相应要大些，但由于其挥发速度与水相当，甚至更快，所以对成膜不利。进而影响涂层的性能。PPH对苯丙乳液的效果好些，但由于其在水中的溶解度略大，不易与乳液粒子接触。因此，对于PPH可相容的乳液，与Texan0l酯醇效果差不多，但对十纯丙乳液或其他类型的乳液，Texanol酯醇在加入方式上比其他成膜助剂简易，且用量不大。3．4对乳液冻融稳定性的影响加入成膜助剂对乳液的冻融稳定性有一定影响。经过5次循环以后，乳液均凝聚，其原因是成膜助剂使乳液粒子溶胀，且使保护胶体浓度相应降低的缘故，所以若用成膜助剂与乳液配制成基料再使用，就要注意不能在低温下放置贮存。3．5对乳液贮存稳定性的影响成膜助剂对乳液的贮存稳定性没有影响(仅针对相容性好的乳液)，随着时间的推延，有些乳液的pH值略微下降，这是中和乳液时所用的氨水挥发所致。乳胶漆成膜机理：乳胶漆涂料的成膜分为三个过程，乳胶颗粒紧密堆积，乳胶颗粒融结、聚合物链端相互扩散。乳胶漆涂布于基底上，涂料中挥发分（主要为水分）外蒸内吸，涂料固含量不断增加，颗粒相互接近最后达到最紧密的堆积。干燥继续进行，覆盖于乳胶颗粒表面的吸附层被破坏，裸露的聚合物颗粒表面直接接触，在聚结溶剂的溶涨溶解作用下，颗粒软化变形融结而成连续薄膜。乳胶颗粒融结同时和之后，聚合物表面的链端分子相互渗透、扩散，涂膜进一步均匀化。乳胶漆成膜与天气状况关系很大，高温、大风，低湿度，低温、过度潮湿等都将导致乳胶粒子成膜不良，影响涂膜性能。