涂料配方的设计及分析案例

涂料是一种涂装物体表面后，经干燥形成一层薄膜，赋予物体以保护、美化或其它功能的材料。涂料的组成包含四大组分：成膜物质、溶剂、颜或填料、助剂

一、涂料配方设计

涂料配方设计是指根据基材、涂装目的、涂膜性能、使用环境，施工环境等进行涂料各组分的选择并确定相对比例，并在此基础上提出合理的生产工艺、施工工艺和固化方式。

成膜物质（树脂）

涂料用树脂的选用主要依据树脂的结构和性能、基材的性质、使用环境和成本因素等。主要的树脂有环氧树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂、有机硅树脂等。

1.环氧树脂 ：含有两个或两个以上环氧基，以脂肪族、脂环族或芳香族链段为主链的高分子预聚体，目前应用的环氧树脂主要是双酚A型环氧树脂，即双酚A缩水甘油醚（DGEBA），由双酚A（DDP）与环氧氯丙烷(ECH)反应制得,结构如下：

环氧树脂稳定性好，存放时间长；树脂工艺性好，能溶于多种溶剂；对各种基材有极好的粘接性；固化物有优异的耐碱性、耐水性和耐化学药品性、电绝缘性优良、机械强度高，可用作结构材料。但耐候性差，在紫外线照射下会降解，性能下降，因此限制了其室外的使用。

2.聚氨酯树脂 ：含有氨基甲酸酯重复链段的高分子化合物，由多异氰酸酯和多元醇通过氢转移加成聚合制得，结构如下：

聚氨酯分子中有强极性氨基甲酸酯基团，大分子间存在氢键，聚合物具有高强度、耐磨、耐溶剂等特性，还可以通过改变多羟基化合物的结构和分子量，在较大范围内调节聚氨酯的性能。聚氨酯树脂的固化温度范围宽，可以在高低温下固体，形成的漆膜附着力强，耐磨性、耐高低温性能均较好，具有良好的装饰性和防护性能，因此广泛用于家具、服饰、汽车、钢铁设备等的装饰和防护。

3.醇酸树脂：由多元醇、多元酸与植物油制备的改性聚酯树脂。长油度醇酸树脂主要用作建筑涂料；中油度醇酸树脂主要用于气干性工业涂料，也可以用作汽车的修补漆；短油度醇酸树脂主要和氨基树脂一起用作工业烤漆如金属家具等。

醇酸树脂还可以通过化学或与其他树脂并用，以降低成本，提高和改善产品的性能，如丙烯酸酯改性的醇酸树脂具有良好的耐候和保光性以及耐刮伤性，聚氨酯改性的醇酸树脂干燥快、硬度高、漆膜弹性好、耐磨性高、防水和耐化学品性好，主要用于室内木器清漆，有机硅链段改性的醇酸树脂具有优异的耐候、耐久、保光保色性，耐热性和抗粉化性能均有较大改善，可用于船舶漆、户外钢结构件和器具的耐久性漆和维护漆。

4.丙烯酸树酯 ：由（甲基）丙烯酸酯单体均聚或共聚得到的聚合物。丙烯酸树脂具有色浅，透明度高、耐光、耐候、户外暴晒耐久性好，在紫外线照射下不易分解或黄变，使用温度范围宽。广泛用于汽车装饰和修补、家用电器、卷材、机械、建筑、家具等领域。

5.有机硅树脂 ：以Si-O-Si为主链，硅原子上连接有有机基团的交联型的半无机高聚物。

有机硅树脂具有优异的耐高温性、耐水性、耐候性和电绝缘性，优异的介电性能，在广域的温、湿度及频率范围内保持稳定，以及耐氧化、耐电弧、耐辐射、防烟雾、防霉菌等特性。广泛用于电机设备浸渍漆、绝缘漆、防腐涂料、防辐射涂料。

6.氟碳树脂 ：由氟烯烃聚合或氟烯烃和其他单体共聚制得的树脂。由于C-F键的键能大，氟碳树脂的化学稳定性高，具有极好的耐紫外线和核辐射性能、电性能和阻燃性。目前广泛应用于重防腐领域如海洋防腐、桥梁防腐等。

溶剂

涂料用溶剂对涂膜的形成的最终性能起关键作用。主要的功能有溶解聚合物树脂；调节涂料体系的流变性能、改善加工性能；改进涂料的成膜性能，影响涂料的附着力和外观；静电喷涂时调整涂料的电阻，便于施工；防止涂料和涂膜产生病态和缺陷如橘皮、发花、浮花、起雾、收缩等。溶剂的选择需要考虑溶剂的溶解能力、挥发速度、黏度、表面张力、安全性、毒性及成本。主要的溶剂有水、烃类（含卤代烃）、醇类、酮类、酯类、醚类溶剂等。

颜料

颜料是分散在涂料中从而赋予涂料某些性质的粉体材料，包括颜色、遮盖力、耐久性、力学强度、对金属的防腐性、特殊功能（导电、导热性能）等。按其在涂料中的功能和作用分为着色颜料、防腐颜料、体质颜料、功能颜料。

1.着色颜料主要是提供颜色和遮盖力，同时能满足力学强度和防腐等其他要求。

2.防腐颜料用于保护金属底材免受腐蚀，可分为物理防腐、化学防腐、电化学防腐颜料三类。物理防腐颜料具有化学惰性，通过屏蔽作用发挥防腐功能，铁系和片状防腐颜料；化学防腐颜料具有化学活性，借助化学反应发挥作用，如铅系化合物、铬酸盐、磷酸盐等；电化学防腐颜料主要是金属颜料，具有比需保护金属的电位更低，起到阴极保护作用，如锌粉。

3.填料即体质颜料，主要是白色或浅色的粉体，不具备着色力和遮盖力，但具有增加漆膜厚度、调节流变性能、改善机械强度、提高漆膜的耐久性和降低成本的作用，主要是碱土金属盐类、硅酸盐类和铝镁等轻金属盐类。如碳酸钙、滑石粉、硫酸钡、二氧化硅等。

助剂

助剂在涂料配方中用量虽然很少，但对涂料的生产、储存、施工、成膜过程及最终涂层的性能有很大影响。助剂的选用需要丰富的涂料开发经验和现场施工经验，同时可能需要多种类同功能的助剂复合使用。

常用的助剂包括润湿剂、流平剂、消泡剂、分散剂、增塑剂、稳定剂、防霉剂等。

二、涂料配方分析案例

本文以木器涂料为案例，分析了一款丙烯酸自干型木器白色漆组成，基础配方如下：

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