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油漆涂料的组成

油漆涂料的组成

术语“油漆”和“涂料”通常可以互换使用。然而,在大多数情况下,油漆被认为主要用于美学,而涂料主要用于防止基材劣化或腐蚀保护。工业涂料最常用于保护桥梁、管道或外部金属罐表面等结构中的金属基材腐蚀。无论用途如何,一层油漆或涂层都将保护表面,并提供颜色、光泽和其他房地产特性。在本文中,使用了“涂料”一词,尽管用“涂料”代替“涂料”一词并不正确。涂层可以定义为散布在表面上以提供保护或用于装饰目的的物质。本概述侧重于油漆涂料,特别是工业涂料,其设计旨在保护性能而不是美学品质。涂料可分为两大组成部分:色素沉着和载体。色素沉着通常由着色剂、缓蚀剂和填充剂组成,尽管也可能包括其他不溶性原料。载体将色素沉着带到表面并将其结合到涂膜中。载体通常由树脂或粘合剂、溶剂和配方中可能包含的任何添加剂组成。

颜料

在许多行业中,包括塑料工业,术语“颜料”用于识别着色剂。在涂料行业,定义要广泛得多。虽然颜料确实可以改善涂料的外观,但它们在涂料中也具有许多其他功能。例如,一些颜料改善了薄膜的物理性能,例如强度、透湿性和抗冲击性,而其他颜料则保护基材免受腐蚀、火灾或霉菌的影响。(使用涂层进行防腐蚀在针对不同服务暴露的防腐涂层中进行了讨论。无论其功能如何,涂料工业中使用的大多数颜料都是细碎的固体,不溶于其他涂料成分。因此,大多数颜料不溶于树脂或溶剂中,而是悬浮在其中。涂料通常不使用单一颜料,而是使用颜料混合物,以实现美学、物理和保护性能的平衡。

树脂

树脂体系将颜料和其他成分粘合在一起,并将涂层粘合到下面的基材或涂层上。这就是允许涂层形成固体/硬到半硬(取决于树脂)塑料状薄膜的原因。树脂体系的选择对涂料的性能有重大影响。这就是为什么涂层通常通常通过其所含的树脂类型来识别的原因。涂层的树脂成分是一种聚合物,它由许多较小分子的共价键合形成,将它们连接在一起形成链。链的成分称为单体,可以是所有相同的化学物质或化学物质的混合物。选择聚合物的组合物,以使树脂具有所需的性能。

添加剂

各种类型的添加剂用于改善稠度、流出、表面润湿性、颜色、抗紫外线(例如阳光)和柔韧性,并防止沉淀在罐中(悬浮剂)。例如,聚氨酯涂料采用受阻胺光稳定剂配制而成,以帮助在暴露在阳光下时保持光泽和颜色,而增塑剂则配制成硬质或脆性涂料,如乙烯基,以提供薄膜柔韧性。

溶剂

溶剂是载体的挥发性成分,可能包括水或有机液体,如甲乙酮或矿物油。虽然溶剂在应用过程中是湿膜的一部分,但一旦涂层干燥或固化,它就不打算成为干膜的一部分。用一种溶剂配制涂料的情况并不常见;通常,使用溶剂混合物,混合物中的每种溶剂执行不同的功能。主要溶剂是配制成涂料的溶剂,用于降低树脂、颜料和添加剂的粘度,以便涂料可以通过喷枪适当雾化或用刷子或滚筒涂覆。二次溶剂是蒸发较慢的溶剂,在湿涂膜中的残留时间比主要溶剂长一点。它们有助于涂层流出,形成均匀、连续的薄膜。

挥发性有机化合物

涂料配方中使用的许多有机溶剂,或在现场作为稀释剂添加的有机溶剂的一个问题是,从涂膜蒸发到空气中后,它们可以在阳光存在下与氮氧化物和一氧化碳反应产生臭氧,这是烟雾的一种成分。这些也被称为挥发性有机化合物(VOC)。涂料的VOC含量通常以磅/加仑或克/升表示,并在涂料制造商的产品数据表中报告。许多制造商还报告了添加稀释剂后的VOC含量。当在现场对结构进行喷漆时,VOC限值通常由项目规范或当地空气污染机构决定。

各种涂层类型的成膜机理

虽然下面的固化机理列表并不包括所有涂层材料的固化机理,但这些是最适用于工业涂料的机理:涂料中使用的清漆热塑性树脂包括聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯-丁二烯共聚物。它们通常是单包系统(涂层的所有组件都包装在一个容器中),具有快干性和低固体含量。含有溶解在有机溶剂中的热塑性粘合剂的涂料称为漆。涂上清漆后,热塑性薄膜会随着溶剂的蒸发而变硬。聚合物链可能会缠绕,但在形成薄膜时不会发生化学反应。化学转化涂料由于限制使用VOC的法规,涂料涂料。今天不经常使用。漆的粘合剂溶解在有机溶剂中,许多使用的溶剂被认为是VOC。取而代之的是使用具有高固体含量的化学转化涂层的双组分系统(其中涂层组件被包装到容器中以便在应用时混合在一起)。每个包装都含有一种小型聚合物溶液。当包装在室温下混合在一起时,小聚合物开始结合形成高分子量的聚合物。当施加混合涂层时,即使混合物的固体含量很高,分子仍然没有反应到粘度过高的程度。由于组分含有高百分比的固体,因此它们所含的溶剂百分比较低;因此,VOC含量低。乳胶涂料在乳胶涂料中,分子量非常高的聚合物存在于悬浮在水中的称为胶束的离散颗粒中。为了制备乳胶聚合物,将少量阴离子表面活性剂添加到大量的水中。阴离子表面活性剂分子在大致球形颗粒中结合,外部是带负电的头部,内部是非极性尾部。当单体加入混合物中时,它会扩散到颗粒中。阴离子表面活性剂在颗粒表面提供的排斥力使颗粒不凝固。醇酸树脂和其他通过氧化固化的树脂含有干性油的醇酸酯和其他涂料的成膜机理是由空气中的氧气引发的。涂膜后,树脂中的醇酸分子通过涉及油和氧的不饱和(双)键的化学反应交联。干性油,如亚麻籽油和鱼油,通常含有具有三组或更多组双键的脂肪酸。醇酸树脂本质上是与干性油反应或改性的聚酯。有时用干性油改性的其他树脂包括环氧酯、聚氨酯和酚醛树脂。涂层的性能在很大程度上取决于油改性的类型和数量。只要涂层暴露在氧气中,固化过程就永远不会停止。因此,许多醇酸体系会随着时间的推移而变脆。(有关醇酸树脂的更多信息,请参阅文章醇酸树脂概述。湿固化聚氨酯和无机锌底漆只有少数工业涂料需要水分才能固化。这些包括湿固化聚氨酯和乙基硅酸盐型无机富锌底漆。这些系统中的固化反应涉及水解或化学键与水的裂解。作为水解反应的结果,湿气固化聚氨酯释放二氧化碳(CO2),无机富锌底漆释放乙醇。粉末涂料粉末涂料可以包含热塑性或热固性树脂。粉末可以通过静电喷雾或将预热的碎片通过悬浮在空气中的粉末流化床来施加。涂上粉末后,将涂层的碎片烘烤。如果树脂是热塑性塑料,则颗粒熔化在一起形成薄膜。如果树脂是热固性树脂,则颗粒发生化学反应形成交联。通常用作粉末涂料的树脂包括乙烯基、环氧树脂和聚酯。

涂层系统定义

在许多情况下,涂层可以组合成涂层系统。涂层系统包括表面处理和一个或多个涂层的应用。如果指定了同一产品的多层涂层,有时会使用对比色来帮助涂抹器确保覆盖。涂料体系通常由底漆和面漆组成。在许多情况下,还指定了中间涂层。当使用多种涂层来创建系统时,它们必须彼此兼容。此外,每个涂层都具有在给定厚度下执行的功能。因此,不能通过在环氧中间涂层上增加额外的厚度来弥补富锌底漆厚度的不足。每层都应以最佳厚度(既不太厚也不太薄)进行应用,并在应用后续层之前验证适当的厚度。底漆的功能:底漆的功能是将涂层系统粘合到基材上。底漆通常通过使用一种或多种阻隔、抑制或电保护方法为钢基材提供腐蚀保护。底漆还必须能够耐受所执行的表面处理水平,并且必须与下一层相容。如果底漆是涂料体系中存在的唯一一层,如单涂层体系,则还必须耐使用环境。当涂上额外的涂层时,底漆通常具有低光泽度,以促进其他涂层的附着力。中间涂层的功能:中间涂层通常被纳入涂层系统中,以增加屏障保护。中间涂层必须与底漆和面漆兼容。与底漆一样,中间涂层通常具有较低的光泽度,以促进面漆的附着力。面漆的功能:面漆或面漆是防腐系统中的第一道防线。它还必须在美学上与指定者的优先级兼容,并且通常需要长时间保持颜色和光泽水平。当然,面漆必须耐使用环境,并且必须与底层(底漆或中间涂层,视情况而定)相容。此外,面漆必须能够接受维护大衣。如前所述,每个涂层都有一个在给定厚度下执行的功能。涂覆涂料时,体积固体或非挥发性物质(以液体涂料的百分比表示)是决定薄膜厚度的重要因素。通常,涂料制造商在与每种涂料产品相关的文献中提供目标湿膜厚度或目标干膜厚度。很多时候,只提供一种目标薄膜厚度。在这些情况下,可以使用涂层的体积固体以及目标干膜厚度或目标湿膜厚度进行计算,以确定未指定的湿膜或干膜厚度。

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