1.1有機溶劑型塗料
有機溶劑型塗料是以有機溶劑為稀釋劑制成的塗料[2]。有機溶劑型塗料經過多年的發展,已經形成了具有高裝飾性和持久防護性、多功能性和多樣性的新型建築材料,不僅在現代工業和現代國防的發展中發揮著重要作用,而且在信息、生物化學和新材料方面也發揮著重要作用。航空工業、海洋資源開發、環境保護等現代工業的發展也在很大程度上依賴於有機溶劑型塗料的發展。但塗布後,成膜過程中,溶劑揮發,會造成環境汙染。大部分有機溶劑對人體有毒,同時成膜後溶劑完全揮發,造成資源和能源的浪費。
1.2粉末塗料
粉末塗料是以固體樹脂為基料,由基料、顏填料和助劑組成的固體粉末,分為熱塑性和熱固性兩大類[3]。不同於有機溶劑型塗料和水性塗料,它以微小的粉末狀態存在,在空氣中容易分散,所以它的稀釋劑是空氣,而不是液體[4]。粉末塗料對環境要求低,可采用靜電塗裝、輥塗、流塗等塗裝方式進行塗裝,超範圍噴塗粉末可回收100% [5]。粉末塗料具有優異的塗膜性能、良好的附著力、較強的耐候性、硬度、耐磨性和耐腐蝕性,也是壹種環保型塗料,在生產和使用過程中可實現零VOC排放。
但是它有很多缺點,比如在生產和塗裝過程中會產生大量的粉塵,現有的除塵設備無法完全處理,還有壹些超細粉塵排放到大氣中,需要使用大量對人體有害的原材料。粉末塗料的固化需要高溫條件,消耗更多的能量,不能用於大多數非金屬基材、超大金屬零件和復雜金屬零件的表面。
1.3水性塗料
水性塗料是用水作為分散介質或溶劑的塗料。水性塗料按使用的粘合劑可分為合成樹脂水性塗料和以礦物質和天然物質為主要成分的天然水性塗料[6]。
水性塗料不僅成本低,而且比有機溶劑型塗料更安全,不易燃易爆,可以直接在潮濕環境中使用。它們適用於噴塗、刷塗、電泳塗裝等方法,也適用於各種材料和形狀的物品,受塗裝方法和固化條件的限制較少。而且這種塗料多孔、透氣、不易起泡,對施工基層的含水率要求更寬松。
用水做原料有利也有弊。水很難蒸發,水性塗料需要更高的幹燥溫度或更長的幹燥時間。這種塗料對噴漆室的濕度也有壹定的要求。當環境相對濕度在85%以上時,表面幹燥緩慢,水溶劑在飽和濕度環境下無法正常揮發。當相對濕度過高(I >: 90%)時,被塗物體上的塗膜會流下來[7]。因此,還需要在空氣流通良好、溫度適宜的噴漆室內使用。而且水性塗料不能像有機溶劑型塗料壹樣用於裝飾性強的場合。
二、按塗料幹燥機理分類
塗料的附著施工只是彩塗板塗裝過程中的第壹步,還需要繼續成為堅固連續膜的過程,才能完成整個塗膜的成膜過程。這個從“濕膜”到“幹膜”的過程通常被稱為“幹燥”或“固化”。這種幹燥和固化過程是塗層成膜過程的核心。不同形狀和組成的塗料都有各自的成膜機理,這是由塗料所用成膜物質的性質決定的。通常,我們將塗料的成膜分為兩類:
(1)未轉換。壹般是指物理成膜法,即主要依靠薄膜中溶劑或其他分散介質的揮發,薄膜的粘度逐漸增大,形成固體薄膜。例如:丙烯酸漆、氯化橡膠漆、乙烯漆等。
(2)轉化型。壹般是指成膜過程中的化學反應,塗層主要靠化學反應成膜。這種成膜是塗料中的成膜物質在施工後聚合的過程,稱為高分子塗料。可以說是壹種特殊的高分子合成方法,完全遵循高分子合成反應機理。例如:醇酸塗料、環氧塗料、聚氨酯塗料、酚醛塗料等。然而,大多數現代塗層不是以單壹方式形成的,而是以多種方式形成的。卷材塗料是壹種典型的塗料,有多種形成方法。
塗料成膜機理非轉化型塗料和轉化型塗料成膜。
塗料在物體表面塗覆後,由液體或松散的粉末狀態轉變為致密完整的固體薄膜,這就是塗料的成膜,也稱塗料的幹燥固化。
塗膜的形成主要依靠物理和化學作用。例如,揮發性塗料和熱塑性粉末塗料可以通過溶劑揮發或熔融形成致密的塗層;熱固性塗料只能通過化學作用形成固體塗層。因此,塗料的成膜機理隨組成的不同而不同。
壹.非轉化型塗料
僅通過物理作用形成薄膜的塗層稱為非轉化型塗層。在成膜過程中,它們只發生物理形態的變化,沒有化學作用。這種塗料包括揮發性塗料、熱塑性粉末塗料、乳膠漆和非水分散體塗料。
(1)揮發性塗料
揮發性塗料的品種包括硝基漆、過氯乙烯漆、熱塑性丙烯酸漆和其他乙烯基樹脂漆。這種塗料的樹脂分子量很高,通過溶劑揮發可以形成幹燥的硬質塗膜,在室溫下幹燥很快,所以往往采用自然幹燥的方法。
(2)熱塑性乳膠塗料
乳膠漆的成膜過程見圖。
這類塗料的幹膜形成與環境溫度、濕度、成膜助劑和樹脂的玻璃化轉變溫度有關。環境濕度很大程度上制約了成膜濕潤階段水分的蒸發速率,提高空氣流速可以大大加速膜內水分的蒸發。當乳膠粒子保持相互接觸時,水分的蒸發率下降到濕態的5~10%。此時,如果乳粒的變形能力差,就會得到疏松、不透明、無光澤的不連續塗膜。為了賦予乳膠漆膜以應用性能,樹脂的玻璃化轉變溫度在常溫以上,所以加入成膜助劑,增加乳膠粒子在常溫下的變形能力,使乳膠漆的最低成膜溫度可達10℃以上,相互接觸的乳膠粒子進壹步變形融合成連續的塗膜。牛奶顆粒融合後,塗膜中的水分子通過擴散逸出,釋放非常緩慢。
壹般來說,乳膠漆的表面幹燥在2小時以內,24小時左右幹燥,兩周左右幹燥。成膜添加劑從塗膜中的蒸發速率按照乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚、乙二醇單丁醚乙酸酯、乙二醇和二甘醇單丁醚的順序降低。乙二醇單甲醚蒸發過快,在到達幹膜前完全逸出;乙二醇醚醋酸酯基本上都分布在樹脂相中。這兩種添加劑對不同階段水分的蒸發影響不大。乙二醇丁醚傾向於在水相和樹脂相之間分配,水分蒸發受其分配速率的影響。乙二醇的存在使其形成連續膨脹的親水網絡結構,使極性成膜添加劑易於擴散逸出。然而,乙二醇往往比丙二醇吸濕性更強,塗層幹燥緩慢。加入丙二醇的乳膠漆膜在幾個星期後,殘留的水分或成膜助劑很少,這樣塗膜(尤其是室外漆)就不會有不良影響。
(3)熱熔成膜
熱塑性粉末塗料和熱塑性非水分散體塗料必須加熱到熔融溫度以上,才能使樹脂顆粒熔融形成連續完整的塗膜。此時,膜的形成取決於熔體溫度、熔體粘度和熔體表面張力。
二、轉化塗層
通過化學反應交聯成膜的塗層稱為轉化塗層。這類塗料的樹脂分子量低,通過縮合、加成聚合或氧化聚合,交聯成分工較大的網狀固體塗料。因為縮合反應是利用加熱來獲得化學反應的能量,使塗膜固化,所以這種塗料稱為熱固性塗料。如酚醛漆、氨基烤漆、聚酯漆、丙烯酸烤漆等。都通過縮合反應固化成膜;不飽和聚酯、雙組分環氧、雙組分聚氨酯等。通過加成聚合固化成膜;油性漆、醇酸漆、環氧酯漆通過氧化聚合固化成膜。因此,轉化膜的類型可分為以下三類。
(1)風幹塗料
風幹塗料是利用空氣中的氧氣或水分固化成膜的塗料。
1,氧化聚合塗層
含幹性油的塗料通過氧化聚合成膜,其幹燥性能與油的性質、油度和催幹劑有關。幹性油組的氧化聚合非常復雜,塗層的分解產物總是在幹燥過程中產生,很難用壹個化學反應來表達。但是,對於含有* * *軛雙鍵的油基,在幹燥過程中過氧化氫的產生並不顯著,過氧化氫僅在成膜後產生。
2、濕氣固化塗層
濕固化塗料主要是濕固化聚氨酯和濕固化環氧塗料。濕固化聚氨酯是異氰酸酯封端的聚氨酯樹脂與空氣中的水分子反應。
(二)固化劑固化塗料
這類塗料多為雙組分塗料,兩組分間有較高的化學活性,所以常溫下即可固化成膜,混合後只有4 ~ 8小時的使用壽命。主要品種有環氧、聚氨酯、不飽和聚酯。各組分之間的混合比例對塗膜性能和幹燥有很大影響。
(3)烘烤固化塗料
這種塗料的樹脂中各基團在常溫下的化學反應性很弱,但加熱到較高溫度時,基團之間會迅速發生化學反應,使塗膜交聯固化。主要品種有氨基烤漆、丙烯酸烤漆、聚酯漆、熱固性聚氨酯、環氧烤漆、矽酮漆。