第七章 涂 料 Chapter 7 Coatings

第四节 涂料成膜物质 ----聚氨酯树脂的生产 一、概述 二、异氰酸酯预聚物结构设计与生产 三、聚氨酯的固化反应与聚氨酯涂料 四、水性涂料与水性聚氨酯

一、聚氨酯树脂概述 1、合成聚氨酯树脂原料 （1）二异氰酸酯 参见ｐ166 脂肪族二异氰酸酯 芳香族二异氰酸酯

1、合成聚氨酯树脂原料 (２)多羟基低聚物 聚酯二醇 + 缩聚 聚醚二醇 开环聚合

1、合成聚氨酯树脂原料 (3)扩链剂和交联剂 (4)催化剂 (5)溶剂 扩链剂 二元胺、二元醇 交联剂 多元醇：甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇

2、异氰酸酯的化学反应 异氰酸酯 (1)异氰酸酯反应机理 (2)与活泼氢化合物的加成反应 d- d+ d- R－N＝C＝O ☆氨基甲酸酯 参见ｐ167 与醇反应 ☆取代脲 与胺反应 d- d+ d- R－N＝C＝O ☆取代脲 异氰酸酯 与水反应 ☆酰胺 与酸反应

异氰酸酯 (2)与活泼氢化合物的加成反应 ☆脲基甲酸酯 ☆缩二脲 ☆酰脲 异氰酸酯的二级反应 与氨基甲酸酯反应 d- d+ d- 参见ｐ168 与氨基甲酸酯反应 ☆脲基甲酸酯 d- d+ d- 异氰酸酯 与取代脲反应 ☆缩二脲 与酰胺基反应 ☆酰脲

二、异氰酸酯预聚物结构设计与生产 1、极性基团与性能 来自异氰酸酯及其反应产生 强极性基团 来自多羟基化合物 使聚氨酯 涂膜具有 良好附着力 脲基 酰胺 氨基甲酸酯 来自多羟基化合物 使聚氨酯 涂膜具有 良好附着力 酯键 醚键

二、异氰酸酯预聚物结构设计与生产 2、氢键与性能 外力作用→氢键断裂 外力消除→氢键重新形成 外力作用→避免化学键断裂 PU树脂 断裂伸长率、 耐磨性和 韧性 优于其它树脂 非环状氢键 环状氢键

根据需要调节组成配比→涂膜弹性从极坚硬到极柔韧 二、异氰酸酯预聚物结构设计与生产 3、柔性、刚性链结构与性能 常见高分子主链的柔性规律： 酯键 醚键 氨基甲酸酯 脲基 柔性↑→耐低温↑，冲击韧性↑ 刚性↑→耐高温↑，硬度↑ 根据需要调节组成配比→涂膜弹性从极坚硬到极柔韧

二、异氰酸酯预聚物结构设计与生产 4、多元醇结构与性能 醚键 常见高分子主链的柔性规律： 酯键 柔性↑→耐低温↑，冲击韧性↑ 刚性↑→耐高温↑，硬度↑ 涂膜弹性高，耐水性好 但户外耐久性差 聚醚多元醇 不易水解 涂膜坚硬，户外耐久性好 但耐水性差 聚酯多元醇 易水解

三、聚氨酯的固化反应与聚氨酯涂料 按成膜物质化学组成及固化机理分类 （1）聚氨酯改性油涂料（单包装） 干性油与多元醇发生酯交换后，再与二异氰酸酯反应制备 双键氧化干燥固化 （2）潮气固化型聚氨酯涂料（双包装） （-NCO）组分与空气中的（H2O）反应固化 （3）封闭型聚氨酯涂料（双包装） 储存时（-NCO）被封闭剂封闭不能反应 使用时升温解除封闭剂， (-OH) 与（-NCO）反应固化 （4）羟基固化型聚氨酯涂料（双包装） 含羟基(-OH)组分与含（-NCO）组分反应固化 （5）弹性聚氨酯涂料（单包装） 利用催化剂催化（-NCO）与空气中的（H2O）反应固化

四、水性涂料与水性聚氨酯 1、水性涂料的特点与类型 特点:低VOC含量 类型： 2、涂料树脂水性化方法 3、水性聚氨酯 水分散（乳液）型 胶体分散（水溶胶）型 水溶型 2、涂料树脂水性化方法 3、水性聚氨酯

一、概述 二、色漆配方制订程序 三、颜料的分散及稳定 四、涂料生产设备 五、涂料生产工艺过程 六、涂料质量检验与性能测试 第五节 涂料生产设备与涂料生产过程 一、概述 二、色漆配方制订程序 三、颜料的分散及稳定 四、涂料生产设备 五、涂料生产工艺过程 六、涂料质量检验与性能测试

一、概述 涂料组成 清漆 色漆

１、清漆 （1）定义：清漆是仅由树脂(成膜物质)、溶剂和必要的少量助剂组成的涂料 清漆：保留木材纹路色彩 减少文字说明，增加图片说明 由于涂料和涂膜都是透明的，因而也称透明涂料。常用的清漆有酚醛清漆、醇酸清漆、聚氨酯清漆和丙烯酸清漆等。 酚醛清漆价廉，其涂膜光洁坚韧，并具有很好的耐入性、耐水性和耐光性，缺点是涂膜硬度不高，耐热性差，在紫外光的作用下易黄变等。 醇酸清漆的特点是涂膜的透明度好、附着力强、光泽度高、耐久性也比酚醛清漆好。 聚氨酯清漆除了具有醇酸清漆的特性外，还具有涂膜硬度高、物理性能更好、耐磨性好，以及耐干、湿擦和耐腐蚀等多种优异性能。缺点是涂料为双组分，混合后应在很短的期限内用完，使用不方便等。 丙烯酸清漆具有良好的耐候性、保光性和耐黄变性，且为单组分，使用方便，价格低于聚氨酯清漆。

（2）清漆的生产 清 漆 成膜物质、助剂溶解分散于溶剂中 助 剂 成膜物质 溶 剂 稀释剂 减少文字说明，增加图片说明 由于涂料和涂膜都是透明的，因而也称透明涂料。常用的清漆有酚醛清漆、醇酸清漆、聚氨酯清漆和丙烯酸清漆等。 酚醛清漆价廉，其涂膜光洁坚韧，并具有很好的耐入性、耐水性和耐光性，缺点是涂膜硬度不高，耐热性差，在紫外光的作用下易黄变等。 醇酸清漆的特点是涂膜的透明度好、附着力强、光泽度高、耐久性也比酚醛清漆好。 聚氨酯清漆除了具有醇酸清漆的特性外，还具有涂膜硬度高、物理性能更好、耐磨性好，以及耐干、湿擦和耐腐蚀等多种优异性能。缺点是涂料为双组分，混合后应在很短的期限内用完，使用不方便等。 丙烯酸清漆具有良好的耐候性、保光性和耐黄变性，且为单组分，使用方便，价格低于聚氨酯清漆。 助 剂 溶 剂 稀释剂 清 漆

（3）醇酸树脂清漆配方举例 成膜物质 催干剂 溶剂、稀释剂

２、色漆 是由成膜物质和一定数量的颜料及其他助剂，经研磨调配而成的有色涂料，分为底漆和面漆 颜料对色漆性能的影响 颜料的颗粒形态和状态：平均粒度及分布、粒子硬度、结晶状态、含水量（干燥程度）等 颜料的吸油量：100ｇ颜料耗用精制亚麻油的克数；吸油量决定（颜料／漆料树脂）配比 颜料粒子的表面性质：影响颜料的润湿分散及稳定性

二、色漆配方制订程序 PVC↑ →涂膜光泽度↓ （一）颜料在色漆中的用量 1. 颜料体积浓度（PVC） ＰＶＣ值与面漆光泽度关系 2.颜基比（质量比） PVC↑ →涂膜光泽度↓ 有光 半光 无光（亚光） 3~20% 40~55% 45~60%

二、色漆配方制订程序 （二）基础配方（标准配方）的拟定 树脂、颜料、溶剂、助剂选择 （三）生产配方的拟定 PVC值不变，其他指标调整

三、颜料的分散及稳定 （一）色漆-颜料在漆料中的分散体系 （二）颜料分散的过程：润湿、分散、稳定 1.颜料的润湿 2.颜料的解聚（研磨与分散） （三）分散体系的稳定 （四）工艺配方 （五）研磨漆浆的方式 （六）研磨漆浆的组成

涂料生产：研磨分散设备 A 高速分散机 B 球磨机 C 砂磨机 D 三辊机 解决问题： 颜料细度的保证及均匀、稳定的分散 增加色浆图片及混合情况 解决问题： 颜料细度的保证及均匀、稳定的分散

A、高速分散机 Speed Mixers

高速分散机工作过程

B、球磨机Ball Mills 立式球磨机 卧式球磨机 球磨机筒体内装有不同直径的研磨球（钢球、钢棒、钢段、砾石）。筒体由电动机、减速器、周边传动齿轮等拖动旋转。被粉碎的物料由给料器经中空轴送入磨矿机内。         球磨机当筒体旋转时，装在筒体内的研磨介质在磨擦力和离心力作用下，随着筒体回转而被提升到一定高度，然后按一定的线带度而抛落，球磨机中于是对筒内物料产生冲击、磨削和挤压，使物料粉碎。

球磨机工作原理

C、砂磨机Bead Mills 卧式砂磨机 卧式砂磨机 Copyright cdytjx.com(2008) 成都市新都永通机械厂 版权所有 蜀ICP备08010954号 技术支持：028-66386880　服务热线：13980515028　传真：028-83290812 , 重庆分公司　电话：023-86139036 传真:023-86139038 客户地区主要分布：四川、重庆、云南(昆明)、贵州(贵阳)、广西(南宁)、湖南(长沙)、湖北(武汉)、陕西(西安)、甘肃(兰州) C、砂磨机Bead Mills 卧式砂磨机 卧式砂磨机 研磨珠直径范围在0.3-2.5mm之间（特殊情况可以到3-4mm） 卧式砂磨机适用范围Horizontal Sand Mills 卧式砂磨机适用于油漆涂料、油墨、颜料染料、药品、化妆品、食品、造纸、电子原料等中黏度液体原料的研磨制造；特别适用于粘度大、细度小、易挥发的物料(密闭式研磨)。 卧式砂磨机工作原理 卧式砂磨机是连续操作的全密闭式的湿法研磨分散机械，由泵浦输送液体原料进入卧式砂磨机密闭研磨缸内，再由主机推动介子研磨珠高速运转，使原料在狭窄的研磨珠间隙中经加压高速旋转冲击，产生混合、乳化、分散、搓揉、滚动等研磨功能，迅速将物料颗粒磨细和分散聚集体，从而达到原料要求的细度和很窄的粒度分布范围。 研磨后再由高速旋转的坚硬钨钢分离隙缝输出研磨缸外，而研磨珠仍被留在缸内。为一次循环研磨作业，连续循环研磨细度可达5μm以下。 Paints and inks, Pigments and Dyestuffs, Cosmetics, Food processing, Pharmaceuticals, Electronics materials and other medium to high viscosity liquid materials. Horizontal Type Sand Mills The four shaft high viscosity planetary mixer uses gears transmission to drive two low speed impellers rotating in the same directions, producing the interactive kneading, twisting and dispersing effects. Horizontal type sand mill was designed to grind in high speed within a closed and pressure chamber to prevent the solvent from volatilization. This will ensure the operators working in healthy environment. Furthermore, save the energy to reduce the production costs. He work flows are begun by pumping liquid raw materials into the closed chamber, followed by starting Main motor to drive the grinding medium bead to rotate in high speed, which force raw materials dwell in a very narrow space and impacted by the high speed accelerated movements and rotation of the grinding beads, After mixing, emulsification, dispersing, kneading, and rotating, the raw materials will achieve its fineness. The finished raw materials will be out through the high speed rotation tungsten steel separation gap. Horizontal type sand mills are ideal for passage and circulation process as well. The circulation process can achieve fineness under 5µ. When cell suspensions are agitated in the presence of small steel or glass beads (usually 0.2 -.1.0 mm diameter) they are broken by the high liquid shear gradients and collision with the beads. The rate and effectiveness of enzyme release can be modified by changing the rates of agitation and the size of the beads, as well as the dimensions of the equipment. Any type of biomass, filamentous or unicellular, may be disrupted by bead milling but, in general, the larger sized cells will be broken more readily than small bacteria. For the same volume of beads, a large number of small beads will be more effective than a relatively small number of larger beads because of the increased likelihood of collisions between beads and cells. Bead mills are available in various sizes and configurations from the Mickle shaker which has a maximum volume of about 40 ml to continuous process equipment capable of handling up to 200 Kg wet yeast or 20 Kg wet bacteria each hour. The bead mills that have been studied in most detail are the Dyno-Mill and the Netsch-Molinex agitator, both of which consist of a cylindrical vessel containing a motor-driven central shaft equipped with impellers of different types. Both can be operated continuously, being equipped with devices which retain the beads within the milling chamber. Glass Ballotini or stainless steel balls are used, the size range being selected for most effective release of the enzyme required. Thus 1 mm diameter beads are satisfactory for the rapid release of periplasmic enzymes from yeast but 0.25 mm diameter beads must be used, for a longer period, to release membrane-bound enzymes from bacteria. 立式砂磨机适用范围Vertical Bead Mills 立式砂磨机又称立式珠磨机，广泛应用于油漆涂料、化妆品原料、食品、日化、染料、油墨、药品、农药、磁记录材料、铁氧体等工业领域，对其液固物料进行湿式搅拌、砂磨、分散的高效研磨分散设备。与球磨机、辊磨机、胶体磨等研磨设备相比较，砂磨机具有生产效率高、连续性强、成本低等优点。。 立式砂磨机工作原理 立式砂磨机的研磨作业是送料泵将经过预分散、湿润处理的浆液由研磨缸下方往上送进研磨缸内，研磨珠比重较重会往下掉，使原料在具有压力的研磨缸内产生上下对流，原料在研磨珠间隙中经加压及高速旋转交亘冲击中, 产生乳化、分散、搓揉、研磨等功能，而能快速达到要求的细度，研磨后再由高速旋转的坚硬钨钢分离隙缝输出研磨缸外，为一次循环研磨作业，连续循环研磨细度可达5μm以下。 立式砂磨机的特性是原料由下往上压送由上方出料，所有送入研磨缸内的原料百分百经过完全研磨，所以能达到完整的研磨效果；且在全密闭的研磨缸内运转研磨，所以没有溶剂挥发污染空气的问题，能确保工作人员的身心健康。 Vertical Type Bead Mills The vertical and integrated design of grinding mechanism, feed pump and electric controlled box make the mill ideal for easy operations and space saving. The inner layer of the cooling jacket design grinding chamber made from heat treated chrome steel hardness reached to HRC62°. The wear-resistant characteristic is the best in its category. The outer layer made from SUS304 Stainless steel. The circulating cooling system effectively maintains the optimal operating temperature. The grinding chamber can be rotated 360° for easy dismantle, cleaning, assemble and adjustment maintenance. Loading grinding beads is easy.

C、砂磨机Bead Mills（续） 立式砂磨机

C、砂磨机Bead Mills（续） 篮式砂磨机 Basket Mills