乳胶漆配方设计有用吗

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乳胶漆配方设计

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《涂料配方设计6步》是2014年化学工业出版社出版的图书，图书作者是李桂林、苏春海。

作者：李桂林、苏春海编著

出版日期：2014年11月

涂料配方设计是生产的前提,在涂料行业中占有重要的地位。本书充分利用涂料各基元组分的本质特性、基本原理、优势技术、预测规律、操作规则及合理的设计思路，以理论加案例的形式,全面讲解了如何以模块化的理念进行涂料配方设计，包括涂料成膜物体系设计、涂料颜填料体系设计、涂料助剂体系技术、涂料溶剂体系设计、涂料配方组成体系设计、涂料配方应用体系设计等6步设计方法。每一步都包括设计原理、设计关注点、原料选择、注意事项以及设计举例等内容。本书带给读者全面、宏观、新颖、实用的涂料配方设计与剖析方法，并提供了常用的参数、配合比例等。

本书理念新颖、理论系统、内容全面、实例丰富，可供涂料研制、开发和生产等领域的专业技术人员以及高校精细化工、高分子材料等专业的师生参考，也可作为企业涂料配方研发人员的培训教材。

第一章涂料配方设计概述1

　　第一节涂料配方设计要点1

　　一、涂料配方设计的目的与措施1

　　二、服役环境对涂料配方设计的要求2

　　三、涂料应用要求与检测标准5

　　四、涂料配方设计路线与内容6

　　五、涂料配方设计方法8

　　六、涂料配方设计通则10

　　第二节涂料配方设计应用技术12

　　一、成膜物结构更新技术12

　　二、协同增效技术14

　　三、复配改性技术16

　　四、助剂匹配技术19

　　五、纳米复合技术20

　　第三节涂料配方设计6步概述23

　　第二章涂料成膜物体系设计25

　　第一节成膜物品种与用途25

　　一、成膜物性能简介25

　　二、基料类型与用途26

　　三、交联固化剂品种及应用48

　　四、活性稀释剂品种与用途51

　　第二节成膜物固化及固化体系55

　　一、固化促进剂品种和应用55

　　二、成膜物的成膜方式61

　　三、物理成膜体系63

　　四、化学成膜固化体系64

　　五、成膜物复合固化体系71

　　第三节成膜物固化体系组成技术76

　　一、成膜物及固化促进剂选用规则 76

　　二、固化体系组分配比计量78

　　三、固化体系组成选择试验82

　　四、成膜物固化体系应用举例89

　　第四节使用成膜物的安全措施91

　　一、使用胺类化合物的安全措施91

　　二、使用异氰酸酯化合物的安全措施92

　　三、丙烯酸酯类单体的危害性及防护94

　　四、沥青的危害及预防96

　　第三章涂料颜填料体系设计98

　　第一节颜填料品种及用途98

　　二、防锈颜料104

　　三、无机体质颜料（填料）106

　　四、有机体质颜料111

　　第二节颜填料应用特性113

　　一、颜填料本质特性113

　　二、颜填料专用特性116

　　三、颜填料功能性118

　　四、颜填料反应性121

　　第三节颜填料表面处理123

　　一、颜料表面处理技术123

　　二、填料表面处理技术126

　　第四节选用颜填料操作技术128

　　一、颜填料体积分数和颜基比128

　　二、颜填料润湿与分散135

　　三、选用颜填料规则141

　　四、选用颜填料的关注点143

　　五、涂料用颜填料选择146

　　第四章涂料助剂体系设计156

　　第一节助剂品种及用途156

　　一、助剂类型及作用156

　　二、润湿剂及分散剂158

　　三、流变控制剂162

　　五、防缩孔、流平剂167

　　六、增滑及抗划伤剂170

　　七、防霉杀菌剂171

　　八、成膜助剂172

　　十一、光稳定剂179

　　十二、阻燃剂180

　　十三、消光剂183

　　十四、纳米助剂186

　　十五、其他助剂189

　　第二节助剂结构及应用特性194

　　一、助剂结构与性能关系194

　　二、助剂的应用特性203

　　三、助剂的协同效应204

　　四、选用助剂的关注点207

　　第三节匹配助剂体系212

　　一、助剂的匹配规则212

　　二、匹配助剂体系选择213

　　三、匹配助剂组成215

　　第四节助剂使用技术217

　　一、选用助剂的基本原则217

　　二、助剂使用方法与加入方式217

　　三、选择涂料助剂组分229

　　四、用助剂解决涂料及涂膜的弊病238

　　第五章涂料溶剂体系设计241

　　第一节溶剂的作用与种类241

　　一、溶剂的作用241

　　二、溶剂的种类242

　　第二节溶剂的基本性能245

　　一、溶剂的溶解力245

　　二、溶剂的挥发性246

　　三、溶剂的表面张力 250

　　四、溶剂的电性能 251

　　五、溶剂的黏度252

　　六、溶剂的其他性能252

　　七、水及助溶剂性能253

　　第三节溶剂应用特性256

　　一、丙二醇丁醚在水性涂料中应用256

　　二、苯甲醇的不同功效257

　　三、二甲苯应用特性257

　　四、酮类溶剂结构及专用性能259

　　五、高沸点溶剂应用特性261

　　六、溶剂对涂膜内应力的影响262

　　第四节选择溶剂关注点263

　　一、选择溶剂注意事项263

　　二、涂料用溶剂选择示例264

　　三、溶剂的安全性267

　　四、溶剂低污染化及绿色化270

　　第六章涂料配方组成体系设计273

　　第一节涂料配方组成设计要求与程序273

　　一、涂料配方组成设计要求273

　　二、涂料配方组成设计程序274

　　三、涂料基础配方组成设计示例275

　　第二节涂料配方实用化设计279

　　一、涂料配方系列化设计279

　　二、涂料配方配套化设计282

　　三、涂料配方组分优化设计286

　　四、涂料非原标考量设计289

　　五、涂料试样现场考核292

　　第三节涂料配方组成与应用举例293

　　一、常规及专用涂料配方及应用293

　　二、功能性涂料配方及应用301

　　三、水性涂料品种及应用306

　　第七章涂料配方应用体系设计311

　　第一节涂料制造技术311

　　一、涂料制造设备与工艺选择311

　　二、涂料制造的操作程序314

　　三、涂料质量问题及解决办法320

　　四、涂料制造安全防护及废弃物治理324

　　第二节涂料涂装技术330

　　一、被涂物件表面处理及其质量评定330

　　二、涂料品种及配套体系选择335

　　三、涂料用量及价格计算346

　　四、涂料涂装操作要点352

　　五、涂料涂装举例359

　　第三节涂料及涂膜性能检测369

　　二、液态涂料性能检测371

　　三、涂料施工性能检测377

　　四、涂膜性能检测380

　　第四节涂料配方设计创新与效率390

　　一、涂料配方设计创新390

　　二、涂料配方设计效率392

　　三、涂料开发应用建议395

1. ．，[引用日期]

}

时间: 18:51来源:江门职业技术学院作者:曹晓瑶,陈焕明,黄元盛

“君欲善其事，必先利其器”，这句出自《论语》孔子的话就是告诉我们凡事若要做的好，首先得选择好工具也就是讲究方式方法。涂料要做的好也需讲究涂料配方设计的方式方法。涂料，就是涂覆在被涂物表面并能形成牢固附着的连续薄膜的材料。涂料在被涂物表面涂覆后起简单装饰、保护作用，或赋予基材某种特殊功能。

现代涂料工业的发展正朝着功能化、高装饰性、环保与低成本化方向发展，因此涂料配方设计首先要把握住现代涂料的发展方向。大多数涂料是由基料(一种

的混合物)、颜填料、溶剂以及一些少量的

所组成。在设计配方前首先应对涂料的各个组分以及各组分所采用的原材料有充分的认识和了解。如基料决定该涂料的基本性能；

主要赋予涂料色彩和遮盖力；填料主要赋予涂料质感，降低成本；溶剂用于溶解树脂，调节涂料挥发速度等施工性能；

可以改进生产工艺，保持贮存稳定，改善施工条件，提高产品质量，赋予特殊功能。只要开发出适宜性价比，满足不断翻新的人类社会需求，符合一定的使用环境和所需寿命要求的产品，就达到了涂料配方的设计目的。

涂料配方设计虽有一定的理论指导，但主要是基于实践中的经验方法，需要经过配方设计、配制实验、性能检测、调整配方这样一个反复进行直到最后得到一个满意的配方。

1 涂料配方设计一般步骤

涂料配方设计一般来说，先根据涂料的使用要求，即涂料在工作环境下应具备的性能来选定基料树脂和颜料，再根据施工要求和选定的基料来确定溶剂，最后再考虑添加助剂，形成一个初步配方。涂料成分的性质是多元的，各成分之间匹配组合，存在物理化学作用、协同增效等效应，各组分的绝对数量和它们的相对比例对涂料的性能有很大影响，因此设计配方时要选择好每一组分并充分考虑各组分之间的交互作用。

1.1 成膜物种类的选择并确定其用量

成膜物的选择应根据涂料的应用性能结合各种树脂的物理化学性质来确定。以成膜物化学结构和成膜机理为依据，预测涂料性能并确定成膜条件与方式。李桂林介绍了一种确定成膜物组成的方法-涂料性能预测法，它是一种通过计算与成膜物相关的涂膜某种性能参数从而实现对成膜物进行选择的方法。如通过对成膜物形成涂膜的有效交联密度(P)和渗透指数(PI)等参数计算，预测涂膜防腐蚀性介质渗透能力，确定成膜物品种、配比和固化体系，减少试验次数，提升配方设计水准。

1.2 颜填料种类的选择并确定其用量

涂料配方的变化基本上也就是基料与颜填料之间比例的变化。所谓颜/基比(P/B)是指颜料的质量和基料固体分质量的比值。不同用途的涂料采用不同的颜料基料比。

在配方的最初设计阶段采用颜/基比是非常实用的。一般来说面漆的P/B约为0.25~0.9︰1，而底漆的P/B约为(2~4)︰1之间。建筑用乳胶涂料，通常外用型P/B为(2~4)︰1；而内用乳胶涂料在(3~7)︰1范围内。如为有光乳胶涂料，P/B往往要小于1.0。通过P/B可以大概推知涂料的某些性能。

颜基比虽然在设计涂料配方时比较简单方便，但在应用上尤其是在对组成不同的涂料进行性能试验结果比较时很难说明问题。由于涂料许多物理性能与颜料体积浓度(

)的变化有一比较明确的对应关系，因此可以通过计算颜料及临界颜料体积浓度(

)来帮助设计涂料配方。此方法更准确简便，所设计出来的配方与涂料的期望性能很接近，因而会大大减少实验量。颜料体积浓度(PVC)是指涂料中颜填料的体积与配方中所有固体组分(包括树脂、

的固体组分和颜料、填料等)的总体积之比(计算过程只要先将各组分换算成固含量再换算成体积即可)。

式中，Mi：颜填料质量；Mj：漆基(树脂)质量； ρi：颜填料密度；ρj：漆基(树脂)密度。i=1~n，表示不同颜填料的品种；j=1~m_表示不同漆基的品种。

PVC的取值可以从0(即完全是基料)到1到100(即完全是颜料)变化，在此范围内有个临界点即堆积状颜料层的空隙刚好完全被基料充满，这个临界点就称作临界颜料体积浓度CPVC。

颜料体积浓度的主要特征是在低于CPVC时，颜料粒子很少接触，而高于CPVC时基料被空气取代，在CPVC浓度两侧涂料性质例如：附着力、机械性能、遮盖力、光泽等发生突变。因此在设计涂料配方中可以作为一个重要的参照点。涂料品种和PVC/CPVC的一般对应关系如图l所示。

在具体反复多次的计算过程中可借用计算机在EXCEL数据库中进行。通过调整树脂及颜填料的加入量可以得到合适的PVC/CPVC的值。

以上1.1和1.2已确定了涂料配方的基本组分，为了满足性能上的要求还须使用一些溶剂和助剂，用于溶解树脂，调节涂料的粘度，总固体份，挥发速度等，使得涂料骨架合理，符合施工条件以及使用要求。

设计一个涂料的初步配方不难，但是对此配方进行调整以使得到所有要求的良好性能就不是一件容易的事情，必须经过反复实践，反复认识的过程。在调整涂料配方时候我们可以采用一定的数学统计方法，以便在较少的实验次数获得较好的配方。

2 涂料配方调整的数学统计方法

数学统计方法可以帮助我们以较少的实验次数获得较好的配方从而取得事半功倍的效果。

涂料配方通常包含多个组分，因此其配方方案设计的思维方法是属于多因素多水平试验设计。此类配方设计方法通常有正交试验法和均匀设计法。

所谓正交实验法就是利用数理统计的概念和正交原理所编制的规格化正交表，恰当地设计出试验方案和有效地分析试验结果，提出最优配方和工艺条件，进而设计出可能更优秀的实验方案的一种科学方法。主要包括以下步骤：

(1)确定因素。这里的因素是指对所测试项目性能有影响的几个主要因素。

(2)确定因素的取值范围。因素的取值范围是指影响所测试项目性能的较大的几个因素，根据一定的理论知识和经验条件完成对因素水平范围的选取，也可提前通过简单的实验确定某个影响因素例如温度的大致范围。

(3)选择正交表。根据确定的因素和水平，选择合适的正交表。下面列举两例规格化的正交表见表1和表2。

(4)填写正交表格。将所确定的因素和水平对号入座填入所选择的正交表格，在分析结果时该表还要添加其他的行和列，例如极差等。

(5)测试结果分析。采用极差的直观分析法或者统计学的方差分析法对测试结果数据进行分析，找出对被测试项目影响最大的因素以及最佳的因素水平组合。

骆光林等通过正交试验得出对彩喷纸白度和平滑度而言最优的聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)以及涂布量的数值。正交法的优点是从方案设计到结果分析都完全表格化，试验具有均匀分散、整齐可比性，是安排多因素试验的有效方法，因此被广泛应用。

有些试验，由于影响因素很多，每个因素变化范围大，水平也多，即使采用正交设计法，试验次数也太多，因此可采用“均匀设计法”，这种从均匀性出发的试验设计，是近年来由中国数理统计学家方开泰、数学家王元发明并逐步被推广应用的“均匀设计法”。均匀设计法最先应用于中国航天三院在研究航对舰飞航导弹运行条件中的难题。按常规该难题要做约2800万次的试验，根本不可能实施。按正交试验法，找不到这样庞大的正交表，而方开泰等应用均匀设计试验，只用5因素31个水平，仅做31次试验，其效果接近2800多万次的试验，成功地解决了此难题。均匀设计具有一系列的优点：(1)布点均匀，代表性好；(2)每个因素每个水平只做一次试验，试验次数与水平数相等；(3)试验次数只按水平数增加而增加。例如水平数从3增到4，试验次数相应从3增到4

试验次数却从32=9增到42=16)；(4)可以通过计算机给出的定量方式，进行数据处理如进行多元线性回归分析，分析某些因素对某项指标的影响，此时建立试验指标—各因素水平关系的回归模型，即数据分析是均匀设计中的最重要的环节之一。数据分析一般要应用回归分析法，因为它能够可靠地判断变量之间是否存在相关关系、定量地描述变量之问的关系、揭示影响因素的主次、可用于预测或控制。这里往往要应用计算机辅助设计建立回归模型。姚钟尧在均匀设计法设计异戊胶配方试验中选择了三个因子及用量范围：X1-半补强炭黑20~40；X2-硫磺0.8~2；X3-促进剂(TMTD)0.8~2.2，考察胶料的拉伸强度Y1(MPa)、扯断伸长率Y2(%)、撕裂强度Y3(Kn/m)和扯断永久变形Y4(%)。得出的试验结果，作者应用自己开发的计算机辅助试验研究系统对所得结果数据进行回归分析，采用三元线性回归模型-(Y=b0+b1X1+b2X2+b3X3)拟合数据得出回归方程，找到了X1，X2，X3与Y的函数关系，进一步通过显著性检验剔除那些次要的、可有可无的变量，重新建立更为简单的回归方程，以利于更好地对Y进行预报和控制，但为找到最佳方程还是得考虑多元二次逐步回归分析，这就更加依赖于计算机辅助设计对繁多庞大的数据进行回归拟合分析。这也是方开泰先生强调的均匀设计的数据分析做法[2,8-9]。回归分析法看似很繁杂，但借助计算机辅助软件其实也不是很难。因此对研发出合适的涂料配方我们充满信心。
总之，以熟知成膜物和颜填料基本特性为基础，充分考虑溶剂(包括水)和助剂的功效，正确理解正交设计法和均匀设计法各自的条件和优势后，熟练应用，这样我们才能在实验中取得事半功倍的效果，即以最小的试验次数获取最多的有用信息，逐步缩减试验范围最终设计出合理的涂料配方，研发出符合潮流发展方向的涂料新品种。

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