涂料配方设计的要点及方法

0 引言涂料工业涉及汽车行业、国防工业、建筑行业、船舶行业、家电行业、交通运输行业、石化行业、电子行业、航空行业等领域，并在各行业中起着不可或缺的作用。并且，涂料涉及的学科众多，主要涉及材料科学、表面处理、聚合物化学、有机无机化学、界面化学、流变学、分散技术、物理化学、纳米科学等学科。概括而言，涂料具有以下诸多特点：(1) 属于新材料领域，精细化工材料；(2) 是半成品；(3) 体系复杂；(4) 涉及学科多；(5) 使用领域宽；(6) 被涂底材五花八门；(7) 制造设备通用，但须精细控制；(8) 施工设备繁多，有适应性要求；(9) 施工质量与环境条件有关；(10) 日趋严格的环保要求对涂料的结构和配方设计有影响。众所周知，涂料主要由基料(树脂)、颜填料、溶剂和助剂四大组分组成。其中，基料是能附着在底材上，并能形成连续涂膜的材料，大多数情况下是有机聚合物。溶剂(或挥发性组分)是能溶解(或分散)基料，并能使涂料流动，适合施工的液体。它们能在施工过程中或施工后挥发释放出。水性涂料中的水也属于溶剂。颜填料则分散在漆料中，在涂料成膜后仍保持在基料中的悬浮状态。它为涂膜提供色彩、遮盖力和其他特殊功能。助剂是用量很少的添加剂，用以改善涂料在制备，施工和成膜后的很多性能。涂料的主要功能：(1) 对终端产品如桥梁、飞机、化工厂设施等提供保护。(2) 对终端产品如木器、家具、罐听、建筑物、汽车等提供装饰。(3)对终端产品如轮船、火箭等提供各种功能。1 涂料配方设计的一般原则涂料配方在设计时要考虑的因素很多，主要因素见表1 所示。11 界面作用112 界面作用的重要性界面作用对配方设计十分重要：如涂料干(湿)膜与空气之间的界面液固、固固界面，会影响涂膜的外观；涂料树脂与颜、填料之间的界面液固界面，则影响颜、填料的分散效果；而涂料与底材之间的界面液固、固固界面，会影响涂料在底材上的附着力、机械性能等。研究涂料之所以一定要研究界面，是因为：(1) 涂料是一种多组分体系树脂(基料)、颜填料、溶剂、助剂。在体系内部存在很多界面，特别是颜填料和树脂、溶剂之间的界面；(2) 涂料是一种半成品，必须涂覆在工件、产品、结构上，才能提供保护、装饰、功能等作用，必然要研究与底材之间的界面；(3) 涂料经施工后，有一个干燥、固化的过程，其中必然要考虑到涂膜(湿)表面和空气之间的表面，以保证能提供良好的涂膜外观，防止表面缺陷的出现。为了解决涂料在钢铁底材上的附着，必须研究钢铁底材的结构及形貌。钢铁表面、钢铁镀锌表面和磷化膜表面形态分别见图1、图2 和图3。钢铁表面粗糙度见图4。