涂料的基本原理

涂料的黏结力和内聚力

一般来说，低极性、高内聚力的物质(例如聚乙烯)有很好的机械性质，但黏结力很 差。这种物质由于不能黏附在基质上，作为涂料是没有价值的；而内聚物质又常常很难溶 解，有低度的内聚就有低度薄膜强度及薄膜完整性。例如，高胶黏性的压敏黏合剂事实上可 以黏附于任何基质，但都不能给塑料带提供任何保护作用。这种黏附膜对摩擦没有任何抵抗 力，不具有硬度和张力强度，没有溶剂抵抗力和冲击抵抗力，而且对气体是可渗透的。所有 这些性质都是由于它是低内聚力物质所致，因此也不可能用作涂料。

内聚力是向内的力，黏合力则是向外的力。具有高度内向力的物质就不再 有更多的黏合力。这个问题尽管十分简单，但却集中了涂料化学家们的主要研究精力。另一 个相关的问题是收缩，当溶剂和水蒸发时，高分子薄膜必须收缩，当不饱和聚酯或环氧树脂 涂料应用时要发生聚合，也就是固化。高分子固化时伴随着收缩，收缩引起了张力，破坏了 黏合，造成薄膜从基质上剥离。假如黏合力很强，它就能收缩平衡。颜料和其他填充剂，特 别是无机化合物也有相同的作用。如果薄膜有一定的伸缩性，即使内聚力较小，收缩也少， 例如，环氧树脂的黏结力强，收缩很少；而不饱和聚酯的收缩则较多。

涂膜的固化机理

涂料的固化机理有三种类型，一种是物理机理，其余两种是化学机理，分述如下。

物理机理干燥

只靠涂料中液体（溶剂或分散相）蒸发而得到干硬涂膜的干燥过程称为物理机理干燥。 高聚物在制成涂料时已经具有较大的相对分子质量，失去溶剂后就变硬而不黏，在干燥过程 中，高聚物不发生化学反应。

涂料与空气中的氧反应

氧与干性植物油或其他不饱和化合物交联固化，产生游离基引起聚合反应，水分也能和 异氣酸酯发生缩聚反应，这两种反应都能得到交联的涂膜，所以在贮存期间，涂料罐必须密 封良好、与空气隔绝。属于这个机理的涂料有油脂漆和醇酸树脂漆等。

涂料组分间的反应使其交联固化

涂料在贮存期间必须保持化学上稳定，固化反应必须要求发生在涂料施工以后进行。为 了达到这个目的，可以有两种方法。第一种方法是采用将相互能发生反应的组分分罐包装， 在使用时现用现配，但有时这种方法在施工时比较麻烦。因此也有用溶剂将两种组分充分稀 释，使其相互间的反应进行得十分缓慢，而当涂料施工后，溶剂挥发而使反应性组分的浓度 提高，反应才能很快进行，当然这种涂料贮存期是不会很长的。另一种方法是选用在常温下 互不发生反应，而只有在高温下或受辐射时才发生反应的组分。不论用哪种方法，这种交联 型涂料的反应性组分一般是黏性的、相对分子质量较小的聚合物或简易化合物"它们只有在 施工后发生交联反应才能变为硬干的涂膜。属于这种机理的涂料有以氨基树脂交联的热固性 醇酸树脂、聚酯和丙烯酸涂料等。

涂料配方的基本知识

在涂料制造过程中，首先要正确选择合适的组分，使每种组分本身的性能均能满足涂料 的使用要求，然后要拟定各组分的相对比例，这就是配方设计的内容。着手进行配方设计 时，一般将釆取三个步骤：

① 先根据涂料的使用要求选定基料树脂和颜料；

② 据施工要求和已选定的基料树脂来确定溶剂和稀释剂；

③ 决定是否需要加入其他助剂、需要什么样的助剂

色漆的配方在选定了合适的组分之后，决定涂料特性的最重要的因素是颜料体积浓度。 颜料体积浓度就是涂料中颜料和填料的体积与配方中所有非挥发分（包括基料树脂、颜料和 填料等）的总体积之比；溶液的组成影响涂料的干燥时间、成膜性能和施工特性，同时，它 对控制和改进涂料的黏度及流平性也有极大的作用。

当前，涂料工业已得到极大的发展，据不完全统计，现有涂料品种已逾万种，而新的涂 料品种还在不断地涌现与开发之中，要逐一讨论所有的涂料配方是不可能的，主要是要掌握 配方设计的基本原理。

由于底材的使用环境不同，故对涂膜的性能也提出种种不同的要求（如防锈要求、耐酸、碱性要求、装饰要求等）。而涂料配方中各组分的用量及其相对比例又对涂料的使用性 能（如流平性、干燥性等）和涂膜性能（如光泽，硬度等）产生极大的影响。所以，建立一 个符合使用要求的涂料新配方是一个复杂的课题。根据一些基本知识、原理所设计的涂料配 方，还需进行必要的试验，才能寻找出真正符合使用要求的涂料配方。