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涂料的基本理论

 本文的主标题的启示来自于PPG公司著名的涂料专家,1987年美国化学会Roy Tess 奖获得者,Marco Wismer在十五年前发表的一篇文章的题目“涂料技术——我们为什么得不到足够的尊重(Coatings Technology——Why We Don’t Get E-nough ResPect)”十五年前,M.Wismer的文章写出了涂料科技人员默默奉献的心情,其大意是,许多年来,涂料工业中的研究工作和技术工作如同传教士和修道士的工作,那么孤寂,沉湎于传统之中,但是,他们更了解,他们的修道土般的工作能在职业上和在物质上带来多么大的成功。他又感慨地写道,尽管现在涂料工业中高技术的价值已经明确的建立起来了;尽管涂料产品已经给社会创造了难以计算的巨大价值;尽管涂料工业中产生的科学含量越来越高,但是,我们仍无法赢得其他工业界同辈们的尊重。M.Wismer在分析了原因后指出,从有历史纪载以来就有涂料,但直至最近,油漆生产仍被认为是一门手艺 (an art),而不是一门科学(not a science)。涂料生产从作坊式转变为现代工业还是近二、三十年的事,但他还是满怀信心地写道,如你能注视一下当今涂料技术中的前沿性的科学研究工作,就会发现是综合了多门学科,包括聚合物化学、有机化学、无机化学、分析化学、电化学、表面与胶体化学、 流变学、色彩物理学、化学工程、腐蚀、粘接、材料科学、微生物学、光化学和物理学。而且,有潜力要把涂料工业变成美国顶尖研究生最令人激动和吸引力的产业之一。我们可以认为,到了十年代,涂料技术已经发展成为一门科学。1988年美国 Southern Missis.sippi大学R.B.Seymour教授发表了一篇题为“涂料科学技术的最新进展(Recent Advances in Coatings Science。 TechnoIogy)’12]。他也同样写道,油漆制造是人类最古老一门应用技术,而现在,生产的涂料已是无处不在和人皆知之,可是,顾客只是欣赏涂料赋予的保护和美丽,并没有感觉到涂料本身的存在,只有当涂料失败时,才会注意到涂料的存在。有些化学家看不到涂料的复杂性

  和对化学学科的贡献而轻视涂料,更有些人把涂料称为“无知的行为”。R.B.Seymour认为,涂料技术通过多年的努力,如 M.Wismer等人取得的成就,已经成为一门科学。这里,我们应该值得提到,就在那个年代出版了代表涂料科学理论的几本著作,有T.C.Patton的“涂料流动与颜料分散(Paint Flow and PigmentDispcersion,Sec.Ed,1979 )”, R.W.Tess的“应用聚合物科学 (Applied Polymer Science,Sec. Edi. 1985), S. Paul的“表面涂料科

  学与技术(Surface Coatings Science and Technology, 1985)”,G.D.Parfitt和A.V.Patsis的“有机涂料—科学与技术(Organic Coatings-Science and Technogy。1986)”。从这里可以看出,通过六十、七十年代诸多涂料专家和科学家的贡献,以及涂料工业的发展和对社会的贡献,涂料技术已经成为一门科学。这些涂料专家和科学家中,我们可以列举地几位,如有Baker公司的T.C.Patton,Dow化学公司的N.Sarkar,PPG公司的M.Wismer和R.E.Smith, North Dakota州立大学的Z.W.Wicks, Southern Mississippi大学的R.B.Seymour和加拿大Waterloo 大学的A.Rudin等。

  那么今天,涂料科学得不到足够的重视是不是反映了我国涂料界的当前情况。本文并不想去回答涂料科学为什么得不到足够的重视这个问题,这个问题应该留给我国涂料界来讨论和回答,本文只想概述一下有关涂料科学的基本理论,企求对我国涂料界在重视涂料科学理论上有所裨益。

  笔者认为,涂料科学的基本理论应包含以下内容:

  ①涂料用树脂(聚合物)的分子设计与合成;
 
  ②颜料在聚合物溶液或分散体中的分散性与稳定性;

  ③涂料配方原理及其评价方法;

  ④涂料流动与流变性质;
 
  ⑤涂料的成膜与固化。

  下面分别简述其内容要点。

  1 涂料用树脂(聚合物)的分子设计与合成

  大家知道,尽管能用于涂料的树脂有很多,有天然的和合成的聚合物,但以下几种合成树脂占据了 90%以上:有醇酸树脂,氨基树脂,酚醛树脂,环氧树脂,有机硅树脂,丙烯酸树脂和聚氨酯树脂。这些树脂在涂料中作为主要成膜物质时,在形态上主要有以下几种。

  ①有机溶剂溶液体系。有机溶剂能溶解聚合物,是均相体系,在热力学上是稳定的。

  ②乳液体系。是以水为连续相,聚合物不溶于水,依赖于表面活性剂,以分散相形式组成的乳状液,为水包油乳液。

  ③水分散体系(水稀释性体系)。以水为连续相,很少或不用表面活性剂,聚合物有一定的亲水性,以分散体的形式存在,体系中可含有一定量的亲水性有机溶剂。

  ④水溶液体系。聚合物通过成盐的办法,使其成为离子聚合物,能溶于水中,还可以加人一定量的水溶性有机溶剂,来提高聚合物的水溶性,是均相体系。

  ⑤非水分散体系。连续相为非水的有机溶剂,一般为非芳烃类(如烷烃、醇类等),低毒性低气味的有机溶剂,聚合物借助于两亲性(即一头亲溶剂,而另一头亲聚合物)的特殊表面活性剂,或聚合物经改性后,以分散体形式存在。

  ⑤粉末体系。固体微粉状聚合物。原则上说,几乎所有的树脂都能制成这些形态,但当同一种树脂制成不同形态时,其分子结构、分子量大小、溶剂及助剂的种类和组成、合成方法等都有很大的不 同。其中几类是常用的,如溶剂型涂料(第一类),乳胶漆(第二类),电泳漆 (第四类),粉末涂料(第六类)。第三类和第四类主要是开发水性涂料和高固分涂料而发展起来的比较新的类型,是当前涂料的发展方向之一。当然,每一种形态根据不同的应用和各自的优缺点都有很大的发展空间,从原料到工艺不断的改进和创新是最重要的,这方面在理论上和技术上每年国内外都有大量的专利文献报道。其中很多站在科学的前沿。例如, 1996年美国 Eastern Michgan大学的F.N.Jones发表了一篇题为“朝着无溶剂液体涂料( TOward Solventless Liquid Coatings)”。

  他们已经作了具有重要意义的开创性工作。还有1996年发表的欧共体的研究项目“自分层涂料”的研究结果,无论在理论上还是在技术上都是非常前沿的。

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Posted @ 2008-3-10 16:33:13  阅读( 636)  评论( 0)  
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