涂膜的基本性质及涂膜的形成2精选PPT.ppt
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1、关于涂膜的基本性质及涂膜的形成2第1页,讲稿共53张,创作于星期二5.5 成膜理论成膜理论用涂料的目的是在基材表面形成用涂料的目的是在基材表面形成 一层坚一层坚韧的薄膜形成连续的涂膜有两个过程:韧的薄膜形成连续的涂膜有两个过程:液态涂料施工到被涂物件表面后形成了液态涂料施工到被涂物件表面后形成了可流动的液态薄层,通称为可流动的液态薄层,通称为“湿膜湿膜”,按照不同的机理,通过不同的方式,变按照不同的机理,通过不同的方式,变成固态的连续的成固态的连续的“干膜干膜”,得到需要的涂膜。,得到需要的涂膜。这个由这个由“湿膜湿膜”变为变为“干膜干膜”的过程通常称的过程通常称为为“干燥干燥”或或“固化固化
2、”。这个干燥或固化过程是成膜的核心。这个干燥或固化过程是成膜的核心。注意注意第2页,讲稿共53张,创作于星期二实质:固化成膜过程发生的变化也就是流动性或实质:固化成膜过程发生的变化也就是流动性或粘度的变化(交联、挥发、分子链缠结)粘度的变化(交联、挥发、分子链缠结)液态涂料液态涂料在施工时需要的粘度是和涂料在施工时需要的粘度是和涂料本身的粘度不完全相同的,涂料通常施本身的粘度不完全相同的,涂料通常施工粘度约在工粘度约在0.051Pa.s之间,之间,要成为具有一定机械性能的要成为具有一定机械性能的”干膜干膜”时即通常所说的达到涂膜时即通常所说的达到涂膜“全干全干”阶段阶段时,这时的粘度至少要达到
3、时,这时的粘度至少要达到107Pa.s以上。以上。第3页,讲稿共53张,创作于星期二 成膜可以分为物理干燥和化学干燥。成膜可以分为物理干燥和化学干燥。n物理干燥物理干燥溶剂性涂料溶剂性涂料:主要是靠溶剂的挥发和分主要是靠溶剂的挥发和分子链缠结成膜子链缠结成膜.乳胶涂料乳胶涂料:水份挥发和乳胶粒凝聚成膜;水份挥发和乳胶粒凝聚成膜;n化学干燥化学干燥 是在室温或高温下通过化学交联反应是在室温或高温下通过化学交联反应形成三维网状结构成膜,形成三维网状结构成膜,交联反应交联反应-通过树脂中不饱和基团的自动通过树脂中不饱和基团的自动氧化或是基团之间进行缩聚完成的。氧化或是基团之间进行缩聚完成的。如何发生
4、交联?第4页,讲稿共53张,创作于星期二5.5.1溶剂涂料的物理干燥溶剂涂料的物理干燥 理想的溶剂性涂料应该是施工时可以自理想的溶剂性涂料应该是施工时可以自由流动,在物件表面上铺展成均匀的膜,然后溶由流动,在物件表面上铺展成均匀的膜,然后溶剂能快速挥发。剂能快速挥发。溶剂的挥发可以分为溶剂的挥发可以分为3个阶段:个阶段:第一阶段第一阶段:溶剂表面快速挥发,导致表:溶剂表面快速挥发,导致表面层聚合物浓度增加;面层聚合物浓度增加;影响因素很多,与表面张力、溶剂本影响因素很多,与表面张力、溶剂本身的蒸汽压有关,还受环境因素(湿度、温身的蒸汽压有关,还受环境因素(湿度、温度、气流)影响度、气流)影响。
5、用挥发速率表征用挥发速率表征5.5成膜理论成膜理论第5页,讲稿共53张,创作于星期二W 溶剂挥发速率,溶剂挥发速率,kg(m2)D 溶剂的扩散系数,溶剂的扩散系数,m2s,M 溶剂的分子量,溶剂的分子量,kg/kmolR 气体常数,气体常数,T 温度,温度,K;C 空气边界层厚度;空气边界层厚度;Pb1,Pb2边界层两边的部分空气压;边界层两边的部分空气压;P 外界压力,外界压力,Pa。第一阶段主要取决于挥发速率第一阶段主要取决于挥发速率第6页,讲稿共53张,创作于星期二第二阶段第二阶段:溶剂挥发,粘度增加,自由体积减小,溶剂挥发,粘度增加,自由体积减小,Tg(混合)增加,趋向于聚合物的(混合
6、)增加,趋向于聚合物的Tgn此时,溶剂的挥发速度取决于溶剂分此时,溶剂的挥发速度取决于溶剂分子达到膜表面的速度,子达到膜表面的速度,受溶剂通过膜的扩散速度所控制受溶剂通过膜的扩散速度所控制第三阶段第三阶段随着溶剂的进随着溶剂的进步挥发,聚合物溶液步挥发,聚合物溶液的的Tg接近成膜温度,自由体积空穴很接近成膜温度,自由体积空穴很少,在涂膜中有残余溶剂的挥发,直少,在涂膜中有残余溶剂的挥发,直至成膜。至成膜。第7页,讲稿共53张,创作于星期二溶剂型涂料中溶剂主要用来调整涂料的粘溶剂型涂料中溶剂主要用来调整涂料的粘度,使之便于涂刷。度,使之便于涂刷。溶剂选择注意溶剂选择注意n溶剂影响涂膜的外观性质,
7、如果溶溶剂影响涂膜的外观性质,如果溶剂挥发太快,高聚物浓度很快升高,剂挥发太快,高聚物浓度很快升高,表面的涂料因粘度过高失去流动性,表面的涂料因粘度过高失去流动性,结果漆膜不平整;结果漆膜不平整;n另外,挥发太快,溶剂蒸发失热过多,另外,挥发太快,溶剂蒸发失热过多,表面温度有可能降至雾点表面温度有可能降至雾点 会使水凝结在膜中,导致漆膜失去会使水凝结在膜中,导致漆膜失去 透明性,强度下降。透明性,强度下降。第8页,讲稿共53张,创作于星期二膜的性能与溶剂本身的挥发性质有关,膜的性能与溶剂本身的挥发性质有关,还与溶剂与聚合物之间的相容性有关。还与溶剂与聚合物之间的相容性有关。溶剂不同会影响漆膜中
8、聚合物分子的形态、溶剂不同会影响漆膜中聚合物分子的形态、在不良溶剂中的聚合物分子是卷曲成团的在不良溶剂中的聚合物分子是卷曲成团的而在良溶剂中的聚合物分子则是舒展松弛的而在良溶剂中的聚合物分子则是舒展松弛的 这种状态影响最后形成的漆膜的微观结构前者分子之间较少缠绕,而后者是紧密缠绕的。第9页,讲稿共53张,创作于星期二5.2.2乳胶漆的物理干燥乳胶漆的物理干燥n乳胶是在表面活性剂存在下聚合物粒子乳胶是在表面活性剂存在下聚合物粒子在水中的分散体系。是通过乳液聚合制在水中的分散体系。是通过乳液聚合制备的。备的。溶剂性涂料的成膜溶剂性涂料的成膜-溶剂的挥发交联缠绕溶剂的挥发交联缠绕乳胶漆成膜乳胶漆成膜
9、-是随着分散介质是随着分散介质(主要是水和主要是水和共溶剂共溶剂)挥发的同时产生挥发的同时产生聚合物粒子的接聚合物粒子的接近、接触、挤压变形近、接触、挤压变形而聚集起来,最后由而聚集起来,最后由粒子状态的聚集变成为分子状态的凝聚而粒子状态的聚集变成为分子状态的凝聚而形成连续的涂膜。形成连续的涂膜。聚合物第10页,讲稿共53张,创作于星期二乳液涂料乳液涂料紧密接触的颗粒紧密接触的颗粒变形颗粒堆积变形颗粒堆积机械刚性涂膜机械刚性涂膜步骤一步骤一水份挥发水份挥发步骤二步骤二TMFT,颗粒变形,颗粒变形步骤三TTg,进一步聚结,进一步聚结 乳液成膜过程乳液成膜过程T:环境温度;MFT:乳液的最低成膜温
10、度第11页,讲稿共53张,创作于星期二带电的乳带电的乳胶粒子有利于乳液的稳定(静电胶粒子有利于乳液的稳定(静电斥力),也给成膜带来一定的阻力。斥力),也给成膜带来一定的阻力。n乳胶漆成膜必须首先克服粒子之间的乳胶漆成膜必须首先克服粒子之间的相互斥力才能凝聚成连续的膜。相互斥力才能凝聚成连续的膜。n已经提出了许多理论来解释乳胶的成已经提出了许多理论来解释乳胶的成膜,其中最具代表性的有膜,其中最具代表性的有凝聚理凝聚理 论、毛细管理论论、毛细管理论和相互扩散理论和相互扩散理论。认为,乳胶的成膜是由于聚认为,乳胶的成膜是由于聚合物表面张力增大导致乳胶粒子的凝聚而合物表面张力增大导致乳胶粒子的凝聚而成
11、的。成的。凝聚理论凝聚理论第12页,讲稿共53张,创作于星期二 在乳胶湿膜中,乳胶粒子在乳胶湿膜中,乳胶粒子-布朗运动布朗运动随着水分蒸发,运动逐渐受到限制,随着水分蒸发,运动逐渐受到限制,最终达到乳胶粒子相互靠近,紧密堆积最终达到乳胶粒子相互靠近,紧密堆积由于乳胶粒子表面有双电层的保护,由于乳胶粒子表面有双电层的保护,乳胶中的聚合物之间不能直接接触,形乳胶中的聚合物之间不能直接接触,形成曲率半径很小的空隙,相当于很小的成曲率半径很小的空隙,相当于很小的“毛细管毛细管”,毛细管中为水所充满由水,毛细管中为水所充满由水的表面张力引起的毛细管力可对乳胶粒的表面张力引起的毛细管力可对乳胶粒子施加很大
12、的压力。子施加很大的压力。毛细管理论毛细管理论什么力量使他们能够紧密堆积?第13页,讲稿共53张,创作于星期二施加于三个被水膜湿润的颗粒上的施加于三个被水膜湿润的颗粒上的毛细管压力毛细管压力水分挥发使颗粒更紧密水分挥发使可变形颗粒融合产生压力P第14页,讲稿共53张,创作于星期二压力压力(P)的大小可由的大小可由Laplacc公式估计:公式估计:为表面张力为表面张力(或界面张力或界面张力),r1r2分别为曲面的主分别为曲面的主曲率半径曲率半径.水分再进一步挥发,表面压力随之不断增加水分再进一步挥发,表面压力随之不断增加最终导致克服双电层的阻力,使乳胶内的聚最终导致克服双电层的阻力,使乳胶内的聚
13、合物间直接接触最终使聚合物粒子变形并合物间直接接触最终使聚合物粒子变形并导致膜的形成压力的大小和粒子大小相导致膜的形成压力的大小和粒子大小相关,粒子越小,压力愈大关,粒子越小,压力愈大第15页,讲稿共53张,创作于星期二乳胶粒子成膜过程还与聚合物的乳胶粒子成膜过程还与聚合物的玻璃化温度玻璃化温度有关,有关,随着毛细管直径的变小,聚合物分子自由扩散进入随着毛细管直径的变小,聚合物分子自由扩散进入邻近粒子中并最终导致单个粒子消失。而聚合物分邻近粒子中并最终导致单个粒子消失。而聚合物分子的运动需要足够能量作保证。也即,只有成膜温子的运动需要足够能量作保证。也即,只有成膜温度大于玻璃化温度时才有这种运
14、动。度大于玻璃化温度时才有这种运动。要求乳胶粒子的要求乳胶粒子的Tg必须低于成膜温度,必须低于成膜温度,第16页,讲稿共53张,创作于星期二n最低成膜温度最低成膜温度MFT:乳胶能够成膜的最低温度乳胶能够成膜的最低温度n当成膜温度高于聚合物当成膜温度高于聚合物 Tg时,成膜时聚合物时,成膜时聚合物才便于流动,成膜较快。才便于流动,成膜较快。所以乳胶漆所以乳胶漆的的Tg必须远远低于成膜温度,必须远远低于成膜温度,假如,建筑涂料要在低至假如,建筑涂料要在低至5的温度下快的温度下快速成膜,这样,乳胶粒子的速成膜,这样,乳胶粒子的Tg必须更低必须更低。第17页,讲稿共53张,创作于星期二5.5.3化学
15、成膜化学成膜 官能团之间的缩聚反应官能团之间的缩聚反应 氧化成膜氧化成膜1、官能团之间的缩聚反应成膜、官能团之间的缩聚反应成膜n常用的官能团有羟基、羧基、羟甲基、环常用的官能团有羟基、羧基、羟甲基、环氧基、异氰酸基、酰氨基、氨基等。氧基、异氰酸基、酰氨基、氨基等。n分为自交联型和分子间的缩聚反应分为自交联型和分子间的缩聚反应自交联型:自交联型:成膜物质中含有成膜物质中含有2种不同的可反种不同的可反应的官能团,如丙烯酸涂料含有羟基和羧应的官能团,如丙烯酸涂料含有羟基和羧基基化学成膜化学成膜第18页,讲稿共53张,创作于星期二第19页,讲稿共53张,创作于星期二分子间的缩聚反应型:分子间的缩聚反应
16、型:由由2种或种或2种以上分别含有不同官能团种以上分别含有不同官能团的成膜物质组成的涂料,的成膜物质组成的涂料,其中的一种其中的一种物质称为交联剂或固化剂物质称为交联剂或固化剂,如三聚氰,如三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂、二或多异氰胺甲醛树脂、酚醛树脂、二或多异氰酸酯、胺等可以作为交联剂。酸酯、胺等可以作为交联剂。涂料工涂料工业中的化学干燥大多为分子间的缩聚业中的化学干燥大多为分子间的缩聚反应固化成膜的,反应固化成膜的,由这种方式成膜的由这种方式成膜的常称为热固涂料。常称为热固涂料。第20页,讲稿共53张,创作于星期二聚壳糖与丙烯酸的缩聚交联聚壳糖与丙烯酸的缩聚交联第21页,讲稿共53张,创作于星
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