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7)消光剂:使其在成膜过程中随着溶剂挥发时形成上下对流,起到消光作用; 8)流变剂:流变助剂的使用,可以稳定地调节涂料地流变性能,赋予触变性; 9)氟碳表面活性剂:在极小的浓度时,能强烈的降低溶液表面张力;
10)增稠剂:可使色浆增厚,促进粘合并具有乳化作用,能提高涂料的着色量和鲜艳度。 11、在光固化涂料中,选用活性稀释剂时,应注意哪些因素? 答:在光固化涂料中,选用活性稀释剂时,应注意下列因素:
1)降低黏度的效率和相溶性。多官能基单体降低粘度的效率不及单官能基单体。官能基数越多,降低粘度效率就越低,故有:四丙烯酸酯<三丙烯酸酯<二丙烯酸酯<丙烯酸酯
在单官能基单体中,乙烯基吡咯烷酮有最好的降低粘度效率。 2)低挥发性。在紫外灯照射和聚合过程中,体系温度升高,挥发性高的稀释剂受热挥发,不仅浪费材料,且污染大气,而蒸汽还会降低射线的强度,影响漆膜的表观。
3)固化速度。固化速度高可节省能源,提高效率。故多官能基单体等一般都用丙烯酸酯。
4)对漆膜物理性质的影响。多官能基单体可提高交联密度。丙烯酸异辛酯可降低玻璃化温度,丙烯酸羟乙酯和丙烯酸二甲氨基乙酯中的羟基和胺基可提高漆膜的附着力。
5)毒性。稀释剂的毒性在设计配方时必须考虑。 12、论述表面张力与涂料的质量的关系。
答:表面张力是液体能否在固体表面上自发铺展(润湿)的关键。在涂料的制造和涂装中,润湿或自发铺展是非常必要的条件:如颜料在分散中,漆料对颜料表面的润湿;涂装中涂料对底材的润湿;湿膜表面的流平等都与表面张力息息相关。因此表面张力是涂料质量关键指标之一。
1)表面张力与湿膜的流平
当涂料涂布在底材上所形成的湿膜是不平整的,涂料的表面张力可使湿膜表面流平,因平整的表面其表面积最小,即表面能最小。在涂层的薄处,溶剂挥发得相对较快,粘度随之提高,表面张力上升得快,周围高处的涂料有向其铺展的趋势。涂料在固化之前应有足够的流动时间,以保证流平。
湿膜的流平过程就是低表面张力区的扩大,高表面张力区的缩小,则湿膜表面张力的均化过程。表面张力差是流平的动力。
2)表面张力与漆膜对底材的附着力
漆膜对底材的附着力主要的、普遍存在的是范德化力。而范德华力的有效作用距离为0.5nm,所以涂料必须对底材有良好的润湿,才有可能进入有效距离内,使二者分子相互接近,产生相互作用,从而更好的附着。另毛细管力可提高涂料扩散到底材细小间隙中的能力,从而提高漆膜的附着力,因此底材在涂布前最好是有一定粗糙度的多孔结构,且表面是清洁干净,不含油污、灰尘、杂质的,以提高涂料对底材的润湿能力和附着力。为此底材在涂料涂布前必须经过预处理。
3)表面张力与颜料分散
在颜料的研磨分散中,研磨设备对颜料聚集施加较大的剪切力,使其破碎而产生新的表面,漆料必须快速地给予润湿,以防重新聚集。所以在研磨时常加入一些低动态表面张力的表面活性剂或先对颜料表面处理提高其表面润湿能力,以提高研磨效率和颜料的分散效果。 13、有几种涂层成膜方式及涂膜干燥方法?试述其要点? 答:(1)成膜方式:①溶剂挥发成膜:用足够的溶剂将聚合物的玻璃化温度降低,使T-Tg的数值大到足够使溶液可以流动和涂布,在涂布以后,溶剂挥发,于是形成固体薄膜。
②热熔成膜:用升高温度的方法来增加聚合物T-Tg(即增加自由体积),使聚合物达到可流动的程度,流动的聚合物在基材表面成膜后予以冷却,便可得固体漆膜。
③化学成膜:用可容的(或可熔的)低相对分子质量的聚合物涂覆在基材表面以后,在加温或者其他的条件下,分子间发生反应而使相对妃子量进一步增加或发生交联而成坚韧的薄膜的过程。
④乳胶成膜:乳胶在涂布以后,乳胶粒子仍可以以布朗运动形式自由运动,当水分蒸发时,它们运动逐渐受到限制,最终达到乳胶粒子相互靠近成紧密的堆积。
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(2)涂膜干燥方法:①自然干燥:在常温大气环境中,靠溶剂挥发,或氧化聚合,或固化剂固化而干燥成膜。②烘干:对自干性涂料实施强制干燥或对耐热性差的材质表面涂膜进行干燥。③辐射固化:辐射固化是利用紫外线或电子束,使不饱和树脂漆被快速引发、聚合,硬化速度很快。
14、论述溶剂的类型、性能及其作用。
答:溶剂的类型有:石油溶剂,苯系溶剂,萜烯类溶剂,醇和醚类,酮和酯类,氯代烃和硝
基烃,超临界二氧化碳类。 它们的性能及作用
1) 石油溶剂:可以溶解大部分天然树酯,及含油量高的醇酸树酯;以可以用于清洗剂。 2) 苯系溶剂:甲苯常用于混合剂和稀释剂;二甲苯溶解力强,挥发度适中,广泛于醇酸树
脂,氯化橡胶,聚氨酯以及乙烯基树脂的溶剂,也可用于烘漆、快干气干漆的溶剂,具有很好的抗流挂性能。
3) 松香油溶解力较好,也可以被氧化或聚合,有助于干性油的干燥也可以用于烘漆中能改
进流平性,增加光泽。
4) 醇和醚:可跟其它溶剂混合作变性溶剂,常用作混合溶剂,有较好的溶解能力,可用为
良溶剂。
5) 酮和酯:丙酮挥发快,溶解力强,可用于烯类聚合物和硝基纤维素的溶剂,它常和其他
溶剂合用。丁酮也是挥发快,溶解力强,可用于烯类共聚物、环氧氧脂、聚氨酯涂料中作溶剂,也可跟溶解力差些的溶剂混用以改进涂料的成膜性和涂布性能。
6) 氯代烃和硝基烃:它们是很好的良溶剂,高极性,可用于调节静电喷涂涂料的电阻,但
毒性大,不宜在涂料中大量使用。
7) 超临界二氧化碳:具有高密度、强溶解性和高传热系数的特征,有气体低黏度、低表面
张力和高扩散系的特点。是种优良的溶剂或分散介质。用作涂料的溶剂或稀释剂具有无毒无污染的优点,是很有使用前景的环保型溶剂。 15、何谓颜料的吸油量、颜料体积浓度(PVC)和临界颜料体积浓度(CPVC)?它们对吸膜性能有何影响?
答:1)在100g的颜料中,把亚麻油一滴滴加入,并随时用刮刀混合,初加油时,颜料仍保持松散状,但最后可使全部颜料黏结在一起成球,若继续再加油,体系即变稀,此时所用的油量为颜料的吸油量;
2)在干膜中颜料所占的体积百分数叫做颜料的体积浓度,用PVC表示;
3)当颜料吸附了成膜物(树脂)并在颜料无规紧密堆积所成的空隙间也充满了成膜物(树脂)时,PVC称为临界的PVC,用CPVC表示;
4)它们对吸膜性能的影响如下:当PVC增加时,漆膜内颜料体积多了,表面的平滑度下降,因此光泽度下降,遮盖力增加,当PVC达到CPVC以后,若再增加,漆膜内就开始有空隙,此时漆的透过性大大增加,因此防腐性能明显下降,防污能力也变差;由于漆膜里有了空气,增加了光的散射,遮盖力迅速增加,着色力也增加;但和强度有关的性能却因漆膜内出现空隙而明显下降。
16、叙述漆膜与基材的粘附理论。
答:漆膜与基材之间可通过机械结合,物理吸附,形成氢键和化学键,互相扩散等作用接合在一起。这些作用所产生的粘附力,决定了漆膜与基材间的附着力。
1)机械结合力 涂料可渗透到基材或底漆(PVC≥CPVC)表面的空或孔隙中去,固化后就象许多小钩子和楔子把漆膜与基材连结在一起。
2)吸附作用 应包括物理吸附和化学吸附。涂料在固化前应完全润湿基材表面,才有较好的附着力。
3)化学键结合 化学键(包括氢键)的强度比范德华力强得多。当聚合物带有氨基、羟基和羧基时,易与基材表面氧原子或氢氧基团等发生氢键作用,有较强的附着力。
4)扩散作用 当基材为高分子材料时涂料中的成膜物分子与基材分子互相扩散(即互溶),使界面消失。要求两者溶解度参数相近,且都在Tg以上,才能互相渗透。
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5)静电作用 金属与有机漆膜接触时,金属对电子亲合力低,容易失去电子有机漆膜对电子亲合力高,容易得到电子。故电子从金属向漆膜转移,使界面产生接触电势,形成双电层。
17、.试述涂料由几部分组成?各部分起什么作用?
答:1)成膜物(也称基料或粘结剂)是形成涂膜连续相的物质,也是最主要的成分。成膜物的性质对涂料的性能起主要作用。
2)颜料 能赋予涂料以颜色和遮盖力,提高涂层的机械性能和耐久性。有的还能改善流变性能,降低成本或使涂层具有防锈、防污、磁性、导电、杀菌等功能。按成分可分为无机颜料或有机颜料;依性能可分着色颜料,体质颜料和功能性颜料。
3)溶剂 具有溶解或分散成膜物质为液态,降低涂料的粘度,使之易于施工涂布的作用。是涂料中的辅助组分,能对涂料或涂膜的某一特定方面的性能起改进作用。
4)助剂 是涂料中的辅助组分,能对涂料或涂膜的某一特定方面的性能起改进作用。助剂分四类:
①对涂料生产过程发生作用的助剂; ②在涂料储存过程中起作用的助剂;
③在涂料施工成膜过程中发生作用的助剂; ④对涂料性能产生作用的助剂。
助剂在涂料中用量很少,但作用显著,有“四两拨千斤”的功效。 18、试述颜料的分散过程。
答:分散操作的目的主要是施加足够的机械力(剪切力或撞击力)使聚集体重新分散开来。并稳定而均匀地分散在漆料中。颜料的分散分三个过程:润湿、分散和稳定。
1)润湿 颜料表面的空气,水分被溶剂(漆料)所置换,因颜料是一个聚集体,溶剂需要流入颜料的空隙中,当溶剂粘度低时,润湿速度很快但要先加溶剂后加颜料。在水性漆中,由于水的表面张力大,润湿有机颜料困难要先加润湿剂降低水的表面张力。
2)研磨与分散 借助于机械力(主要是剪力)使大粒子解聚集的过程。因??Dn,粘度(η)高,剪切力(τ)大,对研磨有利,但研磨设备的电机负荷也随之升高。尽量多加颜料少加聚合物是提高粘度和设备利用率的有效办法。
3)稳定颜料分散以后,仍有相互聚集的倾向,即絮凝倾向(在工厂中叫返粗)要使颜料粒子稳定下来,就要:一使颜料粒子表面带电,形成双电层;二是使颜料粒子表面吸附上一个连续的,不挥发的成膜物吸附层,当吸附层厚度>8-9 nm 时,它们之间会相互排斥,就可保护粒子不会聚集。这种立体保护作用称为熵保护作用。
20、论述影响涂膜实际附着力的因素。 答:影响涂膜实际附着力的因素有:
1)涂料粘度的影响 涂料粘度低,易流入处和孔隙中,可得到较高机械力。烘漆比气干漆附着力好,强度高。
2)基材表面的润湿情况 金属表面必须经过表面预处理,才易润湿。对低表面能的基材,如塑料表面要进行电火花处或用氧化剂处理,提高其表面能。
3)表面粗糙度 提高表面粗糙度可增加机械力及有利于表面润湿。
4)内应力的影响 漆膜内应力的两个来源:一是涂料固化时体积收缩引起;二是漆膜与基材的热膨胀系数不同,温度变化时产生热应力。缩聚体积收缩最严重;烯类单体或低聚物发生加聚反应收缩较大;环氧树脂开环聚合收缩率最小,吸附力最高。常用作底漆。 21、如何区分阳极电泳漆和阴极电泳漆?
答:1)阳极电泳涂料是含多羧基的阴离子型树脂(一般为水可稀释环氧酯,交联剂用MF树脂),聚合物的羧基可通过缩聚或共聚方式引入,用氨水、无机碱或有机胺等中和成盐,共溶剂增溶而成水溶性,在水中离解成多阴离子聚合物。
电泳涂装时,聚合物沉积在阳极上。
在阳极电沉积中,被涂金属作为阳极,金属及表面处理膜(磷化层)被溶出,涂膜颜色加深而其物理性能、机械性能、防腐性能下降。
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2)阴极电泳涂料的成膜物是阳离子型树脂,是通过向聚合物分子引入铵离子(可通过环氧树脂与各种胺反应,经有机酸(如羧酸)或无机酸中和而得到)而成水溶性。
阴极电泳漆的微粒在电场作用下,移向阴极,并在其表面沉积析出。
阴极电泳时,金属底材及表面处理膜不易离子化,故能得到更优良的防腐蚀效果。环氧涂料由于其优越的附着力和物理、化学性质,最宜用于底漆,所以电泳漆中大部分是由环氧树脂衍生物制成的。
22、如何才能提高颜料的遮盖力、着色力? 答:遮盖力的强弱,受颜料和漆料两者折光率之差的影响。两者之差越大,颜料遮盖力越强。遮盖力强弱不仅取决于涂层反射的光量,还取决于对入射在涂层表面的光的吸收能力。此外还与颜料的结晶类型、粒径大小有关。因此增大颜料与漆料的折光率差,颜料能在漆料中很好地分散,粒径大小合适,颜料的体积浓度大于临界体积浓度都能使遮盖力大大提高。
着色力与颜料本身身特性、粒径大小、分散程度有关。有机颜料比无机颜料着色力高。粒径愈小,着色力愈大。分散程度好,着色力高。因此选用有机颜料,减小颜料粒径,使颜料在漆料中很好地分散,都能提高着色力。
23、塑料表面涂布涂料常常结合不好,原因何在?解决的办法有哪些?
答:塑料一般为低能表面,所以塑料表面涂布涂料常常结合不好。解决的办法就是对表面进行处理:
1)灰尘的处理:由于塑料的静电效应,其表面极易吸附灰尘。常用溶剂清洗的方法。大批量产品,可采用压缩空气喷射来除尘。
2)脱模剂的去除:通常采用碱洗法或溶剂清洗法将其除去。
3)表面改性:当塑料结晶度大,极性小,与涂料结合力低时,在涂装前需用物理化学方法改变其表面状态,以提高涂层的附着力。
通常可采用机械处理法增加表面的粗糙度,或通过化学方法加入羟基、羧基、羰基等氧化基团,以增加塑料表面的极性和化学活性,提高涂层的附着力。
4)提高耐溶剂性:常用苯胺处理以提高其耐溶剂性。
5)其他处理方法:使用电子轰击、火焰、电晕或等离子体处理,改变塑料表面状态,增强涂层与基体的结合性能。
24、试述涂料的研磨设备及其特点。
答:1)三辊机 三辊机由三个钢辊组成,装在一个机架上由电动机直接带动,三轮速度不同,将研磨料投入加料后辊和中辊之间的加料沟,二辊以不同的速度向内旋转,部分研磨料进入加料缝并受到强大的剪切作用,通过加料缝的研磨料分二个部分, 一部分附在料辊上,回到加料沟;另一部分由中辊带至中辊和前辊的刮漆缝,在此又一次受到更强大的剪切作用,经过刮漆缝研磨料又分为二部分,一部分由前辊带到刮刀刃处,落入刮漆盘,另一部分再回到加料沟。
2)球磨机和砂磨机 球磨机由钢筒和传动设备组成,钢筒内装钢球或石球作研磨介质,钢筒水平地装置在轴上,可以围绕其轴旋转,钢筒旋转使球上升至一点,然后开始下落,在相互滚撞过程中,使接触钢球的颜料粒子被撞碎或磨碎,同时使混合物在球的空隙内受到高度湍动混合作用。砂磨机是球磨机的外延,只不过研磨介质是用微细的珠或砂。砂磨由一个直立盛砂筒体,搅拌轴和由底部向上的强制送料系统三部分所组成。砂磨可连续进料,漆料和颜料的预混合浆通过圆筒时,在筒中受到激烈搅拌的砂粒给予它们以猛烈的撞击和剪切作用使得颜料得以很好地分散在漆料中,分散后的颜料浆离开砂粒研磨区通过出口筛,溢流排出,出口筛可挡住砂粒,并使其回到筒中。砂磨机是分散效率很高的设备,也是一种普遍采用的设备。
3)高速盘式分散机 高速分散机即可用于颜料和漆料的预混合,也可用于研磨和最后的调稀操作。对于容易分散的颜料,利用高速盘式分散机便可得到满意的分散效果。它主要是由一根装有锯齿状搅拌叶轮的高速搅拌器和筒体组成。 25、电泳涂装有那些优缺点? 答:(1)电泳涂装的优缺点:
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①有机溶剂挥发量非常低; ②非常高的涂料利用率;
③施工自动化,但投资成本较高; ④漆膜非常均匀,但金属表面的不平整性将在漆面上明显表现出来,要得到平整的表面涂层比较困难;
⑤边、角等尖锐部分均能覆盖上,无流挂、边缘变厚的弊病;
⑥对于不易喷涂的部件能够涂上保护层,可提高防腐蚀性。对于易喷涂的部件,特别是阳极电泳漆,其防腐蚀性能、湿附着力与抗水解能力低于喷涂的底漆;
⑦对面漆的附着力差,这是因为电泳漆的颜料体积浓度不能很高,PVC总是低于CPVC,漆膜很密致;
⑧对于阳极电泳漆,有铁离子沾污问题; ⑨漆膜厚度有限制,而且只能涂一次;
⑩电泳槽体积很大,改换配方和颜色都非常困难。
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