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引言

涂料是一種多組分的體系，是一種配方產(chǎn)品，不能夠單獨(dú)作為材料使用，必須涂于基材表面或者是與被涂物件一起使用，并且要根據(jù)底材的種類(lèi)、使用的環(huán)境及使用目的等很多因素而對(duì)涂料提出不同的要求，而涂料的諸多性能都是由涂料的配方?jīng)Q定的，配方中不同的組分及不同含量都會(huì)對(duì)涂料的性能產(chǎn)生很大影響，這就需要我們來(lái)對(duì)涂料的配方設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，研究不同組分及不同含量在涂料配方中的作用效果。涂料的用途多種多樣，如保護(hù)、裝飾及標(biāo)志等作用，而這些作用主要依據(jù)涂料的配方展示出來(lái)，對(duì)于涂料配方的設(shè)計(jì)也有一定的原則，也需要考慮很多的因素，主要包括：

1)涂料的性能要求。如光澤、顏色；各種耐性；機(jī)械性能；使用環(huán)境及其他特殊功能等；

2)顏填料。需要考慮顏填料的遮蓋力、著色力、密度、吸油量、表面極性、細(xì)度、耐候性、耐光性及有害元素含量等；

3)溶劑?？紤]對(duì)樹(shù)脂的溶解能力、溶解參數(shù)、相對(duì)揮發(fā)速率、沸點(diǎn)、毒性等；

4)助劑?？紤]與體系的相容性、互相之間的配伍性和毒性；

5)底材特性。不同底材的特性考慮因素不同，鋼鐵、木材、塑料、混凝土等；底材的表面張力，表面處理；

6)原料成本。滿足客戶對(duì)產(chǎn)品價(jià)格的要求；

7)配方參數(shù)。即涂料中各組分的比例，如顏基比、固體分、黏度等；

8)施工方法。對(duì)配方設(shè)計(jì)的影響。如噴涂、輥涂、uV固化、刷涂、電泳及施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件。

1、環(huán)氧涂料及其配方設(shè)計(jì)

環(huán)氧涂料是指以環(huán)氧樹(shù)脂為主要成膜物質(zhì)制備的涂料，其固化方式主要是以化學(xué)反應(yīng)方式成膜的，涂料中的環(huán)氧樹(shù)脂及其改性聚合物可通過(guò)自動(dòng)氧化聚合、自由基引發(fā)聚合、能量引發(fā)聚合(輻射固化)、縮聚固化、氫轉(zhuǎn)移聚合和催化聚合6種化學(xué)反應(yīng)方式進(jìn)行交聯(lián)固化成膜。環(huán)氧涂料配方設(shè)計(jì)在同系涂料中采用2種或2種以上固化機(jī)理替代單一的固化機(jī)理，很好地設(shè)計(jì)出性能優(yōu)異的環(huán)氧涂料品種，成膜方式的多樣化為環(huán)氧涂料的品種的創(chuàng)新及涂料性能預(yù)測(cè)的深入研究奠定了一定的基礎(chǔ)，目前，設(shè)計(jì)者正在研究不同固化反應(yīng)機(jī)理的協(xié)同融合條件，不斷提高成膜效率和涂膜品質(zhì)，用固化成膜機(jī)理來(lái)對(duì)環(huán)氧涂料的配方進(jìn)行設(shè)計(jì)，展示出配方設(shè)計(jì)的概括陛、理論指導(dǎo)性及實(shí)踐的可操作性。

1.1 環(huán)氧涂料配方設(shè)計(jì)的內(nèi)容

1.1.1 創(chuàng)新

即是改進(jìn)和提升現(xiàn)有產(chǎn)品性能，就是要在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，在不改變?cè)挟a(chǎn)品良好性能的基礎(chǔ)上對(duì)配方進(jìn)行適當(dāng)?shù)母纳疲缘玫叫阅芨觾?yōu)異的品種，同時(shí)還要避免與同質(zhì)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)。

1.1.2 開(kāi)發(fā)適應(yīng)性的配方涂料新品種

隨著現(xiàn)代企業(yè)對(duì)涂料要求的提高，不同的應(yīng)用領(lǐng)域及不同的保護(hù)部位都要采用不同的涂料品種，這就要求我們不斷地開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，以滿足不同的需求，實(shí)行配套使用。

1.1.3 開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的涂料

涂料性能的突破是以創(chuàng)新為基礎(chǔ)的，這就需要研發(fā)新的成膜物、顏填料及助劑，從而創(chuàng)造出新的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新品種涂料。

1.1.4 底材及其表面處理

對(duì)于涂料性能來(lái)說(shuō)，最基本的是看涂料成膜后與底材的附著力，而這種性能不僅僅與涂料本身的性能有關(guān)，而且與底材也有很大的關(guān)系，即使是同一種底材，通過(guò)一定處理后，也會(huì)很大地提升涂料的某些性能，主要表現(xiàn)為附著能力的改善。

1.1.5 涂料的使用環(huán)境

對(duì)于涂料的選擇而言，使用環(huán)境是至關(guān)重要的，對(duì)于不同的使用環(huán)境，涂料的性能會(huì)有很大的不同，所以在選擇涂料之前，一定要考慮涂料使用的環(huán)境，是室內(nèi)還是室外，是干燥的環(huán)境還是潮濕的環(huán)境，是在腐蝕環(huán)境下使用還是在一般大氣中使用等，這些因素一定要一一考慮清楚再做選擇。

對(duì)配方設(shè)計(jì)的選擇不僅只考慮上述因素，還要考慮很多參數(shù)，如濕度包括干燥、潮濕、浸水等；接觸化學(xué)藥品，如酸、堿、溶劑、鹽霧等；還有輻射、生物污染等。

1.2 環(huán)氧涂料配方設(shè)計(jì)

涂料的配方設(shè)計(jì)有很多種方法，目前我們應(yīng)用較多的方法主要有如下幾種。

1.2.1 分步法

分步法是傳統(tǒng)的配方設(shè)計(jì)方法，也是目前使用最多的方法，主要是按照基料、固化劑、活性稀釋劑、溶劑、顏填料及助劑的先后順序?qū)Ω鱾€(gè)組分進(jìn)行篩選，確定各組分后，再進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，并由實(shí)驗(yàn)室確定最終配方及工藝，進(jìn)行中試生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)使用后符合要求，最終投入成批生產(chǎn)。此法是比較成熟的設(shè)計(jì)配方的方法，大多數(shù)的涂料配方都是通過(guò)此法設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。

1.2.2 拳比法

參比法又稱對(duì)比法，主要是用于對(duì)涂料配方的改進(jìn)，通過(guò)與原產(chǎn)品的對(duì)比，制備出性能更加優(yōu)異的品種，對(duì)配方的改進(jìn)其實(shí)是一個(gè)創(chuàng)新的過(guò)程，需要設(shè)計(jì)者運(yùn)用創(chuàng)新的思維及技術(shù)對(duì)配方進(jìn)行創(chuàng)新。

1.2.3 逆向法

逆向法也是應(yīng)用較多的一種配方設(shè)計(jì)的方法，此法主要是直接針對(duì)涂料的使用性能要求，來(lái)對(duì)配方進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以又稱倒置法，此法并不對(duì)涂料組分進(jìn)行選擇試驗(yàn)，而是利用理論知識(shí)及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)涂料性能要求進(jìn)行分析，然后確定出基礎(chǔ)配方，然后再對(duì)其進(jìn)行性能檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果再對(duì)配方進(jìn)行優(yōu)化，最終確定配方。此法可以大量縮短配方設(shè)計(jì)的時(shí)間，提高效率。

1.2.4 經(jīng)驗(yàn)法

類(lèi)似于逆向法，是根據(jù)涂裝要求和使用要求，利用經(jīng)驗(yàn)給出配方設(shè)計(jì)的基本路線、試驗(yàn)方案和基本組成，再根據(jù)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，調(diào)整配方內(nèi)容，最終確定配方，得到滿意的涂料使用效果。設(shè)計(jì)者利用這些方法制備出了很多種環(huán)氧涂料；

A、有利用分步法對(duì)無(wú)溶劑的環(huán)氧涂料進(jìn)行配方設(shè)計(jì)，按照環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)型、固化劑、活性稀釋劑、顏填料的順序?qū)ε浞降母鱾€(gè)組分進(jìn)行選擇，確定最佳配方，同時(shí)探討了所使用的腰果酚改性胺為固化劑的固化機(jī)理并考察了硅烷偶聯(lián)劑對(duì)涂膜性能的影響；

B、有的利用對(duì)比優(yōu)選法就涂料的耐磨性進(jìn)行配方設(shè)計(jì)，影響耐磨性的主要因素是耐磨填料、固化劑種類(lèi)及固化程度，對(duì)各個(gè)成分進(jìn)行分析選擇，最終確定了耐磨涂料的最優(yōu)配方；

C、有的制備了一種有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂雙組分耐磨涂料，并利用響應(yīng)曲面法優(yōu)化了涂料的配方，達(dá)到最優(yōu)效果；吳有的利用傳統(tǒng)的分步法對(duì)配方進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要從酚醛環(huán)氧樹(shù)脂的選擇、固化劑的選擇、顏填料的選擇以及助劑、溶劑的選擇上做了優(yōu)化配套，設(shè)計(jì)出可常溫固化、性能優(yōu)良的耐溫防腐涂料配方。

D、利用傳統(tǒng)分步法對(duì)環(huán)氧自流平地坪涂料的配方進(jìn)行設(shè)計(jì)，并介紹了涂料的施工工藝，同時(shí)對(duì)施工中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析解決；

E、采用環(huán)氧樹(shù)脂乳液和固化劑為水性環(huán)氧涂料的主要成膜物質(zhì)，考察了環(huán)氧值與胺氫值的物質(zhì)的量比、涂料固含量、消泡劑用量及固化時(shí)間對(duì)涂膜性能的影響，最終得到最優(yōu)配方；

F、以液體環(huán)氧樹(shù)脂為基料樹(shù)脂，以水性胺為固化劑，以聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蠟為膨脹阻燃體系，以納米TiO、可膨脹石墨為增效劑，以復(fù)合鐵鈦粉為防銹顏料，制備了鋼結(jié)構(gòu)用超薄型防火防腐涂料。

由此可見(jiàn)，環(huán)氧涂料的配方設(shè)計(jì)還是以傳統(tǒng)的分步法為主，雖然不能說(shuō)傳統(tǒng)的方法不好，但是畢竟存在缺點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)產(chǎn)生了很多新的配方設(shè)計(jì)方法，如計(jì)算機(jī)法，此法可以節(jié)省大量的時(shí)間，而且能夠?qū)ν苛系纳a(chǎn)流程進(jìn)行控制，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)涂料進(jìn)行配色更加高效，這些優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)方法所沒(méi)有的，所以設(shè)計(jì)者要?jiǎng)?chuàng)新，就要善于學(xué)習(xí)應(yīng)用最新的配方設(shè)計(jì)方法，從而研發(fā)新品種涂料。

2、聚氨酯涂料及其配方

聚氨酯涂料是指以聚氨酯樹(shù)脂為主要成膜物質(zhì)，再配以顏填料、溶劑、助劑等輔助材料制備的涂料，聚氨酯涂料具有較高的強(qiáng)度、較強(qiáng)的耐磨性、優(yōu)良的附著力、良好的耐油性、耐酸堿性、耐水性及耐化學(xué)藥品性等優(yōu)良性能，此外，節(jié)省能源是聚氨酯涂料的突出特點(diǎn)。聚氨酯涂料的這些優(yōu)良性能和它的結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的，聚氨酯樹(shù)脂的大分子中含有大量的氨酯鍵，能夠在大分子之間形成氫鍵，而由于氫鍵的存在，使得分子之間的內(nèi)聚力增大，提高了聚氨酯的抗撕裂強(qiáng)度，也就使得聚氨酯涂料的涂膜具有很高的機(jī)械耐磨性和韌性；聚氨酯樹(shù)脂可以和很多品種的樹(shù)脂混溶，這樣就使得涂膜的韌性可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)；聚氨酯的成膜溫度可高可低，施工節(jié)能；還可以制成各種狀態(tài)的涂料，如水性、溶劑型、粉末及灌裝涂料等。

基于聚氨酯涂料的優(yōu)良性能，對(duì)其研究也頗受關(guān)注，但是由于聚氨酯涂料所用的樹(shù)脂是聚氨酯樹(shù)脂，其具有氨味，危害健康、污染環(huán)境，如果制備溶劑型聚氨酯涂料，所使用的溶劑也是易揮發(fā)、氣味大的溶劑，同樣危害人體健康、污染大氣，這就要求制備無(wú)污染的聚氨酯涂料，目前人們主要制備的有粉末型的及水性的聚氨酯涂料。

3、丙烯酸樹(shù)脂涂料及其配方

丙烯酸樹(shù)脂涂料是指以丙烯酸樹(shù)脂為主要成膜物質(zhì)而制備的涂料，丙烯酸樹(shù)脂和涂料應(yīng)用十分廣泛，因此在設(shè)計(jì)配方的時(shí)候首先要考慮樹(shù)脂的應(yīng)用對(duì)象，配方的設(shè)計(jì)程序如下：

1)確定樹(shù)脂的類(lèi)型，熱塑性、熱固性還是雙組分型；

2)確定樹(shù)脂用來(lái)制備何種涂料；

3)確定樹(shù)脂的合成方法；

4)確定設(shè)計(jì)的樹(shù)脂和涂料要達(dá)到的使用要求及施工工藝；

5)根據(jù)涂料產(chǎn)品的性能來(lái)選擇單體；

6)對(duì)選擇的單體反應(yīng)能力進(jìn)行分析，選擇易于聚合的單體進(jìn)行反應(yīng)；

7)確定聚合反應(yīng)的工藝條件；

8)模擬單體配比，進(jìn)行樹(shù)脂的合成；

9)根據(jù)單體配比合成的結(jié)果，對(duì)單體配方進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)；

10)確定樹(shù)脂合成的工藝規(guī)程，包括聚合方法、樹(shù)脂配方、聚合工藝、樹(shù)脂的質(zhì)量指標(biāo)等，通過(guò)分析計(jì)算和大量的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

由于丙烯酸涂料的這些優(yōu)良的性能，已經(jīng)應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如汽車(chē)裝飾、家電、金屬、卷材、機(jī)械儀表、建筑等諸多領(lǐng)域，而對(duì)于丙烯酸涂料的配方設(shè)計(jì)，主要的影響因素就是樹(shù)脂的合成，樹(shù)脂的不同合成方法及其合成條件都會(huì)很大程度影響涂料的性能，所以在制備丙烯酸涂料的時(shí)候，一定要注意樹(shù)脂的合成條件。目前的丙烯酸樹(shù)脂涂料主要朝改性方向發(fā)展，以制備出性能更加優(yōu)良的品種。

4、結(jié)語(yǔ)

涂料的配方設(shè)計(jì)不僅僅是各種組分的混合，還需要考慮很多的因素，而對(duì)于不同的涂料影響的因素也是不同的，設(shè)計(jì)者需要對(duì)于涂料的品種，涂料的使用環(huán)境及使用要求等諸多因素進(jìn)行全面的考慮研究，制備性能優(yōu)良的涂料品種，滿足客戶對(duì)其性能及施工要求。同時(shí)涂料的創(chuàng)新主要是基于所用基料(即樹(shù)脂)的創(chuàng)新，需要不斷研發(fā)新的改性樹(shù)脂產(chǎn)品、助劑等，用以制備出新的涂料品種。

總之，涂料的配方設(shè)計(jì)也是一門(mén)學(xué)問(wèn)，需要設(shè)計(jì)者不斷地研究創(chuàng)新，以制備出符合時(shí)代發(fā)展的新品種。