涂料成分分析
一般来说,涂料由三种成分组成,即成膜物质、颜料和溶剂。有时需要添加一些功能添加剂来提高其特殊功能。详见文章:涂料基本组成介绍。
涂层将在基底表面形成薄膜。这种薄膜不仅具有一定的机械性能,而且一些特殊的功能,如装饰性能,也越来越受到人们的追捧。比如:发光、变色、保温、特殊触感等。
一般来说,涂层开始是流动的液体,在涂层完成后形成固化的薄膜。成膜方法主要有以下几种:
02溶剂蒸发和热熔成膜法
一般来说,聚合物只有在高分子量时才表现出良好的物理性能,但它们具有高分子量和高玻璃化转变温度。为了使它们包衣,需要使用足够的溶剂来降低体系的玻璃化转变温度,使T-TG值足够大,使溶液流动并包衣。
当溶液在室温下接近0.1pa·s时,可用于喷涂。涂布后溶剂挥发,形成固体膜,这是一般塑料涂料的成膜形式。为了使漆膜光滑,必须选择好的溶剂。
如果溶剂挥发过快,浓度上升较快,表面的涂层可能因粘度过高而失去流动性,导致漆膜不均匀;此外,蒸发过快,由于溶剂蒸发时散失热量过多,表面温度可能降至零度,会使水在膜内凝结,导致漆膜失去透明性,泛白或降低漆膜强度;不同的溶剂会影响漆膜中聚合物分子的形态。
如上所述,不良溶剂中的聚合物分子卷曲成团,而良溶剂中的聚合物分子被拉伸松弛。不同的溶剂,最终漆膜的微观结构也有很大的不同。前者分子较少缠结,而后者分子紧密缠结,前者倾向于具有高得多的强度。
这种成膜方法可以用易拉罐内壁的氯乙烯漆来说明。将聚氯乙烯溶解在丁酮和甲苯的混合溶剂中,所得聚氯乙烯溶液的粘度在25℃时达到约0.1pa·s。之后涂层溶剂逐渐挥发,Tg不断升高。三天后Tg可以达到室温左右,即T-TG=0,说明自由体积已经达到最低水平,不能为分子运动提供足够的空穴,溶剂也不能轻易从膜中逸出。但此时约有3-4%的溶剂结合在膜中2min,这些溶剂必须在180℃(即T-TG值升高)加热2分钟以上才能被去除。
为了使聚合物成膜,除了加入溶剂降低体系的Tg外,还可以通过提高温度来提高T-TG(即增加自由体积),使聚合物能够流动,即通过加热使聚合物熔融。通过冷却基材表面的流动聚合物可以获得固体漆膜,这是热塑性涂膜形成的另一种形式,即热熔成膜。例如,涂在牛奶纸瓶上的聚乙烯就是通过这种方法形成的。
粉末涂料也是热熔成膜的:塑料聚合物如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯等。可以粉碎成粉末,然后用静电或热的方法附着在基底表面,加热到熔化温度以上。熔融聚合物被粘性流体整平后,冷却得到固体漆膜。粉末涂料主要是热固性粉末涂料,在加热熔融成膜的过程中伴随着交联反应。粉末涂料的内容将在后面讨论。
03化学成膜法
将具有分子量的聚合物涂覆在基底表面后,在加热或其他条件下,分子反应进一步增加分子量或交联形成坚韧的薄膜。这种成膜方式是热固性涂料常见的成膜方式,包括光敏涂料、粉末涂料、电泳涂料等。
如干性油和醇酸树脂通过与氧反应成膜,氨基树脂和含羟基的醇酸树脂,聚酯和丙烯酸树脂通过醚交换反应成膜,环氧树脂和多胺成膜,多异氰酸酯与含羟基的低聚物反应成膜,光敏涂料通过自由基聚合或阳离子聚合成膜等。这些内容以后会一一讨论。需要指出的是,在化学反应之前或同时,通常涉及一个溶剂挥发过程。
粉末涂料成分分析是树脂。粉末涂料主要成分是树脂,一般树脂份占50%左右,填充料占50%以下,颜料属于填充料范畴,占0.7%至30%。纯白色的颜料份最高,无机颜料很多。
环保方面你不用担心的,粉末涂料的环保性能还是很强的,无机颜料包括各种金属氧化物、铬酸盐、碳酸盐、硫酸盐和硫化物等。
粉末涂料的分类
粉末涂料是与一般涂料完全不同的形态,它是以微细粉末的状态存在的。由于不使用溶剂,所以称为粉末涂料。粉末涂料的主要特点有:具有无害、高效率、节省资源和环保特点。
它有两大类热塑性粉末涂料和热固性粉末涂料。
热塑性粉末涂料是由热塑性树脂、颜料、填料、增塑剂和稳定剂等成分组成的。热塑性粉末涂料包括:聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚氯乙烯、氯化聚醚、聚酰胺系、纤维素系、聚酯系等。
热固性粉末涂料是由热固性树脂、固化剂、颜料、填料和助剂等组成。热固性粉末涂料包括环氧树脂系、环氧聚酯系、聚酯系、聚氨酯系、丙烯酸树脂系等。缺点边角上粉不均一、固化后涂膜缺陷难掩盖、固化条件高、使用基材受限。
分类标准多,市场上各类粉末的名称参差不齐。按照成膜物质的性质分为两大类热塑性粉末涂料和热固性粉末涂料。或者以成膜物质的外观分为消光型、高光型、美术型等。还可以按使用环境分为户内型和户外型两大类。
一般涂料由三个组分组成,分别是成膜物、颜料和溶剂。有时需要加一些功能助剂来提高其特殊功能。具体可以参见文章:涂料的基本组成介绍。
涂料会在基材表面形成一层薄膜。这种膜除了具有一定的机械性能外,一些装饰性能等特殊的功能也越来越多的受到人们的追求。例如:夜光、变色、保温、特殊的触感等。
一般说来,涂料开始是一种流动的液体,在涂布完成之后才形成固化成膜,其成膜方式主要有下列几种:
02 溶剂挥发和热熔的成膜方式
一般聚合物只在较高的分子量下才表现出较好的物理性质,但分子量高,玻璃化温度也高,为了使它们可以涂布,必须用足够的溶剂将体系的玻璃化温度降低,使T—Tg的数值大到足够使溶液可以流动和涂布。
当溶液在室温下接近0.1Pa·s左右时,可以用于喷涂。在涂布以后溶剂挥发,于是形成固体薄膜,这便是一般可塑性涂料的成膜形式。为了使漆膜平整光滑,需要选择好溶剂。
如果溶剂挥发太快,浓度很快升高,表面的涂料可因粘度过高失去流动性,结果漆膜不平整;另外,挥发太快,由于溶剂蒸发时失热过多,表面温度有可能降至零点,会使水凝结在膜中,导致漆膜失去透明性而发白或使漆膜强度下降;溶剂不同会影响漆膜中聚合物分子的形态。
如前所述,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。溶剂不同,最后形成的漆膜的微观结构也有很大差异,前者分子之间较少缠绕而后者是紧密缠绕的,前者往往有高得多的强度。
这种成膜方式可以用罐头内壁氯乙烯漆来说明,将聚氯乙烯溶于丁酮和甲苯混合溶剂中,使所得聚氯乙烯溶液25℃时粘度达到0.1Pa·s左右。涂布以后溶剂逐渐挥发,Tg不断上升。三天以后,Tg可达室温左右,即T-Tg=0,这意味着自由体积已达最低,不能充分提供分子运动的孔穴,溶剂不易再从膜内逸出,但此时大约还有3-4%的溶剂束缚在膜内,这些溶剂必须在180℃加热(亦即增加T-Tg数值)2min以上才能被除去。
为了使聚合物成膜,除了加溶剂降低体系的Tg外,也可用升高温度的办法来增加T-Tg(即增加自由体积),使聚合物达到可流动的程度,亦即加热使聚合物熔融。流动的聚合物在基材表面成膜后予以冷却,便可得到固体漆膜,这也是热塑性涂料成膜的另一种形式,即热熔成膜,例如涂在牛奶纸瓶上的聚乙烯就是用这种方法成膜的。
粉末涂料也是热熔成膜的:聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯等可塑性聚合物都可被粉碎成粉末,然后用静电或热的办法将其附在基材表面上,并被加热至熔融温度以上,熔融的聚合物粘流体流平后,冷却即得固体漆膜。粉末涂料中主要是热固性粉碎末涂料,它在加热熔融成膜过程中还伴有交联反应,有关粉末涂料的内容以后还要讨论。
03 化学成膜方式
分子量的聚合物涂覆在基材表面以后,在加温或其它条件下,分子间发生反应而使分子量进一步增加或发生交联而成坚韧的薄膜的过程。这种成膜方式是热固性涂料包括光敏涂料、粉末涂料、电泳漆等的共同成膜方式。
其中如干性油和醇酸树脂通过和氧气的作用成膜,氨基树酯与含羟基的醇酸树脂、聚酯和丙烯酸树脂通过醚交换反应成膜,环氧树酯与多元胺交联成膜,多异氰酸酯与含羟基低聚物间反应生成聚氨酯成膜以及光敏涂料通过自由基聚合或阳离子聚合成膜等等,这些内容将在以后逐个讨论。需要指出的是在发生化学反应之前或同时,一般也包含一个溶剂的挥发过程。
粉末涂料是由树脂、固化剂、抗菌剂、填料和助剂组成的热固性粉末涂料,主要成分是树脂,一般树脂份占50%左右,填充料占50%以下,颜料属于填充料范畴,占0.7%至30%。纯白色的颜料份最高,无机颜料很多。
粉末涂料特点:
1、该产品不含毒性,不含溶剂和不含挥发有毒性的物质,故无中毒、无火灾、无“三废”的排放等公害的问题,完全符合国家环保法的要求。
2、原材料利用率高,一些知名品牌的粉末供应商生产的粉末,其过喷的粉末可回收利用,最高的利用率甚至能达99%以上。
3、被涂物前处理后, 一次性施工,无需底涂,即可得到足够厚度的涂膜,易实现自动化操作,生产效率高, 可降低成本。
4、涂层致密、附着力、抗冲击强度和韧性均好,边角覆盖率高,具有优良的耐化学药品腐蚀性能和电气绝缘性能。
5、粉末涂料存贮、运输安全和方便。
采用裂解气相色谱-质谱(PGC-MS)方法,只需1h即可对微量涂料样品进行定性定量分析,不仅可确定涂料中使用的溶剂类型和涂料品种的大类,而且对于其主要成膜物质的具体结构、类型也能进行确认,并可定量分析拼用树脂的含量差别。这样通过检测涂料组成是否与原指标相同,分析每种成分含量对性能的影响,从而控制产品质量和贮存稳定性,对于舰船涂料中是否出现了假冒伪劣产品,是否出现以低价低性能涂料替换高性能涂料品种,涂料树脂含量是否减少等现象的仲裁和评判提供理论依据。
采用裂解气相色谱/质谱联用的方法,将微量涂料样品在惰性气氛中迅速加热裂解,生成的许多裂解产物直接导入气相色谱系统得到有效分离,采用质谱鉴定具有特征性的裂解碎片。由于断裂方式主要取决于该样品的分子结构及所吸收的能量,因此该谱图具有可辨明树脂类型的特征峰,与样品结构的对应性明确、快速、准确、简便。裂解气相色谱分析中,常常遇到复杂的样品,其裂解产物多达上百种,用常规色谱定性方法,如纯物质对照、文献保留时间等,很难说是严格意义上对裂解谱峰的鉴定。而此方法处理繁复,用保留值偶然一致作鉴定,很可能会误判。GC和MS联用是一种强有力的工具。采用高效毛细管将复杂混合物分离,由质谱讯号给出各种裂解产物的指纹质谱图,即总离子检出或选择性离子检出的特殊裂解质谱图。不同特征峰的“指纹”既可作为定性检测涂料基料的依据,也可用于研究树脂的细微结构。
涂料的组成涂料主要由四部分组成:成膜物质、颜料、溶剂、助剂。
成膜物质——是涂料的基础,它对涂料和涂膜的性能起决定性的作用,它具有粘结涂料中其它组分形成涂膜的功能。可以作为成膜物质的使用的物质品种很多,当代的涂料工业主要使用树脂。树脂是一种无定型状态存在的有机物,通常指高分子聚合物。过去,涂料使用天然树脂为成膜物质,现代则广泛应用合成树脂,例如:醇酸树脂、丙烯酸树脂、氯化橡胶树脂、环氧树脂等。
颜料——是有颜色的涂料(色漆)的一个主要的组分。颜料使涂膜呈现色彩,使涂膜具有遮盖被涂物体的能力,以发挥其装饰和保护作用。有些颜料还能提供诸如:提高漆膜机械性能、提高漆膜耐久性、提供防腐蚀、导电、阻燃等性能。颜料按来源可以分为天然颜料和合成颜料;按化学成份,分为无机颜料和有机颜料;按在涂料中的作用可分为,着色颜料、体质颜料和特种颜料。涂料中使用最多的是无机颜料,合成颜料使用也很广泛,现在有机颜料的发展很快。
溶剂——能将涂料中的成膜物质溶解或分散为均匀的液态,以便于施工成膜,当施工后又能从漆膜中挥发至大气的物质,原则上溶剂不构成涂膜,也不应存留在涂膜中。很多化学品包括水、无机化合物和有机化合物都可以作为涂料的溶剂组分。现代的某些涂料中开发应用了一些既能溶解或分散成膜物质为液态,又能在施工成膜过程中与成膜物质发生化学反应形成新的物质而存留在漆膜中的化合物,被称为反应活性剂或活性稀释剂。溶剂有的是在涂料制造时加入,有的是在涂料施工时加入。
助剂——也称为涂料的辅助材料组分,但它不能独立形成涂膜,它在涂料成膜后可以作为涂膜的一个组分而在涂膜中存在。助剂的作用是对涂料或涂膜的某一特定方面的性能起改进作用。不同品种的涂料需要使用不同作用的助剂;即使同一类型的涂料,由于其使用的目的,方法或性能要求的不同,而需要使用不同的助剂;一种涂料中可使用多种不同的助剂,以发挥其不同作用。(例如:消泡剂、润湿剂、防流挂、防沉降、催干剂、增塑剂、防霉剂……等)
涂料对中国人的生活已经产生了深远的影响,应用遍布各行各业,小到衣服纽扣,大到汽车、工程设备、轮船桥梁,覆盖人群规模大、市场销量紧缺。目前全球溶剂型产品占全球工业涂料总量超过70%,据溶剂型涂料2021年行业分析报告称,2021年中国溶剂型涂料市场达5000亿元,保持稳中向上发展趋势。
工业溶剂型涂料是以有机溶剂为分散介质而制得的涂料。具有防腐、防锈、高光泽、高丰满度等优势。溶剂型涂料根据成膜物可分为醇酸涂料、环氧涂料、丙烯酸涂料、聚氨酯涂料等,均由成膜物质、颜料、助剂和溶剂四种成分组成。
一、建筑涂料检测的类型:
1、溶剂型建筑涂料:聚氨酯涂料,环氧树脂涂料,氯化橡胶涂料和全氯乙烯涂料等。这类涂料细腻坚韧,具有良好的耐水性,耐候性和气密性。而缺点就是易燃,它们形成的溶剂在挥发后会产生对人体有害的气体。还有在施工时,基层需要保持干燥。
2、水性建筑涂料涂料:这类涂料是用水作为溶剂,树脂材料作为基材的涂料。一般 呈水乳型或水溶液型。因为耐水性和耐候性差,通常仅用于内墙涂料。常用的有聚乙烯醇水玻璃内墙涂料、纯丙乳液涂料、聚醋酸乙烯乳液涂料、苯丙乳液涂料、乙丙乳液涂料、和氯偏乳液涂料等。
二、建筑涂料检测项目
1、建筑涂料成分分析:利用定性、定量分析手段,可以精确分析涂料油漆的组成成分、元素含量和填料含量等。
2、建筑涂料理化性能检测项目:容器中状态、外观、透明度、白度、颜色、附着力、粘度、细度、灰分、PH值、闪点、密度、硬度、体积固体含量、不挥发物含量、贮存稳定性、对比率、流出时间、回黏性、 安全防火等。
3、建筑涂料化学性能检测项目:耐候性、耐磨性、耐酸碱性、耐汽油性、耐冲击性、渗色性、耐水性、耐湿热性、耐挥发油性、耐污染性、耐盐雾性、涂层耐温变性、耐玷污性、耐洗刷性、耐沸水性、耐洗涤剂性、耐溶剂擦拭性等。
4、建筑涂料老化性能检测项目:盐雾老化、高低温循环、光老化、臭氧老化、人工加速老化等老化项目。
5、建筑涂料施工性能检测项目:遮盖力、使用量、消耗量、干燥时间(表干、实干)、漆膜打磨性、流平性、流挂性、漆膜厚度(湿膜厚度、干膜厚度)、漆膜加热试验、划格试验等。
6、建筑涂料电学性能检测项目:导电性、击穿电压或击穿强度、绝缘电阻、介质常数、介质损失。
7、建筑涂料有害物质检测项目:VOC、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、游离TDI、PAHs、乙苯、二甲苯总量、游离甲醛含量、TDI和HDI含量总和、乙二醇醚、铅、汞、铬、镉、重金属检测、EN71-3、ASTM F963、ROHS等。
三、建筑涂料常用检测标准:
GB/T 17371硅酸盐复合绝热涂料
GB/T 9757溶剂型外墙涂料
GB/T 25261建筑用反射隔热涂料
GB/T 9755合成树脂乳液外墙涂料
GB/T 9756合成树脂乳液内墙涂料
JC/T 423水溶性内墙涂料
JG/T 206外墙外保温用环保型硅丙乳液复层涂料
建筑涂料产品的连续细分,实际上是一种反映涂料市场的环保与健康趋势。环保已经是一个无争议的方向,即使是三线城市的白领也会在购买建筑涂料,考虑到环境健康和安全问题。过去,人们买建筑涂料主要会看甲醛和VOC含量,现在还会关注重金属离子等有害物质。
油漆的主要成分包括如下五大部分:
(1)油料:包括干性油和半干性油,是主要成膜物质之一。
(2)树脂:包括天然树脂和人造树脂,也是主要成膜物质的一部分。
(3)颜料:包括着色颜料、体质颜料和防锈颜料,具体品种相当繁多,为次要成膜物质。
(4)稀料:包括溶剂和稀释剂,用来溶解上述物质和调剂稠度,为辅助成膜物质。
(5)辅料:包括催干剂、固化剂、增塑剂、防潮剂。也属于辅助成膜物质。
主要成膜物质:也称胶粘剂和固着剂,是组成涂料的基础。
次要成膜物质:也是构成涂膜的组成部分,但它不能离开主要成膜物质而单独构成涂膜。
辅助成膜物质:其中包括溶剂和辅助材料。前者如汽油、烟油、松香水、苯、乙酸乙酯、丙酮等;后者如固化剂、乳化剂、增粘剂、催干剂、湿润剂、分散剂、消泡剂、引发剂、催化剂、稳定剂、防老化剂、防冻剂等。
油漆是大家 装修 中常见的材料,但是很多人了解不多,它的主要成分是什么呢?有哪些有毒的物质呢?下面来看下。
油漆一般由树脂、颜料、填料、溶剂和助剂组成,它们在油漆中起着不同的作用
1、树脂
树脂是油漆中的成膜物质,是油漆的主要成分,对涂料的性质起着决定性作用。用于有 环氧树脂 、丙烯酸树脂和聚氨酯等合成材料,可以满足汽车油漆需要的耐候性、耐(硬度)等。
2、颜料
颜料可以使油漆呈现出丰富的颜色,使油漆具有一定的遮盖力,并且具有增强涂膜力用。此外,颜料还可以提高表面 强度 和粘合性, 改善 漆面光泽。
3、填料
填料在油漆中主要起到填充作用。填料可以降低尤其成本,增加涂膜的厚度,增强涂膜的机械性能和耐久性。
4、溶剂
溶剂的主要作用是溶解和稀释成膜物,使油漆在施工时易于形成比较完美的漆膜。溶剂在有其中所占大多在50%以上,溶剂在涂料施工结束后,一般都会发到大气中,很少残留在漆膜内。如稀释剂、 天那水 等。
5、助剂
助剂在有其中用量很少,作用却很大,是尤其不可或缺的组成部分。常用的助剂有消泡剂、润湿剂、流平剂、防尘剂、防橘皮剂和催干剂等。喷涂施工中有防白水、防走珠水(鱼眼)等。
油漆常见有毒物质对人体健康的主要危害有哪些方面?在油漆涂料中经常会接触到一些有毒害作用的物质,这些物质会对环境和人体健康造成一定的毒害作用。现将油漆涂料中常见的有毒化合物简述如下:
1、甲苯、二甲苯
甲苯、二甲苯在溶剂分类中属中等毒性溶剂,对人体具有麻醉、刺激作用,高浓度时对神经系统有毒害作用,但在人体内残留毒性低,一般可经代谢排除。空气中容许浓度为100mg/m3。长期接触甲苯、二甲苯的人不宜饮白酒,更不宜饮用过量高度白酒,因为酒精会延长其在体内的滞留时间,对健康极为不利。工作场所应保持空气流通以降低其在空气中的浓度。
2、苯
苯属于剧毒溶剂,是一种气味芳香,易挥发的有机物,对人的神经系统有麻醉和刺激作用。少量的吸入也会对人体造成长期的损害。苯能在神经系统和骨髓内蓄积,使神经系统和造血组织受到损害,引起血液中白血球、血小板数减少,长期接触可引起白血病。
3、乙二醇醚类溶剂
乙二醇醚类溶剂在体内经代谢后会形成剧毒的化合物,对人体的血液循环系统和神经系统造成性的损害,长期接触高浓度的乙二醇醚类溶剂会致癌。另外,乙二醇醚类溶剂会对女性的生殖系统造成性的损害,造成女性不育。
4、TDI(中文名称为甲苯二异氰酸酯)
TDI具有低的蒸汽压,对人体眼角膜有强烈的刺激作用,造成眼部红肿。TDI蒸汽经人体吸入后,会损害人体肝、肾功能,长期接触高浓度的TDI蒸汽会致癌。在聚氨酯(PU)类油漆中,固化剂组份游离TDI<0.5%,基本对健康无害。“经典”爱家健康漆游离TDI含量<0.02%,低于国家强制标准10倍,避免了游离TDI对人体的损害。
5、重金属
重金属主要存在于色漆中,主要来源于色漆中的颜料部分。人体摄入重金属过多,会造成慢性中毒。重金属影响儿童的生长发育,特别对儿童智力发育造成不良影响,部分重金属可在脑部及内脏器官中残留,对肝、肾等造成性伤害。
6、邻苯二甲酸酯类增塑剂
邻苯二甲酸酯类增塑剂是挥发性油漆中用量、用途最为广泛的增塑剂,此类增塑剂对成人健康没有明显的不良作用,但会对儿童的发育产生不良影响,主要是造成儿童性早熟。
7、VOC
VOC即挥发性有机化合物,据不完全统计在我国油漆行业每年向大气排放约300万吨有机挥发物,直接对大气环境造成污染,破坏人类生存环境,损害人体健康,造成巨大的资源浪费,与当今再生可持续发展的经济模式格格不入。
8、甲醛
甲醛是一种刺激性气体,会损伤呼吸道及内脏,主要存在于粘合剂和 水性漆 中劣质墙体腻子也是一大主要来源。
9、氡
氡是一种无色、无味的放射性气体,比空气重7.5倍,系铀、镭等放射性元素的衰变产物。氡气经ɑ衰变后,产生的短寿命子代产物,统称为氡及其子体;氡遍布土壤、水及空气之中。在含铀系物高的土壤或岩石中,氡的浓度较高。氡由地下、地上水和建筑矿物质中的铀放射出来,进入室内,并在通风不好的地方积累;氡是气体,而氡子体却是固体。在室内,大多数氡子体吸附在空气中悬浮的细小的微粒上。当吸入氡的短寿命子体后,其不断沉积在呼吸道表面,在局部区域内不断积累,可导致肺癌、白血病及呼吸道等疾病。因为在肺里面,氡子体能释放出ɑ粒子,同时也能释放出?粒子和r射线,从而对肺产生危害。
油漆有毒,但是装修中必不可少,有了初步的认识,大家就要做好防范,避免因为油漆而受伤。