塗料與塗裝原理（簡體書）

塗料與塗裝的共同目的是得到符合性能要求的漆膜。工業上應用塗料很經濟，漆膜厚度通常很薄，只有Imm的幾分之一或十幾分之一，就能達到要求的性能。因此塗料與塗裝在生產上廣泛應用，兩者都涉及龐大的工業體系。我國塗料廠數千多家，年產塗料數百萬噸，生產一千多個塗料品種。塗裝是把塗料施工於產品表面，如建築物、汽車、飛機、機床、輪船、家具等的表面。
塗料與塗裝從遠古時代就已開始，我國河姆渡考古中就發現木胎漆碗，但過去塗料與塗裝僅僅是作為一門技藝而存在，現代科技的發展使塗料與塗裝逐步從傳統工藝向現代科學技術轉型，即闡明其科學原理，並在此基礎上進一步發展。目前的現實是：塗料和塗裝書籍大多介紹生產工藝，給讀者的感覺是與現代科學知識脫節。因為塗料和塗裝是實際應用的工業技術，涉及高分子化學與物理、流變學、色度學、膠體與界面化學，以及塗料施工工藝和設備，而有實際工作經驗的人很難全面理解這些學科的基礎知識，就無法從科學原理的角度深入探討寫作。在本書中，作者結合相關著作，如《塗料工藝》、威克斯等的《有機塗料科學和技術》和蘭伯恩等的《塗料與表面塗層技術》等，從原理上來分析介紹塗料和塗裝的基礎知識和工藝流程，努力做到既密切結合工業的實際需要，又講透科學原理。由於有的知識點還沒有書籍論述，本書部分內容就直接結合國際期刊的綜述文章進行寫作，如水分散體塗料、超級疏水性塗層、溶膠凝膠法製備的有機無機雜化塗料、溶解度參數理論、高分子與溶劑之間優先吸附等。許多傳統內容也更加透徹深入地敘述，如磷化、聚氨酯擴鏈劑的原理、EIS評價防腐蝕塗層、植物油脂氧化聚合機理、醇酸樹脂配方設計等。
大學生從學科的角度學習無機化學、有機化學，研究的是純化合物和化學反應原理，這樣能夠得到系統深入的基礎知識，但通常這些知識離實際問題和工藝過程相距較遠。將要參加工作的大學生需要了解工業實踐方面的基本知識；深造的大學生在讀過碩士、博士學位後，通常在某個專業方向上進行過精深的研究，但相關工業背景知識卻往往不足。本書從原理出發介紹塗料與塗裝，使他們能夠看得懂相關的技術資料，理解相關工業背景，為將來的職業生涯或學術發展提供基礎。
在我國由製造大國走向製造強國的過程中，要提升我國製造的品質，就要在充分理解科學原理的基礎上，來學習探討工藝過程，這樣就可以使學生：①在從事一線生產時，能夠像科學家一樣思考，創造性地解決實際問題，而不僅僅就事論事。②技術總是在發展，單純的配方和工藝容易被模仿和超越，只有深入理解原理，才能為源源不斷的創新提供基礎。③在充分理解原理的基礎上，就能把貫徹質量要求轉化為自覺行動，提升我國製造的品質。④在市場經濟條件下，增強學生對工作環境的適應性。本書介紹的原理並不僅僅限於塗料，在工業上有更廣泛的應用，如油墨、黏合劑、照相軟片上的塗料、貼花和化妝、塑料層壓製品等。同樣，塗裝技術不僅僅限於塗裝，也是目前在很多生產場合廣泛使用的技術。本書努力用明白流暢的語言和化學反應方程式，來敘述塗料組成性能、塗料製造和塗裝過程的原理，一方面把學生在基礎學科學到的知識與塗料和塗裝聯繫起來，便於掌握，另一方面通過基本工藝和原理的學習，達到舉一反三、觸類旁通的效果。
本書作者2007年出版的《塗料與塗裝科學技術基礎》，重點解決了塗料與塗裝涉及的知識面廣、內容龐雜、難以組織教學的問題，在使用《塗料與塗裝科學技術基礎》教學幾年的基礎上，根據學生反饋，從方便學習和時代要求的角度，寫作本書。本書充分繼承《塗料與塗裝科學技術基礎》的優點，並進行大幅度修改、增補，語言也更簡明。每章增加了內容概要，以了解該章核心內容和關鍵問題。採用適當例題來介紹基本原理的應用，作者根據每章的主要內容，編寫練習題突出要掌握的重要內容，習題有填空、名詞解釋、計算和問答的形式，形成難度梯度，以方便學習。

第1章緒論1
1.1涂料的基本概念1
1.1.1涂料的定義1
1.1.2涂料的作用1
1.1.3涂料的組成2
1.2涂裝的概念3
1.3涂料的分類和基本品種4
1.3.1涂料的分類4
1.3.2我國涂料產品的命名原則5
1.3.3涂料的基本品種8
1.4涂料用高分子基礎知識9
1.4.1高分子樹脂的Tg10
1.4.2涂料溶液的Tg10
1.4.3熱固性涂料的Tg11
1.5涂料的應用與發展11
練習題13
第2章涂料中常用的高分子樹脂14
2.1揮發型涂料14
2.1.1纖維素聚合物14
2.1.2氯化聚合物15
2.1.3熱塑性丙烯酸酯17
2.1.4溶劑揮發型涂料的發展18
2.2自由基聚合固化涂料18
2.2.1氧化聚合型涂料18
2.2.2不飽和聚酯涂料36
2.2.3輻射固化涂料38
2.3縮合聚合固化涂料41
2.3.1氨基樹脂41
2.3.2丙烯酸涂料46
2.3.3聚酯涂料49
2.3.4聚氨酯漆51
2.3.5環氧漆59
2.3.6其他常見涂料64
2.4涂料應用機制68
2.4.1雙組分涂料68
2.4.2單組分涂料68
2.4.3單組分涂料的反應動力學69
2.5高固體分涂料69
2.5.1提高固含量的方法70
2.5.2高固體分樹脂70
2.5.3高固體分涂料的問題72
參考文獻72
本章概要73
練習題74
第3章高分子溶液的形成、黏度和揮發成膜76
3.1涂料用溶劑76
3.1.1溶劑的作用及問題76
3.1.2常用有機溶劑76
3.2高分子溶液的形成78
3.2.1高分子的溶解及溶解度參數78
3.2.2影響溶解的因素84
3.3涂料的流變學87
3.3.1黏度的概念87
3.3.2流體流動87
3.3.3涂料的黏度90
3.3.4黏度的測量93
3.4溶劑的揮發96
3.4.1溶劑揮發96
3.4.2濕涂層的溶劑揮發98
3.5有機溶劑的安全性101
3.5.1安全性101
3.5.2環保和立法要求102
3.5.3環境友好型涂料103
參考文獻103
本章概要103
練習題104
附錄有機溶劑揮發速率的測量105
第4章顏料、涂層裝飾性和保護性107
4.1顏料的分類和性質107
4.1.1顏料的分類107
4.1.2顏料體積濃度108
4.1.3顏料的通性110
4.2顏色112
4.2.1影響顏色的因素112
4.2.2顏色的表征114
4.3涂層的裝飾性121
4.3.1涂料調色121
4.3.2涂層的光澤123
4.4涂層的保護性126
4.4.1大氣環境127
4.4.2浸漬環境131
4.4.3防腐蝕涂料137
4.4.4防腐蝕涂層評價140
4.5涂料中常用的顏料143
4.5.1白色顏料143
4.5.2有色顏料144
4.5.3體質顏料147
參考文獻148
本章概要148
練習題149
第5章涂料生產和色漆制備151
5.1涂料生產概述151
5.1.1顏料在色漆中的用量151
5.1.2基礎配方（標準配方）的擬訂153
5.1.3生產配方的擬訂154
5.2顏料的分散與穩定154
5.2.1潤濕154
5.2.2顏料解聚156
5.2.3分散體系的穩定156
5.2.4浮色和發花160
5.3工藝配方161
5.3.1研磨漆漿的方式161
5.3.2顏料體積分數對研磨料黏度的影響161
5.3.3研磨漆漿組成162
5.3.4調漆階段的穩定化166
5.4分散設備和工藝166
5.4.1分散設備167
5.4.2分散程度評估171
5.4.3設計工藝配方的程序172
參考文獻173
本章概要174
練習題174
第6章水性涂料和粉末涂料176
6.1水性涂料176
6.1.1乳膠漆176
6.1.2水稀釋涂料184
6.1.3電泳涂裝192
6.2粉末涂料197
6.2.1粉末涂料的基料197
6.2.2粉末涂料的性能201
6.2.3粉末涂料的制造202
6.3粉末涂裝204
6.3.1電暈靜電噴涂204
6.3.2其他粉末涂裝方法209
6.3.3粉末涂裝的特點210
6.3.4新型粉末涂層211
6.4涂料成膜原理總結211
參考文獻212
本章概要212
練習題213
第7章涂料施工干燥和成膜過程215
7.1手工施工方法215
7.2噴涂216
7.2.1空氣噴涂216
7.2.2高壓無氣噴涂221
7.2.3靜電噴涂225
7.2.4其他噴涂方法231
7.2.5噴漆室235
7.3自動涂裝系統243
7.3.1自動涂裝機244
7.3.2涂裝機器人245
7.3.3自動涂裝生產線246
7.4其他機械施工方法247
7.4.1浸涂247
7.4.2淋涂248
7.4.3輥涂249
7.4.4涂布過程的分析250
7.5漆膜的干燥251
7.5.1干燥的方式、過程和分類251
7.5.2對流式干燥253
7.5.3輻射式干燥256
7.5.4電感應和微波干燥259
7.5.5紫外線固化干燥260
7.6漆膜形成過程261
7.6.1成膜過程中的流動261
7.6.2流掛控制264
7.6.3表面張力266
7.6.4泡沫和消泡269
7.6.5平滑面和粗糙面270
參考文獻271
本章概要271
練習題272
第8章涂裝工藝274
8.1涂裝工藝概述274
8.1.1涂裝技術標準274
8.1.2涂裝設計276
8.1.3制定涂裝工藝279
8.2漆前表面處理281
8.2.1金屬表面的化學處理282
8.2.2卷材涂裝292
8.2.3機械方法處理294
8.2.4船舶涂裝304
8.3復合涂層308
8.3.1復合涂層的組成309
8.3.2汽車車身涂裝316
8.4涂裝管理和質量評價321
8.4.1制定涂裝質量標準321
8.4.2涂裝質量管理322
8.4.3涂層厚度測定324
8.4.4涂層力學性能326
8.4.5涂層測試328
8.5涂裝安全生產概述329
參考文獻330
本章概要330
練習題330
第9章非金屬表面的涂裝332
9.1木材涂裝332
9.1.1木材表面前處理332
9.1.2木材涂裝334
9.1.3人造板飾面335
9.2塑料涂裝337
9.2.1塑料用涂料337
9.2.2塑料表面前處理338
9.2.3塑料涂漆工藝340
9.2.4汽車塑料件涂裝341
9.3建筑涂裝341
9.3.1建筑材料341
9.3.2混凝土前處理342
9.3.3建筑涂料343
9.3.4特殊涂裝344
9.3.5建筑涂裝場合348
參考文獻349
本章概要349
練習題350

不飽和聚酯漆用于耐化學面漆時，需用間苯二甲酸或氯橋酸酐替代苯酐合成，見飽和聚酯部分。
2.2.3輻射固化涂料
輻射固化涂料是用輻射引發交聯，而不是常規加熱固化。紅外線加熱和微波加熱也用于固化涂料，但不屬于輻射固化，因為它們的輻射轉化成熱，屬于熱固化的范疇。這里的輻射有電子束（EBC）、紫外線（UV）、紅外線（IR）。其中UV固化需要光引發劑，IR固化需要熱引發劑，才能引發聚合。電子束能量高，直接在聚合物中產生自由基，不需要引發劑。
UV固化約占全部輻射固化涂料的85％。輻射固化降低溫度，減少能耗，特別適用于熱敏性材料，如木材、紙張、塑料涂裝。這類涂料在無輻射環境下，有無限期的穩定性，施工后室溫下暴露于輻照中，就迅速交聯。輻射固化涂料往往要比常規型涂料價格要高，輻射固化過程中需要的能量與熱固化過程相比是非常小的，而且不需要對工件進行加熱。
2.2.3.1 紫外線固化
紫外線固化使用的有自由基和陽離子，兩者的機理和使用的樹脂都不同。工業上使用的主要是中壓汞蒸氣燈產生高強度紫外線，目前廣泛使用2m長的燈管，能量輸出量一般為80W／cm，也有120W／cm。對于60m／min傳輸的流水線，紫外光照射0.5m就可以固化，固化裝置的總長度只需要2m，有四個紫外線燈管就行。與之相比，熱固化烘道長度通常在50m以上。一般紫外線固化生產線能耗在50kW以內，約為傳統烘干型涂料的1／5。
UV光固化涂料除能耗低外，還有以下特點：?交聯瞬間完成，流水線速率最高可達100m／min，工件下線即可包裝；?常溫固化，適合于塑料工件，不會熱變形；?不含揮發性溶劑，環境污染小；?固化裝置簡單，適合高速自動化生產，設備故障易維修。過去只限用于平面工件，現在已經生產出固化立體產品的設備。
紫外線固化應用于薄而透明的涂層，或含顏料但很薄的印刷油墨。最早應用于手機、DVD等外殼，后來擴展到化妝品包裝和家用電器領域。目前UV固化涂料中用量最大的是木器制品，約占總用量的55％，其他為塑料、紙張、金屬、皮革。
（1）自由基紫外光引發劑 紫外光的能量較低，只能使很少幾類分子分解產生自由基，這些分子稱為光引發劑，它們引發體系中雙鍵（主要是丙烯酸酯）的聚合。