第三節(jié)　涂料配方設(shè)計(jì)的方法

在涂料的配方設(shè)計(jì)中，常常涉及原材料更換、成本降低、產(chǎn)品改進(jìn)、新產(chǎn)品開發(fā)、新原材料的使用、新技術(shù)六種方法。

一、原材料更換

在涂料的配方設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，由于價(jià)格、運(yùn)輸或其他方面的原因，常常遇到配方中的某一種或某幾種原材料的貨源發(fā)生臨時(shí)或長(zhǎng)久的變動(dòng)。雖然為同一種原材料，但不同的生產(chǎn)廠家由于生產(chǎn)工藝的不同、質(zhì)量檢測(cè)控制的標(biāo)準(zhǔn)和手段有差異以及自動(dòng)化程度的高低，生產(chǎn)出來的原材料的性能可能不完全相同，有時(shí)甚至?xí)泻艽蟮牟町悺＠纾紤]具有相似油度、組成、固含量/黏度比的兩種長(zhǎng)油度醇酸樹脂是否具有類似的酸值和羥值；同是金紅石型鈦白粉，其純度、細(xì)度、吸油量或遮蓋力是否完全相同或幾乎完全相同；同一級(jí)石油溶劑是否具有相同的沸點(diǎn)范圍、芳香族含量和溶劑性等，如有不同，是否會(huì)對(duì)涂料的主要性能產(chǎn)生很大的差異。換句話說，要考慮涂料的主要性能對(duì)原材料不同的接受程度到底有多大。一般的建議是原材料的采購(gòu)盡量固定在兩三家經(jīng)常提供同一原材料的生產(chǎn)廠商，以免性能發(fā)生較大的變化而導(dǎo)致涂料配方和涂料生產(chǎn)失敗，萬(wàn)一必須更換原材料廠商，必須得到該供應(yīng)商所提供的該原材料的物理化學(xué)性能，必要時(shí)需要進(jìn)行試驗(yàn)比較，若性能差異較大，需要對(duì)原來的配方進(jìn)行必要的調(diào)整或重新設(shè)計(jì)。

二、成本降低

涂料配方設(shè)計(jì)的作用是以最低的成本生產(chǎn)出符合性能要求的配方和產(chǎn)品，在降低成本方面，可從以下幾方面考慮。

（1）現(xiàn)在的配方其產(chǎn)品性能是否高于客戶的要求或?qū)κ值漠a(chǎn)品，是否可以犧牲某些方面的性能以降低成本而又保持產(chǎn)品達(dá)到或略高于客戶的要求。

（2）現(xiàn)在的配方可否通過兩三種或更多的現(xiàn)有產(chǎn)品的簡(jiǎn)單共混以達(dá)到所需要的性能。

（3）若涂料中的添加劑用量少，但多數(shù)價(jià)格較貴，應(yīng)考慮每種添加劑在該配方中是否是必需的；另外，選擇合適的分散體系是否可以消除或減少消泡劑的使用；涂料儲(chǔ)存在金屬容器中需要加入防腐劑，改用塑料容器后，有無(wú)必要仍加入防腐劑等。

（4）涂料的流變性能否通過仔細(xì)選擇樹脂體系或體質(zhì)顏料來控制，而不需要加入防流掛劑或增稠劑等。

通常，對(duì)于一個(gè)配方體系，樹脂體系和顏料是成本的兩個(gè)主要方面，因此，要考慮配方中為達(dá)到產(chǎn)品性能要求所選擇的樹脂是否是最經(jīng)濟(jì)的體系；如果選用價(jià)格較高的樹脂體系，可否用較高的PVC來降低總的樹脂用量。顏料，尤其是鈦白粉，價(jià)格較貴，可考慮能否進(jìn)一步通過提高分散程度來降低其用量而又保持足夠的遮蓋力。一般的經(jīng)驗(yàn)是，在溶劑型涂料中，若低黏度樹脂溶液的羥值或酸值較高，其遮蓋力與額外加5%～10%鈦白粉的相當(dāng)；而對(duì)于乳膠型涂料體系，利用更有效的顏料潤(rùn)濕劑和分散劑以及避免在分散過程中使用高黏度溶液，有利于大大降低鈦白粉的用量。另外必須注意的是配方中總的原材料成本還取決于總的固含量，這樣，應(yīng)判斷能否降低5%～10%的固含量而又不影響其應(yīng)用性能，如使用較高黏度的樹脂或在乳膠漆中使用較高分子量的聚合物可以適當(dāng)降低固含量而又不影響其遮蓋力、涂膜厚度和涂膜性能等。

三、產(chǎn)品改進(jìn)

產(chǎn)品的改進(jìn)主要是指產(chǎn)品某一或某幾方面性能的改進(jìn)，通常伴隨著整個(gè)原料成本的升高，或以犧牲其他方面的性能作為代價(jià)。一般的程序如下。

（1）查看以前的試驗(yàn)記錄是否已有配方的性能與所要求的接近（包括性能和成本），必要時(shí)可再做一些補(bǔ)充試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，看能否避免重新設(shè)計(jì)整個(gè)配方。

（2）盡可能地借鑒其他渠道的經(jīng)驗(yàn)和配方，以減少產(chǎn)品改進(jìn)所需的工作量。

（3）如果（1）、（2）均不可行，則下一步就得確定一下現(xiàn)在的產(chǎn)品配方中哪些原材料對(duì)所要求的性能無(wú)明顯的影響，在重新設(shè)計(jì)配方時(shí)可暫時(shí)維持為不變量，哪些原材料對(duì)所要求的性能有大的影響，一般盡可能減少可變量的數(shù)目以簡(jiǎn)化配方設(shè)計(jì)。

（4）最簡(jiǎn)單的方法是增加某一組分的用量，或改變某兩組分的用量比，或用某一組分的性能更高級(jí)別的原材料取代現(xiàn)有級(jí)別的原材料，并通過必要的試驗(yàn)室小試比較是否已達(dá)到所需要的性能要求。

（5）當(dāng)改變現(xiàn)有組分的用量或組分間的用量比仍不能達(dá)到所需要的性能要求時(shí)，就要考慮添加某一新的組分或用其他某一組分（如樹脂、顏料、添加劑等）代替現(xiàn)在配方中相應(yīng)組分進(jìn)行試驗(yàn)比較。

（6）一旦改性的產(chǎn)品配方確定，就要進(jìn)行放大試驗(yàn)并與現(xiàn)有產(chǎn)品性能進(jìn)行全面比較，必要時(shí)還可能進(jìn)行配方設(shè)計(jì)微調(diào)。

四、新產(chǎn)品開發(fā)

在新產(chǎn)品開發(fā)的配方設(shè)計(jì)中，首先要注意是否為新產(chǎn)品；是否僅是現(xiàn)有產(chǎn)品的改進(jìn)和發(fā)展；是否僅是對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行成本降低。

一旦上述3種情況被排除，則就是進(jìn)行真正新的產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)，通常有下列幾個(gè)步驟。

（1）配方基本組成的確定　涂料配方基本組成見表1-3。

并不是每一組分都需要添加，應(yīng)根據(jù)性能要求、用途和成本等來選用上述某些組分作為起始配方基本組分。

（2）用量范圍的確定　略。

（3）性能測(cè)試　確定了配方的基本組成和用量后，下面就是測(cè)定根據(jù)這個(gè)配方所制備的涂料性能，如流變性、干燥/固化條件、光澤性（如20°/45°/60°的光澤度）、硬度、對(duì)比率、顏色、其他特殊性能要求。比較這些性能與所要求涂料性能上的差異，以進(jìn)一步調(diào)節(jié)配方中各組分的用量，或增添某一新的組分，以完善涂料配方至性能和成本符合要求為止。

五、新原材料的使用

涂料行業(yè)與其他化工行業(yè)一樣，常常會(huì)碰到廠商推薦新的原材料，這時(shí)從事涂料配方設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)的人員必須注意以下幾點(diǎn)。

（1）這種新的原材料能否提高現(xiàn)有產(chǎn)品的性能；

（2）能否幫助進(jìn)一步降低產(chǎn)品的成本而又不損害涂料的性能；

（3）能否幫助開發(fā)一個(gè)全新的產(chǎn)品；

（4）這種原材料在車間是否容易處理。

可以根據(jù)廠商所推薦的配方和用量比進(jìn)行系列試驗(yàn)，了解該原材料能否使用。

六、新技術(shù)

新技術(shù)的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)總是具有挑戰(zhàn)性和令人興奮的，這包括新的制備方法、新原材料的開發(fā)使用、新設(shè)備在涂料中應(yīng)用或現(xiàn)有設(shè)備的改進(jìn)、新產(chǎn)品的開發(fā)、涂料新的施工方法等。

總之，利用最低的成本研究開發(fā)出性能能夠滿足（注意并不一定超過）要求的適用產(chǎn)品是涂料配方設(shè)計(jì)的基本原則。