第二節　涂料配方設計中樹脂體系選擇的指導原則

涂料品種繁多，性能各異，用途不同。如何正確選用涂料體系，不僅取決于涂料本身的性能，還與被涂覆的物體材質、使用環境、材料的表面處理、固化條件及涂料成本有關。最簡單的方法是列出各種涂料體系的一般性能，比較其優缺點。選擇其中的3～4種最能滿足要求的涂料體系，進一步查詢具體性能參數以最終決定哪一種體系最符合要求。但①沒有一種涂料品種能滿足所有的性能要求；②所謂最符合要求的涂料體系也是指在性能、成本、使用壽命等方面的綜合考慮，有時并不是性能最好的體系。

一、涂料體系選擇的一般性原則

有許多因素影響涂料體系的選擇，選用涂料體系所要考慮的主要因素如下。

①涂料性能，如耐磨性、柔順性、保光保色性、溫度范圍、干燥時間、防霉性、外觀、耐水耐油性、潤濕性。

②被涂物件的材質（木、混凝土、鋼，其他金屬、塑料、存在舊涂層等）。

③涂料賦予的基本功能，如防變質（如防腐、耐候性等）、防火、溫度控制、標記、外觀（顏色、光澤、花紋等）。

④可使用性（表面處理及涂料使用設備工具）。

⑤環境因素，如溫度（極限溫度或可變溫度）、濕度（干燥、潮濕、浸水、船舶等）、與化學藥品接觸（煙霧、酸、堿、溶劑等）、輻射、生物問題（防污、霉等）。

⑥成本。選用涂料時首先要問的問題是使用涂料的目的或原因，為什么要用涂料，是為美觀，還是為防腐，是在一般空氣條件下使用，還是在船舶或其他條件下使用等，使用涂料的目的或原因知道，就可根據涂料的性能大致選擇哪一種或哪幾種涂料體系。

另一個主要關心的問題是所選用的涂料是涂覆在新的物體表面上或是物體表面已涂覆過涂料。若為新的表面，則涂料的選擇相對較容易，若物件表面已被涂過涂料，則要考慮舊涂層與新涂料的相容性。但遺憾的是，大多數情況下，舊涂料的類型是未知的，這就給涂料的選擇造成很大的困難。

若舊涂料體系未知，可以實際測試新涂料體系與舊涂料體系的相容性，方法是按一般的表面處理方法清潔一小塊面積，涂上新涂料，判斷①新涂料是否溶脹舊涂料使之失去黏結性、②新涂料是否被舊涂料吸收并失去黏結性、③新涂料是否容易從舊涂料上剝離（與舊涂料的黏結性不大）。

二、涂料體系選擇的主要影響因素

1.基材

當基材被涂覆過涂料時，新的涂料體系不僅要與基材有良好的黏結性，而且還需與舊的涂料體系有良好的相容性。但當基材為新的表面時，則主要考慮與基材的黏結性。無論哪種情況，基材的材質不同，所選用的涂料體系也不相同。

2.環境因素

環境因素在涂料的選擇上非常重要，是干燥還是潮濕；是一般工業，還是重工業；是室內還是室外；是腐蝕環境，還是在通常的大氣環境下使用；是南方氣候（光照充足多雨），還是在北方氣候使用等，均直接影響著涂料體系的選擇。例如，用于地下管道的涂料，必須經受得住由于土壤周期性的潮濕和干燥引起的膨脹和收縮對涂層的損壞。

3.表面處理

即使是新的基材表面，也可能會有砂、油、礦物質、粉塵、鐵銹等，嚴重影響涂料與基材表面的黏結性，因此必須進行表面處理。最常用和最簡便的表面處理方法有砂磨、防銹、堿脫脂、水洗、金屬磷酸化處理等，視基材材質不同，應選用一種或幾種方法對基材進行表面處理。但有時即使是最簡單的表面處理方法也無法采用，例如大多數情況下，設備可以在工廠檢修期間砂磨涂裝，但對于某些敏感的設備儀器、產品或涉及某些試劑時，砂磨就不可能，在這種情況下，就必須選用某些對表面處理要求不高的涂料體系。

4.涂料的性能因素

從某種意義上講，涂料本身的性能是選擇涂料所要考慮的最重要的因素。必須注意的是，涂料品種千變萬化，即使用于同一目的的牌號，各生產廠商的配方也會有不同，有的采用標準配方，有的以標準配方為起點，進一步研究改進，如改善應用性能、添加填料改善涂膜的韌性、加入片狀顏料如云母降低漆膜的濕透性等。總之，即使是同一用途的涂料品種，其配方和性能也不盡相同，最好的選擇方法是初步確定一種或幾種涂料品種后，通過實驗室和現場比較試驗確定。

除了涂料的上述性能，選擇涂料時還須考慮涂料估計的使用壽命、固含量（體積分數）、每一涂的涂層厚度、理論遮蓋力、總的成本、修補的容易程度、干燥時間和固化時間、二涂或三涂所需時間、使用的容易程度。

總之，選用涂料體系的方法很多，可以總結為基于成本的選擇、基于涂料性能的一般比較選擇、根據生產廠商提供的信息選擇、實驗室比較選擇、從同行著名廠商或專家推薦選擇、現場試驗比較選擇、根據經驗選擇等。

三、合成樹脂的特點及應用

涂料最終要成為一個不溶的膜，成膜過程又叫固化過程，聚合物在成膜過程中可發生交聯甚至高度交聯。因此，涂料用樹脂必須是體型聚合物凝膠化之前的準線型預聚體或留有可交聯的基團的預聚體，分子量一般不大。

1.醇酸樹脂和聚酯樹脂

醇酸樹脂原料易得，制造工藝簡便，綜合性能好，用量一直居于涂料中的樹脂首位。醇酸樹脂含有大量酯基，因而耐水性、耐堿性、耐化學藥品的能力要略遜一些，但其分子鏈中有羥基、羧基、酯基，有些還有雙鍵、苯環，所以改性的方法較多，也可以收到較好的效果，例如用氨基樹脂、環氧樹脂、異氰酸酯樹脂或聚氨酯、氯化橡膠、丙烯酸酯、有機硅樹脂改性等。用聚酰胺改性醇酸樹脂，可用來制取觸變性涂料，其在靜止狀態時呈現凍膠狀，而當受到剪切力作用，如在攪拌或在刷涂時，就會變成低黏度的液體，便于施工，剪切力停止，逐步恢復凍膠狀。用芳香二酸合成的聚酯樹脂，其耐候性和韌性優于醇酸樹脂，常用的有單組分和雙組分兩類，前者加熱自交聯，后者要添加催化劑和交聯劑（另一組分）。

醇酸樹脂漆是第一大類涂料，可以制成色漆、清漆，也可用作工業專用漆和一般普通用漆。其原料容易得到，合成工藝簡單，干燥迅速，分子結構設計靈活，可以根據需要調整分子結構中的脂肪酸部分和用量，合成出不同油度的樹脂。聚酯樹脂可以單獨作為涂料使用，也可以通過其他樹脂改性使用，用氨基樹脂進行交聯的聚酯，固化速率快、硬度高，可以作為卷材和家電涂料以及汽車涂料，也可以制成粉末涂料。另外，在醇酸樹脂和聚酯分子結構中引入羥基、羧基等，可以制成水性涂料使用。

2.酚醛樹脂和其他甲醛類樹脂

酚醛樹脂黏附力強，固化后有極好的耐熱、耐候、耐化學腐蝕性和較好的絕緣性能，廣泛用于木器、家具、建筑、機械、船舶、電氣及防腐涂料。但酚醛樹脂色深，不宜配成淺色涂料。有時將脲和甲醛生成的脲樹脂以及三聚氰胺和甲醛反應生成的三聚氰胺甲醛樹脂，統稱為氨基樹脂。氨基樹脂固化時變硬變脆，一般不單獨作涂料用，而常作為“交聯劑”用于含羥基、羧基、酰氨基的其他樹脂。

3.環氧樹脂

環氧樹脂中僅有羥基和醚鏈，沒有酯基，因而耐水、耐堿性很好。它有極好的黏附力，收縮率比不飽和樹脂收縮率（達10%以上）低（不到2%），韌性優于酚醛樹脂，又能和多種樹脂相容，可以拼混和改性，而且常溫下為固體，適用于制作粉末涂料。

環氧樹脂要加固化劑才能交聯固化，通常用多胺固化，所以環氧涂料多為雙組分。固化劑有多元酸、多元硫醇等。環氧樹脂與一種稱為潛在型固化劑配合，可以作為單組分涂料，這種固化劑在室溫下穩定，一旦高溫，即發生交聯作用。

由于環氧樹脂可以室溫固化，常用作防腐涂料尤其用作大型構件如船舶、建筑物、橋等的防護涂料。環氧樹脂可以一次涂刷較厚，作容器涂料又有很強的黏著力，可作電絕緣漆和化工設備防護底漆。

4.聚氨酯樹脂

聚氨酯涂料的黏附力特別好，耐磨性也特別好，涂膜通常堅硬、光亮、柔韌，而且耐油、酸、堿、鹽和一些化學藥品，廣泛應用于地板、甲板以及金屬、水泥、橡膠塑料的涂裝。聚氨酯涂料具有很好的耐候性，耐低溫性，可耐-40℃，耐熱性好。有些高溫絕緣性能接近聚酰亞胺，有優良的電氣性能，浸漬漆包線可以自焊自黏。聚氨酯涂料施工范圍廣泛，能在室溫下固化，也能加熱固化，施工性能好，對于大型物件的涂料施工，不受季節影響。

聚氨酯涂料可以與多種樹脂混用，出現許多新的品種。盡管這種涂料較貴，但由于性能優異，因此在重要的場合應用，有不可替代的作用。

5.聚丙烯酸酯

聚丙烯酸酯是丙烯酸類單體，如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、羥基乙酯、羥基丙酯、甲基丙烯酸甲酯的均聚物、共聚物以及其他烯烴等的共聚樹脂。聚丙烯酸酯耐光、耐候、耐戶外陽光曝曬、耐紫外線輻射、耐熱性好，在170℃不分解，在230℃可以不變色，耐堿、酸、洗滌劑，耐化學腐蝕，在汽車、家具、家電、儀表、建筑等行業得到廣泛應用。

熱塑性丙烯酸酯涂料主要用作汽車面漆和修補漆、金屬涂層的底漆、地板涂層等。熱固性聚丙烯酸酯涂料用家電涂料最為廣泛，用環氧樹脂固化后，其黏附力優良且耐污，無需底漆，施工簡便。用氨基樹脂固化或與多種樹脂改性，可用作汽車漆，應用最廣。此外熱塑性丙烯酸酯涂料還用作各種金屬材料、板材、卷材的涂層。

6.乙烯基樹脂及其他

乙烯基樹脂主要是指聚氯乙烯、氯乙烯和乙酸乙烯的共聚物。與其他樹脂不甚相同的是，它通常采用懸浮聚合法獲得聚合物，而不像醇酸樹脂、環氧樹脂、聚氨酯、聚丙烯酸酯那樣采取溶液聚合或本體聚合的方法。懸浮法制得的樹脂為球粒狀固體，再將它們制成溶液或溶膠，可作化工防腐涂料、船底涂料、海上鉆井平臺涂料、海洋水下設施涂料等。

聚乙烯醇縮醛樹脂的縮醛主要是縮甲醛和縮丁醛，也是乙烯基樹脂中的重要成員。聚乙烯醇縮甲醛涂料主要與封閉型聚氨酯配合，用作包線漆和線纜漆，耐腐蝕，耐刮削，撓曲性好，防潮，耐溶劑。聚乙烯醇縮丁醛樹脂常與酚醛樹脂配合，作木器漆以及金屬的底漆等。

此外，有機硅樹脂、有機氟樹脂作涂料，性能獨特優異，另有氯化聚氯乙烯、氯化橡膠、氯磺化聚乙烯、氟化環氧樹脂、氟化丙烯酸酯等，也是涂料中的重要品種。