《涂料与涂装工艺学》课程教学课件（讲稿）第十二章 涂料干燥与成膜 Drying And Film-formation For Paints

本章重要内容aChapter 12 Drving And Film-formation For Paints第十二章涂料干燥与成膜第一节涂料成膜机理General Mechanisms For Drying AndCrosslinkingOfCoatings官第二节涂料干燥方法Drying Method官第三节烘干设备Drying/StovingEquipment官第四节涂膜干燥方式的选择去大化工学院张学敏WUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院 张学敏 Chapter 12 Drying And Film-formation For Paints 第十二章 涂料干燥与成膜 F F F F 本章重要内容 第一节 涂料成膜机理 General Mechanisms For Drying And Crosslinking Of Coatings 第二节 涂料干燥方法 Drying Method 第三节 烘干设备 Drying/Stoving Equipment 第四节 涂膜干燥方式的选择

aChapter 12 Drying And Film-formation For Paints第一节涂料成膜机理Mechanisms Of Film-formation For Paints涂料涂覆于物体表面以后，由液体或蔬松粉未状态转变成致密完整的固态薄膜的过程，即为涂料的成膜，亦称之涂料的于燥和固化。涂料成膜主要靠物理作用和化学作用来实现例如：挥发性涂料和热塑性粉未涂料等，通过溶剂挥发或熔合作用便能形成致密涂膜；热固性涂料必须通过化学作用才能形成固态涂膜。大大张学敏化工学院WUHANUNIVERSITYOETECHNOLOGY

WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院 张学敏 第一节 涂料成膜机理 Mechanisms Of Film-formation For Paints 涂料涂覆于物体表面以后，由液体或疏松粉末状态转变成致 密完整的固态薄膜的过程，即为涂料的成膜，亦称之涂料的干 燥和固化。 涂料成膜主要靠物理作用和化学作用来实现。 例如： 挥发性涂料和热塑性粉末涂料等，通过溶剂挥发或熔合作用， 便能形成致密涂膜； 热固性涂料必须通过化学作用才能形成固态涂膜。 Chapter 12 Drying And Film-formation For Paints

aChapter 12 Drying And Film-formation For PaintsNon-convertible Paints一、非转化型涂料仅靠物理作用成膜的涂料称之非转化型涂料在成膜过程中只有物理形态的变化而无化学作用。包括挥发性涂料、热塑性粉末涂料、乳胶漆及非水分散涂料等。1.挥发性涂料Volatility Coatings/Paints挥发性涂料的品种有硝基漆、过氯乙烯漆、热塑性丙烯酸漆及其它烯基树脂漆等。这类涂料的树脂分子量很高，靠溶剂挥发便能形成干爽的硬涂膜，在常温下表干很快，故多采取自然干燥方法。此类涂料施工以后的溶剂挥发分为三个阶段，即湿阶段、于阶段和两者相重叠的过渡阶段(见图)。大大张学敏化工学院WUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院 张学敏 一、非转化型涂料 Non-convertible Paints 仅靠物理作用成膜的涂料称之非转化型涂料。 在成膜过程中只有物理形态的变化而无化学作用。包括挥发 性涂料、热塑性粉末涂料、乳胶漆及非水分散涂料等。 1.挥发性涂料 Volatility Coatings /Paints 挥发性涂料的品种有硝基漆、过氯乙烯漆、热塑性丙烯酸漆 及其它烯基树脂漆等。这类涂料的树脂分子量很高，靠溶剂挥 发便能形成干爽的硬涂膜，在常温下表干很快，故多采取自然 干燥方法。 此类涂料施工以后的溶剂挥发分为三个阶段，即湿阶段、干 阶段和两者相重叠的过渡阶段(见图)。 Chapter 12 Drying And Film-formation For Paints

aChapter 12 Drving And Film-formation For Paints10-5-21-0. 50.20. H0.050. 020.01105103104100215 10时间/min涂膜溶剂保留与时间关系曲线1-湿阶段2-过渡阶段3-千阶段平平平车丰平平串E!老大张学敏化工学院WUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院 张学敏 Chapter 12 Drying And Film-formation For Paints 涂膜溶剂保留与时间关系曲线 1-湿阶段 2-过渡阶段 3-干阶段

.aChapter 12 Drying And Film-formation For Paints在湿阶段，溶剂挥发与简单的溶剂混合物蒸发行为类似，溶剂在自由表面大量地挥发，混合蒸汽压大致保持不变且等于各溶剂蒸气分压之和：P=P, + P, + P, + ...在过渡阶段，沿涂膜表面向下出现不断增长的粘性凝胶层，溶剂挥发受表面凝胶层的控制，溶剂蒸气压显著地下降。在于阶段，溶剂挥发受厚度方向整个涂膜的扩散控制，溶剂释放很慢。例如硝基漆在自然干燥1周后，涂膜中仍可含有6%～9%的溶剂。虽然它的实干时间一般在15h左右，但这样的涂膜实际上是相对于涂膜。相对干涂膜中残留溶剂的释放可按下式计算：IgC = A lg (x2/t) +BC一单位干涂膜质量保留的溶剂质量；x一一干膜厚度um-时间，小时；A,B一一与涂料配方有关的常数2芳大张学敏化工学院WUHANUNIVERSITYOETECHNOLOGY

WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院 张学敏 在湿阶段，溶剂挥发与简单的溶剂混合物蒸发行为类似，溶剂在自由表面 大量地挥发，混合蒸汽压大致保持不变且等于各溶剂蒸气分压之和： P = P1 + P2 + P3 + . 在过渡阶段，沿涂膜表面向下出现不断增长的粘性凝胶层，溶剂挥发受表 面凝胶层的控制，溶剂蒸气压显著地下降。 在干阶段，溶剂挥发受厚度方向整个涂膜的扩散控制，溶剂释放很慢。 例如硝基漆在自然干燥1周后，涂膜中仍可含有6%～9%的溶剂。虽然它的 实干时间一般在1.5h左右，但这样的涂膜实际上是相对干涂膜。相对干涂 膜中残留溶剂的释放可按下式计算： lgC = A lg (x2 /t) +B C——单位干涂膜质量保留的溶剂质量; x——干膜厚度μm; t——时间，小时; A,B——与涂料配方有关的常数 Chapter 12 Drying And Film-formation For Paints

.aChapter 12 Drying And Film-formation For Paints对于指定配方涂料，相对干涂膜中溶剂保留量取决于涂膜厚度不同配方的涂料，影响溶剂保留率的因素包括溶剂的分子结构和大小、树脂分子结构与分子量大小及颜填料形状和尺寸。体积小的溶剂分子较易穿过树脂分子间隙而扩散到涂膜表面，带有支链体积较大的溶剂分子易被保留，并且与溶剂的挥发性或溶解力之间没有对应关系。分子量高的树脂对溶剂的保留率较高，硬树脂对溶剂保留率要比软树脂大。因此加增塑剂或环境温度提高到玻璃化温度以上，都将明显地增强溶剂的扩散逃逸。芳大张学敏化工学院WUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院 张学敏 对于指定配方涂料，相对干涂膜中溶剂保留量取决于涂膜厚度。 不同配方的涂料，影响溶剂保留率的因素包括溶剂的分子结构 和大小、树脂分子结构与分子量大小及颜填料形状和尺寸。 体积小的溶剂分子较易穿过树脂分子间隙而扩散到涂膜表面， 带有支链体积较大的溶剂分子易被保留，并且与溶剂的挥发性 或溶解力之间没有对应关系。 分子量高的树脂对溶剂的保留率较高，硬树脂对溶剂保留率要 比软树脂大。 因此加增塑剂或环境温度提高到玻璃化温度以上，都将明显地 增强溶剂的扩散逃逸。 Chapter 12 Drying And Film-formation For Paints

.aChapter 12 Drying And Film-formation For Paints例氯醋共聚树脂的甲基异丁基酮(MIBK)清漆施工1h后的干膜溶剂保留率为12.2%，24h后的保留率为8.6%，求两周以后的溶剂保留率。干膜厚度分别为7um和3um。解：由公式lgC= Alg(x2/t)+B当x=7um时，有A=0.11，B=一1.1，即lgC=0.11Xlg(x2/t)一1.1两周以后，C=6.4%当x=3um，两周以后：1gC=0.11×lg(9/336)一1.1；C=5.3%表明此类树脂有很强的溶剂保留能力。因此氯醋共聚树涂料或相似的过氯乙烯涂料，在施工时，每次喷涂要薄，并控制好喷涂间隔时间，在实于以后重喷，以免涂层长期残留溶剂而易被揭起。此类涂料仅在干透时，才有良好的硬度和附着力。芳化工学院大张学敏WUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院 张学敏 例 氯醋共聚树脂的甲基异丁基酮(MIBK)清漆施工1h后的 干膜溶剂保留率为12.2%，24h后的保留率为8.6%，求 两周以后的溶剂保留率。干膜厚度分别为7μm和3μm。 解：由公式lgC = Alg(x2 /t)+B 当x =7μm时，有A=0.11，B=－1.1，即lgC = 0.11×lg(x2 /t)－1.1 两周以后，C=6.4% 当x =3μm，两周以后： lgC = 0.11×lg(9/336)－1.1；C=5.3% 表明此类树脂有很强的溶剂保留能力。 因此氯醋共聚树涂料或相似的过氯乙烯涂料，在施工时，每次 喷涂要薄，并控制好喷涂间隔时间，在实干以后重喷，以免涂 层长期残留溶剂而易被揭起。此类涂料仅在干透时，才有良好 的硬度和附着力。 Chapter 12 Drying And Film-formation For Paints

aChapter 12 Drying And Film-formation For Paints在涂料中添加颜填料，或颜填料微细分散，其至是片状颜料，都将使溶剂扩散逃逸性不断减弱环境条件对挥发性涂料干燥的影响因素是空气流速和温度。由于湿阶段溶剂大量迅速挥发，表面溶剂蒸气达到饱和，此时提高空气流速有利于涂膜的表干。提高温度使涂膜中溶剂扩散性增加，有利于实干和降低溶剂保留率；但温度提高使溶剂饱和蒸气大幅度增加，结果涂膜表干太快，流平性很差，在低温烘于强制于燥时，可通过控制好一定的闪于时间来解决这一矛盾。老大张学敏化工学院WUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院 张学敏 在涂料中添加颜填料，或颜填料微细分散，甚至是片状颜 料，都将使溶剂扩散逃逸性不断减弱。 环境条件对挥发性涂料干燥的影响因素是空气流速和温 度。 由于湿阶段溶剂大量迅速挥发，表面溶剂蒸气达到饱和， 此时提高空气流速有利于涂膜的表干。 提高温度使涂膜中溶剂扩散性增加，有利于实干和降低溶 剂保留率；但温度提高使溶剂饱和蒸气大幅度增加，结果涂 膜表干太快，流平性很差，在低温烘干强制干燥时，可通过 控制好一定的闪干时间来解决这一矛盾。 Chapter 12 Drying And Film-formation For Paints

.aChapter 12 Drying And Film-formation For Paints2.热塑性乳胶涂料-Thermoplastic Latex Coatings此类涂料的干燥成膜与环境温度、湿度、成膜助剂和树脂玻璃化温度等相关。环境湿度极大地制约着成膜湿阶段水的蒸发速率，提高空气流速可大大加快涂膜中水的蒸发；当乳胶粒子保持彼此接触时，水的挥发速率降至湿阶段的5%～10%。此时如果乳粒的变形能力很差，将得到松散不透明且无光泽的不连续涂膜大大张学敏化工学院WUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院 张学敏 2.热塑性乳胶涂料 -Thermoplastic Latex Coatings 此类涂料的干燥成膜与环境温度、湿度、成膜助剂和树脂 玻璃化温度等相关。 环境湿度极大地制约着成膜湿阶段水的蒸发速率，提高空 气流速可大大加快涂膜中水的蒸发；当乳胶粒子保持彼此接触 时，水的挥发速率降至湿阶段的5%～10%。此时如果乳粒的变 形能力很差，将得到松散不透明且无光泽的不连续涂膜。 Chapter 12 Drying And Film-formation For Paints

:aChapter 12 Drying And Film-formation For Paints乳胶漆膜为了赋予应用性能，树脂的玻璃化温度都在常温以上，故加入成膜助剂来增加乳粒在常温下的变形能力，使乳胶漆的最低成膜温度(MFT)达到10℃以上，彼此接触的乳粒将进一步地变形融合成连续的涂膜Film-forming AdditivesMinimum Film-forming Temperature在乳粒熔合以后，涂膜中水分子通过扩散逃逸，释放非常缓慢。大大张学敏化工学院WUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 化工学院 张学敏 乳胶漆膜为了赋予应用性能，树脂的玻璃化温度都在常温 以上，故加入成膜助剂来增加乳粒在常温下的变形能力，使乳 胶漆的最低成膜温度(MFT)达到10℃以上，彼此接触的乳粒将 进一步地变形融合成连续的涂膜。 Film-forming Additives Minimum Film-forming Temperature 在乳粒熔合以后，涂膜中水分子通过扩散逃逸，释放非常 缓慢。 Chapter 12 Drying And Film-formation For Paints